模擬電路故障診斷第二章-LB

模擬電路故障診斷第二章-LB第一頁(yè)，共49頁(yè)。第二章故障字典法1.明確故障的診斷范圍:

由于故障通常大都是元件參量的變異，而模擬電路中元件參量的變值是連續(xù)的，因此可以認(rèn)為故障狀態(tài)是無(wú)限多的，這顯然不可能在一本篇幅有限的字典中完全羅列出來(lái)。為此，在著手編制一本故障字典之前，必須首先明確這本故障字典的診斷范圍。通常總是根據(jù)元件的可靠性與以往維修工作中的經(jīng)驗(yàn)，把最常遇到的一些故障作為一本字典的診斷范圍。一本故障字典適用的對(duì)象一般只是某一特定設(shè)備或某一專門電路，而不是任一設(shè)備或任一電路。而且認(rèn)為常見的故障大多是硬故障，即元件的開斷或短路等，而很少是元件參量連續(xù)變值的軟故障。電子科大第二頁(yè)，共49頁(yè)。第二章故障字典法2.辨明故障的征兆:

每種故障都有其各種征兆。編纂一本故障字典時(shí)，首先必須把故障診斷范圍內(nèi)的每一種故障的種種征兆搜集整理在一起，再按便于查找、檢索故障的某種方式進(jìn)行編排。故障的征兆既可以用特定激勵(lì)下的響應(yīng)來(lái)體現(xiàn)，也可以用為了獲得某一特定響應(yīng)的激勵(lì)來(lái)表達(dá)，有時(shí)候還需要用多種激勵(lì)和其相應(yīng)的多種響應(yīng)來(lái)表征，以便區(qū)別不同的故障。這些征兆一般總是在診斷測(cè)試之前，通過對(duì)被診斷電路的擬似(simulation)而取得。一般是在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行擬似，必要時(shí)也可用實(shí)物擬似。電子科大第三頁(yè)，共49頁(yè)。第二章故障字典法3.在線診斷要快速準(zhǔn)確:

當(dāng)待診斷對(duì)象出現(xiàn)故障后，即按與編寫字典時(shí)辨明故障征兆相同的步驟對(duì)待診斷對(duì)象進(jìn)行檢測(cè)，再在字典中按所得征兆逐個(gè)查找。但實(shí)際中經(jīng)常存在著這樣一種情況，即多個(gè)不同的故障有著相近的征兆，這時(shí)就需按一定的判別準(zhǔn)則加以區(qū)分，以確定它為某一故障。電子科大第四頁(yè)，共49頁(yè)。第二章故障字典法字典法本質(zhì)上是一種經(jīng)驗(yàn)性的診斷方法，因此對(duì)于那些沒有條件進(jìn)行解析分析或難于獲得其輸入-輸出解析特性的系統(tǒng)非常適用，而且字典法的在線診斷又比較簡(jiǎn)便省時(shí)，這是它的優(yōu)點(diǎn)。但實(shí)際上，字典法一般還只局限于處理單個(gè)故障，且故障類型都為硬故障。若要診斷多個(gè)故障及軟故障，則對(duì)待測(cè)電路預(yù)先要作大量擬似，還要保證對(duì)故障狀態(tài)具有較高的分辨率電子科大第五頁(yè)，共49頁(yè)。2.1直流域中字典的建立以下圖2.1.1的一個(gè)視頻放大器為例來(lái)說(shuō)明編寫一本直流域字典的一般過程。電子科大第六頁(yè)，共49頁(yè)。電子科大圖2.1.1第七頁(yè)，共49頁(yè)。2.1直流域中字典的建立模擬電路的故障大約有80%是硬故障，其中又有60~80%是電阻開斷、電容短路以及三極管和二極管等引出線的開斷或短路而引起的故障。解決實(shí)際問題得首先從解決這些硬故障入手。以視須放大器為例進(jìn)行討論。設(shè)該電路有20種最常見的故障狀態(tài)可作為所編故障字典的診斷范圍，它們?cè)诒?.1.1中按序號(hào)一、二，……二十編排。電子科大第八頁(yè)，共49頁(yè)。2.1直流域中字典的建立表2.1.1表中Q表示三極管，DZ表示穩(wěn)壓管，O指開斷，S指短路;BES,CES及BCS分別表示三極管相應(yīng)各極之間的短路，BO表示基極的開路。顯然，這里定義的故障均系硬故障。由上表可以看出，所定診斷范圍實(shí)際上未包括圖2.1.1中所有的九個(gè)三極管，僅包括其中的前六個(gè)，而未考慮后三個(gè)，而還不包括電感的硬故障。又由于電路中無(wú)電容，因此對(duì)該放大器電路便于在直流域中建立其故障字典。電子科大第九頁(yè)，共49頁(yè)。2.1直流域中字典的建立由圖2.1.1該電路共有43個(gè)節(jié)點(diǎn)，其中節(jié)點(diǎn)14是輸入節(jié)點(diǎn)，可作為激勵(lì)端口，在該節(jié)點(diǎn)上允許施加正負(fù)30V的直流電壓作為激勵(lì)信號(hào)。為敘述方便起見，先設(shè)可測(cè)節(jié)點(diǎn)為十個(gè)，即節(jié)點(diǎn)2,5,8,11,16,18,26,27,33,6。通?？捎迷谡?fù)30V直流信號(hào)激勵(lì)下各可測(cè)節(jié)點(diǎn)上的電壓作為故障征兆來(lái)建立故障字典。雖然該電路是非線性的，但這些節(jié)點(diǎn)電壓均可由通用的電路分析程序經(jīng)擬似而獲得。電子科大第十頁(yè)，共49頁(yè)。2.1直流域中字典的建立為了說(shuō)明清楚起見，這里用SPICE程序進(jìn)行擬似，所得數(shù)據(jù)如表2.1.1所示。由表2.1.1可見，節(jié)點(diǎn)36的電壓對(duì)診斷這20種故障不提供任何有用信息。因?yàn)椴徽摷?lì)是+30V還是-30電壓，不論在無(wú)故障的標(biāo)稱狀態(tài)，還是在20種故障狀態(tài)下節(jié)點(diǎn)36上的電壓值在-0.47~-0.48V范圍內(nèi)。節(jié)點(diǎn)18上電壓除了在故障狀態(tài)一時(shí)略高以外，均在0.04~0.05V范圍內(nèi)。電子科大第十一頁(yè)，共49頁(yè)。2.1直流域中字典的建立 在表2.1.1還可發(fā)現(xiàn)，除了上述兩節(jié)外，節(jié)點(diǎn)26、27、33上電壓值基本上是相關(guān)的，因此它們?nèi)咛峁┑男畔⑼耆恢?，并且和?jié)點(diǎn)2上的電壓所提供的信息基本類同，但在故障狀態(tài)十九及二十情況下尚有差別。所以節(jié)點(diǎn)26、27、33在20種故障狀態(tài)下所提供的信息事實(shí)上微乎其微，可不予考慮。因此，以上五個(gè)節(jié)點(diǎn)上的電壓可以不必存儲(chǔ)，在線診斷時(shí)也不用測(cè)量。電子科大第十二頁(yè)，共49頁(yè)。2.1直流域中字典的建立

電子科大第十三頁(yè)，共49頁(yè)。2.1直流域中字典的建立

電子科大第十四頁(yè)，共49頁(yè)。2.1直流域中字典的建立

電子科大第十五頁(yè)，共49頁(yè)。2.1直流域中字典的建立

故障擬似時(shí)，由于電路分析程序中非線性器件特性的表達(dá)式難免與被診斷器件的特性不完全一致，因此表2.1.2中擬似的節(jié)點(diǎn)電壓總不免有些偏差，這是需要注意的一個(gè)方面;在線診斷時(shí)，由于測(cè)試中存在誤差以及待診斷電路中無(wú)故障元件的容差等因素，所測(cè)得的節(jié)點(diǎn)電壓也不免有些偏差，這是需要注意的另方面。為此，在建立字典時(shí)，要把最壞場(chǎng)合的情況考慮在內(nèi)，故通?？捎肕onte-Carlo法擬似。 建立字典時(shí)，把電路施加各次激勵(lì)時(shí)所有可測(cè)節(jié)點(diǎn)上的電壓擬似值劃分幾個(gè)模糊集，以便用模糊觀點(diǎn)來(lái)確定電路中故障狀態(tài)，這樣對(duì)在線診斷查找字典也較簡(jiǎn)便有效。電子科大第十六頁(yè)，共49頁(yè)。2.1直流域中字典的建立

模糊集的劃分可按如下原則進(jìn)行。把與各個(gè)故障狀態(tài)以及無(wú)故障標(biāo)稱狀態(tài)相對(duì)應(yīng)的所有節(jié)點(diǎn)電壓擬似值作為原始數(shù)據(jù)，挑選其中比較密集的數(shù)據(jù)群構(gòu)成數(shù)個(gè)模糊集。各模糊集之間當(dāng)然不允許有相互重疊的情況，而且各模糊集之間應(yīng)盡可能分離。每一模糊集所覆蓋的具體電壓值可根據(jù)具體情況而定。對(duì)于表2.1.2中節(jié)點(diǎn)2,5,8,11,16上的電壓數(shù)據(jù)，根據(jù)各模糊集之間不應(yīng)重疊而且務(wù)須分離的原則，可具體劃分為下列I、II、III、IV四個(gè)模糊集：I0~1.25V II2.25~4.0V III6.0~8.15V IV9.8~11.2V電子科大第十七頁(yè)，共49頁(yè)。2.1直流域中字典的建立

此外有額外值25V。顯然，Ⅰ、Ⅱ模糊集之間有約1V的間隔，Ⅱ、Ⅲ模糊集之間及Ⅲ、Ⅳ模糊集之間均有約2V的間隔，而每一模糊集所覆蓋的電壓量程也不過1~2V上下。至于額外值25V，與前四個(gè)模糊集間隔更大。從這里也可以看出，我們之所以刪去18,26,27,33，36五個(gè)節(jié)點(diǎn)，不僅因?yàn)樗鼈儗?duì)該診斷范圍內(nèi)的20種故障狀態(tài)提供的信息不多或甚至不提供任何信息，而且也是為了有利于選取更合適的模糊集。例如上述分集情況下，如果需要考慮節(jié)點(diǎn)18，正負(fù)30V電壓激勵(lì)時(shí)，存在故障狀態(tài)一時(shí)所出現(xiàn)的1.8V，就難處理了。根據(jù)上述劃分，可得表征各節(jié)點(diǎn)電壓在各模糊集上的故障狀態(tài)的表2.1.3。電子科大第十八頁(yè)，共49頁(yè)。

電子科大第十九頁(yè)，共49頁(yè)。第二章故障字典法

所獲得的故障征兆能否有效地區(qū)分出不同的故障狀態(tài)。例如，當(dāng)+30V激勵(lì)時(shí)，若節(jié)點(diǎn)8上的電壓落在模糊集I中，則該電路中的故障必為故障三，同樣地，當(dāng)+30V激勵(lì)時(shí)，節(jié)點(diǎn)11上的電壓落在模糊集III中，則該電路中的故障三，兩者可相互驗(yàn)證。再例如，在+30V激勵(lì)時(shí)，若節(jié)點(diǎn)2上的電壓落在模糊集II或?yàn)轭~外值25V，則相應(yīng)的故障必分別唯一地為故障二十或十九，又節(jié)點(diǎn)8上的電壓落在模糊集Ⅱ、Ⅳ或?yàn)轭~外值25V，則相應(yīng)的故障必分別唯一地為故障十六、七、十五。再例如當(dāng)-30V激勵(lì)時(shí)，若節(jié)點(diǎn)5上的電壓落在模糊集Ⅱ、Ⅳ或?yàn)轭~外值25V，則相應(yīng)的故障必分別唯一地為故障十八、九、十七；若節(jié)點(diǎn)11上的電壓落在模糊集I、II、Ⅳ或?yàn)轭~外值25V,則相應(yīng)的故障必分別唯一地為故障二、十四、五、十三。由此可見這些故障狀態(tài)諸如二、三、五、七、九、十三、十四、十五、十六、十七、十八、十九、二十均可在正負(fù)30V激勵(lì)時(shí)根據(jù)據(jù)某可測(cè)節(jié)點(diǎn)上電壓是否出現(xiàn)在某一模糊集中而唯一地被確定。電子科大第二十頁(yè)，共49頁(yè)。2.1直流域中字典的建立

至于另外一些故障，可利用交及對(duì)稱差的運(yùn)算確定之。例如故障四就可在不出現(xiàn)故障二、五、十三的情況下，通過-30V激勵(lì)節(jié)點(diǎn)8上電壓是否落在模糊集III、或節(jié)點(diǎn)5上電壓是否落在模糊集I而被唯一地確定。故障六可在確定故障十六不出現(xiàn)情況下，由+30V激勵(lì)時(shí)節(jié)點(diǎn)5上電壓不落在模糊集I而節(jié)點(diǎn)8上電壓卻出現(xiàn)在模糊集III而得以被唯一地確定。故障八可在確定故障十八不存在的情況下，由-30V激勵(lì)時(shí)節(jié)點(diǎn)2上電壓不落在模糊集I而節(jié)點(diǎn)5上電壓落在模糊集III中而得以被唯一地確定。 此外，在確定不存在故障十九情況下，故障十和十二在+30V激勵(lì)時(shí)，節(jié)點(diǎn)5上電壓落在模糊集I而節(jié)點(diǎn)16上電壓不落在模糊集I而得以被同時(shí)確定。但是它們雖能被確定，卻難以判定具體對(duì)應(yīng)哪一故障。余下的故障一和無(wú)故障狀態(tài)0也是如此，只有再利用節(jié)點(diǎn)18上的電壓才可以區(qū)別它們。電子科大第二十一頁(yè)，共49頁(yè)。2.1直流域中字典的建立 通過上例可以看出，下同節(jié)點(diǎn)上的不同激勵(lì)在診斷故障時(shí)所起的作用并不一樣。節(jié)點(diǎn)2,8,11在+30V激勵(lì)時(shí)和節(jié)點(diǎn)5,11在-30V激勵(lì)時(shí)都對(duì)診斷起著較大的作用。 總之，建立故障字典時(shí)，在確定診斷范圍后，需要選擇測(cè)試點(diǎn)，也可改變輸入激勵(lì)量甚至還可適當(dāng)調(diào)整模糊電壓集量程，這樣才能最終分辨清楚各種故障狀態(tài)。 電子科大第二十二頁(yè)，共49頁(yè)。2.2頻域中字典的建立 對(duì)于線性交流電路，可根據(jù)它的頻率響應(yīng)來(lái)構(gòu)造故障字典。頻域字典法的優(yōu)點(diǎn)是所需硬件比較簡(jiǎn)單，只要有正弦信號(hào)發(fā)生器及電壓表就可以了。若有矢量電壓表或頻譜儀就更好了。 線性電路的頻域分析理論已十分成熟，因此頻域中建立故障字典的方法也較多，這些方法大都基于各種網(wǎng)絡(luò)函數(shù)的幅頻特性和相頻特性。下面分別介紹之。 電子科大第二十三頁(yè)，共49頁(yè)。2.2頻域中字典的建立電子科大第二十四頁(yè)，共49頁(yè)。2.2頻域中字典的建立電子科大第二十五頁(yè)，共49頁(yè)。2.2頻域中字典的建立電子科大第二十六頁(yè)，共49頁(yè)。2.2頻域中字典的建立電子科大第二十七頁(yè)，共49頁(yè)。2.2頻域中字典的建立電子科大第二十八頁(yè)，共49頁(yè)。2.2頻域中字典的建立電子科大第二十九頁(yè)，共49頁(yè)。2.2頻域中字典的建立電子科大第三十頁(yè)，共49頁(yè)。2.2頻域中字典的建立電子科大第三十一頁(yè)，共49頁(yè)。2.2頻域中字典的建立電子科大第三十二頁(yè)，共49頁(yè)。2.2頻域中字典的建立電子科大第三十三頁(yè)，共49頁(yè)。2.2頻域中字典的建立電子科大第三十四頁(yè)，共49頁(yè)。2.2頻域中字典的建立電子科大第三十五頁(yè)，共49頁(yè)。2.2頻域中字典的建立電子科大第三十六頁(yè)，共49頁(yè)。2.2頻域中字典的建立電子科大第三十七頁(yè)，共49頁(yè)。2.3時(shí)域中字典的建立對(duì)于線性或非線性動(dòng)態(tài)電路，可以利用它的時(shí)域響應(yīng)，擬似出它在時(shí)域中的各種故障征兆，從而建立故障字典。 電子科大第三十八頁(yè)，共49頁(yè)。2.3時(shí)域中字典的建立電子科大第三十九頁(yè)，共49頁(yè)。2.3時(shí)域中字典的建立電子科大第四十頁(yè)，共49頁(yè)。2.3時(shí)域中字典的建立(二)激勵(lì)信號(hào)設(shè)計(jì)法對(duì)于線性待測(cè)動(dòng)態(tài)電路，在其發(fā)生故障前后，若把它從其零狀態(tài)驅(qū)使到零狀態(tài)，兩者所要求的非平凡激勵(lì)信號(hào)是不相同的，因此可用激勵(lì)信號(hào)參數(shù)來(lái)標(biāo)志電路的各種故障，這就是激勵(lì)信號(hào)設(shè)計(jì)法。 電子科大第四十一頁(yè)，共49頁(yè)。2.4故障的識(shí)別與分辨 這一節(jié)將討論如何依靠故障字典，根據(jù)待測(cè)電路在線診斷時(shí)所得測(cè)試結(jié)果來(lái)唯一地確定電路處于何種故障狀態(tài)，即故障的識(shí)別。 電子科大第四十二頁(yè)，共49頁(yè)。2.4故障的識(shí)別與分辨在2.1節(jié)中已經(jīng)提到，根據(jù)在線診斷所得的測(cè)試數(shù)據(jù)，通常將它們模糊處理并量化后作為征兆，然后查閱故障字典。此時(shí)除有可能直接識(shí)別故障外，也可以把所得征兆對(duì)照字典進(jìn)行交或?qū)ΨQ差的運(yùn)算，然后將電路中的故障狀態(tài)逐個(gè)區(qū)分并加以識(shí)別。電子科大第四十三頁(yè)，共49頁(yè)。2.4故障的識(shí)別與分辨不僅在直流域中(2.1)，在頻域（2.2）及時(shí)域中（2.3）都有可能采用交或?qū)ΨQ差的運(yùn)算處理辦法來(lái)識(shí)別故障。實(shí)踐證明，交或?qū)ΨQ差的運(yùn)算處理確實(shí)是識(shí)別故障的一