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基于故障机理与数据驱动的模拟电路板故障诊断

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基于故障机理与数据驱动的模拟电路板故障诊断

作者：刘学朋中国民航大学

学位级别：硕士

随着电子技术的发展,模拟电路广泛应用于通信、控制、导航等各个机载电子系统中,但由于其存在非线性、集成化的特点,使得基于概率统计的传统故障诊断方法并不再适用于机载模拟电路板。为解决这一问题,本文提出基于故障机理与数据驱动的... 详细信息

随着电子技术的发展,模拟电路广泛应用于通信、控制、导航等各个机载电子系统中,但由于其存在非线性、集成化的特点,使得基于概率统计的传统故障诊断方法并不再适用于机载模拟电路板。为解决这一问题,本文提出基于故障机理与数据驱动的模拟电路板故障诊断方法,利用元件故障机理和人工智能算法对模拟电路板故障进行联合精准诊断,从而保障航电系统安全可靠运行。首先,对电路元件故障类型和故障机理进行综合分析,确定其故障敏感参数,并分别利用红外相机和仿真软件采集电路故障数据;接着,利用红外采集的温度数据提取芯片故障特征,并利用欧式距离对其特征进行深度融合,得到界定芯片故障类型的新标准,以此建立芯片故障指数模型;然后,将含有芯片故障指数的特征向量输入至经BCL-ASA改进的BP神经网络中,通过预测芯片故障指数实现模拟电路板故障高精度诊断;最后,针对模拟电路故障特征提取困难导致模型诊断效率低的问题,将仿真采集的输出电压输入至基于通道注意力机制和TSA-1DCNN的诊断模型中,利用注意力机制和1DCNN自动精准获取电路元件故障特征,从而实现模拟电路故障高效、精准诊断。该方法在避免人工提取故障特征的同时,实现了电路不同元件故障的综合诊断,提升了模型诊断效率。本文诊断实验通过多种实验电路和对比算法对所提方法的诊断性能进行验证,实验结果表明,基于故障机理与数据驱动的模拟电路板故障诊断方法能对模拟电路板故障实现快速、精准诊断,具有一定的泛化性和实用性。

关键词：故障机理数据驱动模拟电路故障诊断人工智能算法

基于经验小波变换和残差网络的模拟电路故障诊断方法研究

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基于经验小波变换和残差网络的模拟电路故障诊断方法研究

作者：刘雪梅电子科技大学

学位级别：硕士

模拟电路在电子系统中扮演着重要的角色,若能有效实现模拟电路的故障诊断,将有利于提高电子电路的可靠性和稳定性,对电子设备的运行提供指导。但随着电子电路集成度和复杂度的不断增加,以及电路噪声和元件容差的影响,模拟电路的故障诊... 详细信息

模拟电路在电子系统中扮演着重要的角色,若能有效实现模拟电路的故障诊断,将有利于提高电子电路的可靠性和稳定性,对电子设备的运行提供指导。但随着电子电路集成度和复杂度的不断增加,以及电路噪声和元件容差的影响,模拟电路的故障诊断变得更加复杂和困难。为有效抑制电路噪声和元件容差对模拟电路故障诊断的影响,提高故障诊断的准确率,本文以“XXX装备故障诊断系统研制”项目为依托,对基于经验小波变换(Empirical Wavelet Transform,EWT)和残差网络(ResidualNetwork,ResNet)的模拟电路故障诊断方法进行研究和实现,本文的主要研究内容包括:(1)模拟电路故障诊断方案的研究设计。本文通过对模拟电路故障诊断方法的调研分析,选择ISCAS’97中的标准电路作为仿真验证电路,完成被测电路分析以及激励信号、测点和故障元件的选取,采集被测电路输出端响应信号构建故障数据集,采用EWT用于信号的预处理,ResNet模型用于故障特征提取和分类。(2)基于EWT的信号预处理方法的研究和改进。本文针对传统的基于局部最大值法的EWT,结合所选激励信号,提出了基于激励改进的EWT,该方法在噪声影响下仍能实现傅里叶频谱的准确分割。针对传统的基于尺度空间法的EWT,本文利用可有效抑制噪声影响的功率谱密度理论和具有线性时间和空间复杂度的孤立森林算法提出了另一种改进的EWT,在噪声干扰下,该方法不仅能实现频谱的准确分割,且所得分量有效性更高。(3)基于ResNet模型的模拟电路故障诊断的研究和实现。为提取信号中更丰富的抽象故障特征,解决随着网络深度的加深所导致的梯度退化的问题,本文研究并实现了一种一维ResNet模型。为获得综合性更强的高级特征,充分学习各个分量的故障信息,本文研究并实现了一种多分支ResNet模型,该模型结构更为复杂,但具有更强的鲁棒性和泛化能力。(4)模拟电路故障诊断软件设计。基于Qt开发框架完成模拟电路故障诊断软件的设计和实现,并基于该软件搭建模拟电路故障诊断平台采集被测装备中信号调理电路的实际数据用于验证本文提出的方法在实际应用中的有效性。本文采用三个仿真电路和一个实际电路用于对本文提出的方法进行评估和验证,试验结果表明本文提出的方法相较于对比方法具有更高的诊断精度。

关键词：模拟电路故障诊断经验小波变换残差网络

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模拟电路故障诊断中故障重分类方法的研究

北京交通大学学报 2006年第2期30卷 53-56,64页

作者：张屹魏学业蒋海峰北京交通大学电子信息工程学院北京100044

分析了模拟电路故障诊断中故障类重叠.针对在该情况下神经网络训练困难与故障诊断正确率低的问题,提出了一种适于模拟电路的、基于神经网络故障诊断的故障重分类方法,给出了该方法的数学模型.通过诊断示例表明,该方法在故障类存在重叠时... 详细信息

分析了模拟电路故障诊断中故障类重叠.针对在该情况下神经网络训练困难与故障诊断正确率低的问题,提出了一种适于模拟电路的、基于神经网络故障诊断的故障重分类方法,给出了该方法的数学模型.通过诊断示例表明,该方法在故障类存在重叠时,降低了神经网络的训练难度,故障诊断的正确率达到99%以上.

关键词：重分类故障诊断模拟电路神经网络

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模拟电路仿真与故障字典生成方法

计算机测量与控制 2023年第11期31卷 124-130页

作者：吉蒙郭玉伟王卜瑶吕思璐王占选中国人民解放军第4724工厂上海200436 北京航天测控技术有限公司北京100041

针对模拟电路故障诊断需求,对模拟电路仿真和故障字典生成的实现方法进行了研究。首先,设计软件实现总体结构,从软件界面层、运行层、数据访问层、数据层等方面搭建过程中需要的电路知识管理、工程管理、电路仿真设置、仿真运行、故障... 详细信息

针对模拟电路故障诊断需求,对模拟电路仿真和故障字典生成的实现方法进行了研究。首先,设计软件实现总体结构,从软件界面层、运行层、数据访问层、数据层等方面搭建过程中需要的电路知识管理、工程管理、电路仿真设置、仿真运行、故障字典生成和辅助故障诊断等功能框架;进而通过创建被测电路仿真原理图、新建仿真工程、仿真设置、故障注入等详细设计,实现被测电路的功能仿真和故障仿真;然后根据仿真结果,利用故障字典生成器生成所有故障模式下的整数编码故障字典;最终利用辅助诊断功能,验证故障字典是否可用。通过对演示板12个故障注入后的仿真数据做故障字典生成训练,并完成了对实测数据的故障定位,验证了该方法的可行性,为模拟电路故障诊断提供了实用的测试方法和手段,具有较好的实用价值。

关键词：模拟电路故障诊断故障字典故障注入故障仿真

模拟电路在小波能量描述下的Hopfield神经网络故障诊断方法

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重庆大学学报（自然科学版） 2014年第7期37卷 136-146页

作者：李鹏华蒋建春邱宝梅梁战维重庆邮电大学自动化学院重庆400065

针对模拟电路的故障诊断,提出一种采用小波包分析和能量计算作为故障特征预处理的Hopfield神经网故障诊断方法。在新方法中,模拟电路在理想和实际故障情形下的输出响应分别通过SPICE仿真及电路终端的数据采集板所采集;故障电路输出响应... 详细信息

针对模拟电路的故障诊断,提出一种采用小波包分析和能量计算作为故障特征预处理的Hopfield神经网故障诊断方法。在新方法中,模拟电路在理想和实际故障情形下的输出响应分别通过SPICE仿真及电路终端的数据采集板所采集;故障电路输出响应通过小波包完整分解,各尺度小波系数的能量值由一个新定义的能量函数进行计算;由小波能量值所构成的理想与实测故障特征向量经能量编码后被分别作为联想记忆的记忆原型与记忆起始点,在自联想记忆驱动下,实测模拟电路故障的编码被Hopfield神经网络准确分类。数值实验结果表明新方法对具有微弱幅值响应的硬故障与具有较大幅值响应的软故障采取的故障特征预处理效果较好,新定义的能量函数与编码规则对模拟电路的故障诊断准确性影响显著。

关键词：故障诊断模拟电路小波包分析能量计算 Hopfield神经网络

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模拟电路优化设计理论与关键技术研究

电子测试 2022年第4期36卷 116-118页

作者：董晶山西职业技术学院山西太原030006

模拟电路在作业过程中中会出现多种故障,解决这些故障并对模拟电路进行优化,是开展模拟电路后续工作的基础。文章在解决故障的基础上对模拟电路进行优化设计,从物理综合和结构级综合两个方面介绍了模拟集成电路优化综合流程;从基础优化... 详细信息

模拟电路在作业过程中中会出现多种故障,解决这些故障并对模拟电路进行优化,是开展模拟电路后续工作的基础。文章在解决故障的基础上对模拟电路进行优化设计,从物理综合和结构级综合两个方面介绍了模拟集成电路优化综合流程;从基础优化、版图优化、知识优化等方面分析了模拟集成电路优化设计关键技术,旨在为模拟电路优化以及日常故障诊断等提供借鉴。

关键词：模拟电路优化设计物理版图知识优化

基于KPLS特征提取的WNN模拟电路软故障诊断

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中南大学学报（自然科学版） 2014年第6期45卷 1841-1846页

作者：丛伟景博于宏坤空军工程大学航空航天工程学院陕西西安710038

为提高模拟电路的软故障诊断能力,提出一种基于KPLS特征提取和WNN的集成诊断方法。首先利用KPLS良好的特征提取能力,构建故障样本集的主元特征集;然后,利用WNN解决复杂非线性问题的优势,建立主元特征集的故障识别模型;最后,由所建模型... 详细信息

为提高模拟电路的软故障诊断能力,提出一种基于KPLS特征提取和WNN的集成诊断方法。首先利用KPLS良好的特征提取能力,构建故障样本集的主元特征集;然后,利用WNN解决复杂非线性问题的优势,建立主元特征集的故障识别模型;最后,由所建模型对各种故障模式进行诊断判定。Sallen-Key带通滤波器的仿真测试表明:该集成方法仅通过不到300次迭代计算即完成模型训练,诊断的总正确率达到96.7%,且9种模式中的6种达到100%正确率,从而验证了其可行性和有效性。

关键词：小波神经网络核偏最小二乘特征提取模拟电路故障诊断

基于故障可诊性的模拟电路多音正弦测试信号进化生成

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宇航学报 2011年第9期32卷 2051-2058页

作者：罗慧王友仁崔江南京航空航天大学自动化学院南京210016

为增加模拟电路故障诊断中故障模式之间的可辨识性,提高诊断精度,提出一种基于故障可诊性的模拟电路多音正弦测试信号进化设计方法。该方法采用多音正弦信号作为模拟电路故障诊断的激励信号,根据遗传算法的进化生成过程,用混合编程法直... 详细信息

为增加模拟电路故障诊断中故障模式之间的可辨识性,提高诊断精度,提出一种基于故障可诊性的模拟电路多音正弦测试信号进化设计方法。该方法采用多音正弦信号作为模拟电路故障诊断的激励信号,根据遗传算法的进化生成过程,用混合编程法直接修改待测电路仿真程序中测试信号参数值,实现电路的动态响应。同时动态采集电路可测节点的故障样本集,采用核模糊聚类算法(KFCM)对故障样本进行预处理,计算样本在核空间的类间距离,以类间距离大小作为衡量故障模式可诊性的依据,建立遗传算法寻优的目标函数。实验结果表明优化得到的多音正弦测试信号有效提高了待测电路的故障诊断率。

关键词：模拟电路故障诊断可测性分析多音正弦信号故障可诊性

采用多目标粒子群算法的模拟电路故障诊断研究

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西安交通大学学报 2012年第6期46卷 92-97页

作者：徐宇亮孙际哲陈西宏曾昭博张金哲空军工程大学导弹学院中国人民解放军93768部队中国人民解放军93682部队

提出了一种容差条件下基于多目标粒子群(MOPSO)算法的模拟电路软故障诊断方法.通过灵敏度分析,建立模拟电路故障诊断的约束线性规划方程组,以元件参数变化量与标称值的百分比作为故障判据.针对MOPSO中目标空间增加时种群选择压力影响算... 详细信息

提出了一种容差条件下基于多目标粒子群(MOPSO)算法的模拟电路软故障诊断方法.通过灵敏度分析,建立模拟电路故障诊断的约束线性规划方程组,以元件参数变化量与标称值的百分比作为故障判据.针对MOPSO中目标空间增加时种群选择压力影响算法性能的问题,采用阶有效优化准则代替传统的Pareto优化准则,引入最优折中解作为全局最优解,从而提出基于阶有效的平衡全局搜索策略多目标粒子群(ESEO-MOPSO)算法,并将其用于模拟电路故障诊断的约束线性规划方程组的求解中.仿真结果表明,该方法兼顾故障元件的定位和故障元件参数变化量的估计,可以有效地实现模拟电路在容差条件下的软故障定量诊断.

关键词：模拟电路故障诊断粒子群算法灵敏度