电路故障诊断系统

电路故障诊断系统（精选十篇）

电路故障诊断系统 篇1

1 电气电路系统组成

1.1 基本数据的整理

从整体结构角度来看, 机车电器电路主要可以分为四个部分, 分别是控制回路、主回路、辅助回路和励磁回路, 整个电路以主回路为中心, 控制回路为主要的主连接点, 逻辑关系复杂, 在机车的不同运行状态下各个电路之间的作用关系是不同的, 每一个电路的特殊运行状态对其他电路的影响也是不同的, 这种情况下直接对机车电器电路数据的整理是不现实的, 通常情况下对机车电器电路基本数据的整理主要通过逻辑关系模型来实现, 在不同工况条件下各个电路的运行状态是有各自的取值范围的, 故障诊断系统可以依次收集整理机车电路的基本数据。

1.2 车载数据的提取

借助基本数据的整理系统, 可以实现对机车电器电路运行数据的整理, 而对机车电气电路故障的诊断是不可能普遍进行的, 所以通常情况下会在电器电路的关键位置、故障多发位置设置监测点, 对这些位置上的关键运行信息进行提取, 以供故障诊断系统分析使用, 通常情况下故障诊断系统会依据不同工况条件下不同电路的运行标准对各个被测点的电路数据进行对比检测, 处于不合理范围内的电路数据会被分析系统截流, 并与不合理现象的发生时间和同一时间内相应电路工作数据信息一起被发送给故障诊断系统的处理中心, 进行进一步的处理[1]。

1.3 诊断方法研究

通常情况下出于技术和成本的限制, 机车的故障诊断系统会分为车载诊断系统和地面诊断系统两部分, 其中车载故障诊系统受到车载空间和成本的限制其运算处理速度不可能过快, 所以为了保证其基本功能的实现, 只能缩小其服务的范围, 将机车电器电路的关键位置和故障多发位置纳入到故障诊断系统的服务范围中, 监测并提醒机车司机发现并及时处理影响机车正常运行的关键位置故障。而更加复杂的、细化的故障问题则需要在机车回到维护车站以后, 由地面故障诊断系统来进行, 地面故障诊断系统能够连接更加强大的数据处理系统, 以及专家数据库, 以及车载的实时数据库对机车电器电路发生的故障进行有效的处理[2]。

2 车载诊断系统的结构

2.1 系统构成

总结机车电器电路故障, 可以发现当前常见的机车电器电路故障主要有熔断器烧毁、线圈电路度短路、接触器未断开等故障现象。经过深入分析可以发现, 这些故障具有一个鲜明的共同点, 其在具体的故障现象中都表现为故障的通与不通, 机车电器电路故障的这一共同点十分类似于电子计算机CPU的运行模式, 可以借助数字化的处理方式对其运行状态进行监测, 通与不通本身可以形成二进制的信号, 对这种电路运行状态的电信号施以适当的电压, 就可以实现对电器电路的监测和诊断。据此, 以8031单片机为中心, 集成光电隔离器、故障显示器和转储器, 形成机车电器电路车载诊断系统[3]。

2.2 硬件结构

从整体结构来看车载机车电器电路诊断系统是一种小型单片机系统, 以8031单片机为核心, 辅以相应的数据存储器, 电源监控器以及CPU复位系统, 在实际运行过程中故障信息首先通过光电隔离器进入到系统CPU中, CPU根据相应的处理分析软件对故障信息进行分析, 分析结果由CPU驱动LED显示器显示, 机车的操作人员藉此可以快速判断机车电器电路是否存在故障, 故障的实际情况以及故障对机车安全运行的影响等。

2.3 软件设计

车载机车电器电路故障诊断系统的软件主要有主程序, 故障判断、现实子程序, 信息数据存储子程序, 功能键子程序等四部分组成, 主要的应用目的是完成系统的初始化, 故障判断、报警及显示的功能, 为保证车载机车电器电路故障诊断系统的有效运行, 在软件系统程序中设置三个主要功能键, 用于机车电器电路故障信息的现实, 系统时间的修改, 故障信息的查询[4]。

3 结论

现代机车是铁路交通运输系统功能的主要实现设备, 其本身的运行质量和运行安全, 会直接影响到铁路运输系统的质量和安全, 而机车的电器电路故障是机车运行最常见、影响也最大的的故障现象, 所以对机车电器电路故障诊断系统的研究具有鲜明的现实意义。本文从电器电路系统的构成、车载故障诊断系统的结构两个层面对这一问题进行了简要分析, 以期为机车电器电路故障诊断系统的应用水平提升提供支持和借鉴。

摘要：随着我国社会经济的快速发展, 铁路交通对社会经济的影响力极大提升, 铁路机车的运行效率和质量间接影响到现代社会经济活动的效率和质量, 所以针对铁路系统故障的诊断系统研究始终都没有停止。本文将立足于机车电器电路故障的实际, 从故障诊断系统的角度出发, 对机车电器电路故障诊断系统进行简要分析。

关键词：机车,电器电路,故障诊断系统

参考文献

[1]李晓涛.机车电传动电路故障诊断系统的研究[D].西安:西北工业大学, 2003.

[2]孙垒.基于BP神经网络的模拟电路故障诊断系统的FPGA设计与实现[D].南京:南京理工大学, 2009.

[3]杨润霞.25Hz相敏轨道电路故障诊断系统的研究与设计[D].兰州:兰州交通大学, 2014.

电路故障诊断系统 篇2

专家系统和神经网络在道岔控制电路故障诊断中的应用

我国铁路目前尚无对道岔控制电路实施行之有效的自动监测手段,而故障道岔的维修占用了较多的运营时间.在此,利用一定的故障数据,运用专家系统和神经网络技术相结合的`方法,采用Visual C++和Matlab联合编程技术,设计了一套可行的方案.与传统的监测手段相比,本系统能更快速、更有效地处理不同方面反馈来的故障信息,从而大大提高了故障的诊断效率.

作 者：曹宏丽 岳丽丽 杨福元 作者单位：兰州交通大学,自动化与电气工程学院,硕士研究生,甘肃,兰州,730070刊 名：黑龙江科技信息英文刊名：HEILONGJIANG SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION年，卷(期)：“”(1)分类号：U2关键词：专家系统 神经网络 道岔控制电路 故障诊断

模拟电路的融合智能故障诊断 篇3

关键词：故障诊断；模拟电路；神经网络；专家系统

传统的人工电路诊断技术已经无法满足现代电子电路的发展状况，如何运用模拟电路有限的可及点对于模拟电路内部的故障进行有效、快速的诊断是亟待解决的问题，本文涉及的模拟电路智能故障诊断系统的特点主要表现在诊断的精度高、灵活的诊断形式以及诊断的应用适应性强的特点。在实际操作中，不断总结经验，最后，将各个子系统融合优势发挥到最大，实现智能故障诊断的高精度、高适应性以及高灵活性。

1.模拟电路诊断技术的现状

目前，在模拟电路发生故障后，需要对所发生的故障进行及时诊断，这样做的目的是为了更加高效地进行检修、调试以及替换，可以大大提高工作效率。不同设备的模拟电路要求不一样，对于某些用于重要设备的模拟电路，需要进行故障的预测，也就是在电路进行正常工作的过程中，需要对正常工作进行持续不断的检测，这样可以有效确定出一些部分的元件将要失效，这样可以在设备发生故障之前，将将要失效的元件替换掉，可以有效避免故障的发生。然而，以上所述的内容，在人工诊断技术的层面无法满足设备的需求，所以，目前亟待解决的一个重要问题就是需要对模拟电路故障的自动智能诊断问题。

2.模拟电路智能融合诊断模型

BP网络具有极强的泛化能力，可以解决和判断断路状态属于那种类型的故障，因此会选取BP网络进行初级诊断。但是BP网络算法却是按照梯度下降搜索算法，其对于初始权向量异常敏感，而且非常容易陷入局部困境之中。BP网络算法与传统的搜索算法进行比较，遗传算法更具有鲁棒性，而且会受到函数可微与连续的限制。可以通过传统的遗传算法来对BP网络进行优化，从而得到初始化权值和网络分布，这样便可以比较好的克服BP网络存在的问题，并且可以有效提高神经网络的泛化性。我们采用BP网络初次诊断时，需要对不同的电路故障进行分类，然后再进行深层次的故障诊断检测，通过遗传的BP网络诊断选取训练样本，其主要是将选取的样本与网络的输入不同，而且在不同故障进行观测的时候，需要有针对性的进行识别，仔细辨别不同的网络故障之间的重要信息系统差异。

3.模拟电路智能融合故障诊断方法

3.1诊断训练样本选取

如果在BP网络中的某一个元件出现了软故障，直接会导致该故障元件应故测量值与电路中的测量值存在较大的差异，就算是根据应故障特征训练出的网络，其也无法做到对软故障诊断。电路中如果某一元件的所有参数都符合相应的正态分布，那么根据随机分量线性组合理论，我们可以知道该元件是正态分布中的随机变量。如果电路中出现硬故障，当对容差电路进行测量时，得到的测量特征值都是标称值特征向量中心子空间。电路中元件每个状态都可以应用样本中心进行训练，然后利用神经网络的容错性，可以在分类时将样本中心训练点一定范围集中起来，并统一的归纳为训练样本集。模拟电路中的特征参量容易受到容差和软故障的影响，从而使得神经网络出现较大的矢量干扰，如果故障元件相同或者容差环境相同，那么特征参量的规模越大，那么产生的容差干扰就越小。

3.2智能诊断方法的融合

首先，通过优选激励和测试节点以及增加测试信息等方法提高模拟电路可靠性。如果是理想的拓扑结构只需要少量的测试点就可进行故障诊断，但实际情况往往是拓扑结构不理想，使得无论怎样选择节点仍有大量的支路故障不可测。通过优选机理对测试节点进行弥补，如为频域分析则主要选择具有特征的频率反映电路故障。如为时域分析则选择噪声信号以激励被测电路。增加测试信息也是提高电路可测行的有效手段。可以有效的避免误诊断，获取大量的故障特征而对电路故障做出准确判断。其次，当确定了测试方案后将各类的测试数据进行优化处理得到不同类型的输入特征参量。然后将这些输入特征参量输入一个独立的精神网络，用此方法可对电路进行初级故障诊断。BP网络具有良好泛化能力，广泛的用于电路故障类型分类。通过遗传BP网络的初级诊断后，可以得到电路故障状态的可能性。然而，由于各个遗传BP网络训练样本与网络输入的不同，且不同的故障在不同的测试信息上体现程度的强弱也有差异，因而每一遗传BP网络故障分类器对不同故障的识别正确程度也有较大的差异。可通过遗传算法优化BP网络，遗传算法具有全局性搜索的特点，可较好的寻找适合的网络连接权和网络结构。完成电路故障的初级诊断后用模糊积分的方法在精神网络所输出的重要信息程度基础上进行决策融合。使得融合效率与诊断方法更加适应，准确定位故障。模糊积分方法是利用模糊集合知识综合考虑客观证据与主观评价的一种决策层融合方法。此方法适用于处理不确定性信息。使用模糊几分对多分类器记性融合时，不同的模糊测度对应不同的融合函数。如模糊测度值选择适当，融合后的分类性能比最优的单个分类器性能好。构造模糊测度，需先获取模糊密度。模糊密度是信息源对系统最终决策的重要程度，对于诊断系统，模糊密度值可认为是各遗传神经网络对故障诊断的重要性评价。通过将训练好的遗传神经网络分类器，分别独立进行在不同故障下的样本识别检验，利用每个遗传神经网络对各个故障的正确识别率作为该网络对各故障的分类信息的重要程度。

4.结束语

对于模拟电路的故障问题研究日益深入，尤其是当前模糊理论、BP网络以及遗传算法等在模拟电路中的广泛使用，使得这些对于模拟电路的故障诊断存在着较强的鲁棒性，如此便可以提高故障定位的准确率。尤其是对于这种大规模和超大规模的模拟诊断电路来说，其更加显得优越性。本文主要针对模拟电力的故障诊断模型、智能融合诊断的方法进行介绍，希望能够获取对模拟电力故障诊断更加优越的对策。

参考文献：

[1]杨士元.模拟系统的故障诊断与可靠性设计[J].科技与企业，2014

雷达数字电路板故障诊断系统研究 篇4

伴随电子技术的不断发展, 雷达中应用了许多新器件、新技术, 提升了雷达的复杂性与先进性, 这就需要具有较好的雷达故障诊断系统与技术。作者针对雷达数字电路板故障的诊断系统相关问题进行了仔细的研讨, 分析了雷达数字电路板故障诊断的方法和可测性的原则。该诊断系统的特点是用比较少的硬件与人机界面平台来使故障测试和故障诊断的功能得以实现, 该故障诊断系统的迅速发展为雷达产品的使用提供了较好的维修条件。

2 雷达数字电路板的故障诊断系统

2.1 自动测试系统的概述。

自动测试系统一般是指利用计算机技术来进行控制, 让系统可以实现自动化的测试;也就是对可以自动完成测量、激励、数据处理、显示或者输出系统测试结果的系统统称, 此类系统往往是在仪器总线或是标准测控系统基础上所组建成的。该系统的特点有高精度、高速度、多参数、测量区域宽、多功能等, 自动系统是由自动测试的设备、TPS、测试的程序集三个部分构成的[1]。

2.2 自动测试系统的硬件结构。

自动测试系统中硬件的结构有六个模块, 既模拟信号的测量模块、高速数字的测量或激励、模拟信号的测量或激励、高速总线的分析、高速数字的激励或测量、数字模块。利用自动测试系统的目的是让产品测试的过程可以自动化, 此目的得以实现的做法是把产品测试中需要的资源, 如电源、转换开关、激励源、测试仪器等全部集成到统一的系统中, 并保证其测试是利用系统控制器对测试软件进行控制、完成。

2.3 自动测试系统的软件结构。

自动系统中TPS软件的开发包含对TPS开发平台与运行平台的具体开发, 其是由可视化的TPS编程、运行环境所组成, 这两部分之间不仅可以是相互独立的, 又可以对信息进行相互相交。编程环境主要是负责对测试中源代码进行构建并做好编译的连接工作, 从而形成系统测试序列的动态库。其运行环境是负责为系统的运行、开发提供相应的测试、诊断程序。要想为TPS编程提供便利、减少开发的难度, 其可以利用可视化的编程方式, 让编程过程转换成构建测试、诊断策略的过程[2]。

3 雷达数字电路板的故障诊断方案研究

3.1 故障的类型。

依据故障程度不同可将故障分为硬故障与软故障;软故障又可以称为部分或渐变故障, 软故障的表现是故障器件的参数随着环境与时间的转变而超出此器件参数容差的范围, 此时元件的功能并没全部丧失, 只是引起了功能变化。软故障并没致使电路的功能全部丧失, 有的软故障可容忍, 但有的是不能忽视的, 尤其是在电路最主要位置的一些元器件。

硬故障的主要表现是故障器件的参数突然之间发生永久性的、巨大的变化, 如元件损坏、开路、短路等。对于此类故障, 只用将故障的位置确定出来即可。根据故障的出现时间, 可以将其划分为间歇性的故障和永久性的故障。永久性的故障指的是只要故障一出现就会长期存在着, 不能恢复。间歇性的故障指故障的出现是随机发生的, 这类故障比较难以检测出来。

3.2 故障诊断的方法

3.2.1 仿真测试的诊断法。

该测试诊断法最主要是对一些微处理器中电路板的合格、失效进行测试及对故障进行定位。仿真测试法包括ROM和微处理器仿真, 通过仿真程序的运行或利用IC测试夹来对响应信号进行回收, 可以对电路板展开合格、失效测试或者对故障进行准确定位。进行合格、失效测试的时候, 仿真程序是经过对被测板的测试信号进行施加, 在从连接器上对原始的输出端响应信号进行回收, 能够对PCB作出有无故障的指示。在对故障进行定位的过程中, 利用仿真程序来对BUT施加相应的测试信号, 将IC测试夹放在不同的IC上, 对响应信号进行回收, 在对其进行比较, 就能将故障定位为单一器件或单一的路节点[3]。

3.2.2 穷举法。

穷举法适用于对数字电路板的组合逻辑电路进行测试, 其中, 一个组合逻辑电路的输入为n位, 要对组合逻辑电路实行完备测试, 就必须施加2n个激励。所实现的方法类似ROM的诊断方法, 把该组合逻辑电路中所有可能出现的结果全汇集在一起, 并以文本文件方式进行保存, 再将该电路的输入当做ROM的输入地址, 就能像ROM的诊断一样, 只需采用其中的一个循环, 在每一次的循环中就将在该电路中所采集的输出和文本文档中保存的结果进行一定比较, 如此一来就只用设定出一个循环次数就能对组合逻辑电路实施诊断。但是如果输入过多的组合逻辑, 这种方法就会存在一定缺陷, 如测试的时侯, 系统的运算量比较大, 且测试需要的时间较长, 测试效率也不高。输入的组合逻辑电路一般不能太多, 通常不能超过8位, 所以, 该方法在这个测试系统中有比较良好的实用价值[3]。

3.3.3 替代法。

替代法指针对结构是特定的某些电路板中的故障来对其进行诊断的方法。如在电路板里, 有的器件是对整个或者局部的电路工作情况进行控制, 使局部电路或整个电路板在该器件的控制下可以进行有效的工作。所以就可以采用替代法对此种构造的电路板进行诊断, 用别的器件来替代这个有主要影响的器件, 再参照其工作原理来给被测的电路板实施相关的激励信号, 如此一来被测板就可以在自身所设定好的状态下进行具体工作, 就能利用功能测试法对雷达数字电路板中的故障进行诊断。

结束语

组合式的测试、诊断系统在当前的雷达数字电路板故障诊断系统中, 是切实可行的障碍测试、诊断设备。此系统中诊断的策略与国内现在所使用的雷达诊断设施相符合, 伴随可测性的设计技术不断进步, 促进系统功能诊断的实用价值得到有效发挥。就如今的雷达数字电路板而言, 其组合诊断的相关策略是较为可行的。

摘要：目前的雷达大多都是使用各种先进的电子设施来进行工作, 这使得自身变得越来越复杂, 导致雷达在使用、保护、维修的过程中产生了一系列的问题。尤其是各种超大规模和大规模的集成电路与电子计算机的普遍使用, 在提升设备稳定性与可靠性的同时, 也使雷达数字电路板故障的诊断成了对设备使用、完好性造成影响的主要因素。在此类情形下, 对雷达数字电路板故障诊断系统进行研究就显得十分重要。本文就雷达数字电路板的故障诊断系统进行了研究, 以使雷达数字电路板自动测试设备更加完善。

关键词：雷达,数字电路板,故障诊断系统

参考文献

[1]刘小波.雷达数字电路板故障诊断研究及实现[J].电子科技大学, 2010, 23 (34) :343-345.

[2]王建虹.雷达数字电路板故障测试技术研究[J].国外电子测量技术, 2010, 29 (1) :53-55.

转向系统故障诊断小论文 篇5

故障诊断与排除

摘要

在我们驾驶汽车时常常会遇到汽车转向系统方向盘转向沉重的现象。汽车转向系统各个部分的作用、组成、主要构造、工作原理及可能出现的故障，同时提出了对出现的故障进行维修的可行方案。本文就对汽车转向系统的转向沉重的故障故障进行解析，并且提出排除这些故障的一些方法，运用合理地诊断方法进行对转向系统的优化，从而提高汽车驾驶的稳定性以及安全性。

关键词：汽车转向系统，工作原理，故障，维修

转向系统转向沉重分析

汽车行驶中驾驶员向左、右转动转向盘时，感到沉重费力，无回正感；当汽车以低速转弯行驶或掉头时，转动转向盘非常吃力，甚至打不动。

1.故障现象分析

转向沉重的根本原因是转向轮气压不足或定位不准，转向系传动链中出现配合过紧或卡滞而引起摩擦阻力增大，从而引起转向沉重。汽车在行驶中，转动转向盘感到沉重费力，转弯后又不能及时回正方向。

（1）转向器的原因

1)转向器缺乏润滑油。

2)转向轴弯曲或转向轴管凹陷碰擦，有时会发出“吱吱"的摩擦声。

3)转向摇臂与衬套配合间隙过小或无间隙。

4)转向器输入轴上下轴承调整过紧，或轴承损坏受阻。

5)转向器啮合间隙调整过紧。

（2）转向传动机构的原因

1)各处球销缺乏润滑油。

2)转向直拉杆和横拉杆上球销调整过紧，压紧弹簧过硬或折断。

3)转向直拉杆或横拉杆弯曲变形。

4)转向节主销与衬套配合间隙过小，或衬套转动使油道堵塞，润滑油无法进人，使衬套与转向节主销烧蚀。

5)转向节止推轴承调整过紧或缺少润滑油或损坏。

6)转向节臂变形。

（3）前桥(转向桥)和车轮的原因

1)前轴变形、扭转，引起前轮定位失准。

2)轮胎气压不足。

3)前轮轮毂轴承调整过紧。

4)转向桥或驱动桥超载。

2.故障排除方法

1）顶起前桥，转动转向盘，若感到转向盘变轻，则说明故障部位在前桥、车轮或其他部位。此时应首先检查轮胎气压，如

气压偏低，则应充气使之达到正常值，接下来应用前轮定位仪检查前轮定位，尤其应注意后倾角和前束值，如果是因为前束值过大造成的转向沉重，同时还能发现轮胎有严重的磨损。

2）若转向仍感沉重，说明故障在转向器或转向传动机构，可进一步拆下转向摇臂与直拉杆的连接，此时若转向变轻，说明故障在转向传动机构，应检查各球头销是否装配过紧或止推轴承是否缺油损坏，各拉杆是否弯曲变形等，通常检查时，可用手扳动两个车轮左右转动察看各传动部分，并转动车轮检查车轮轴承松紧度。

3）拆下转向摇臂后，若转向仍沉重。则转向器本身有故障，可检查转向器是否缺油，转动转向盘时倾听有无转向轴与柱管的碰擦声，检查调整转向器主动轴上下轴承预紧度和啮合间隙，转向摇臂轴转动是否发卡等，如不能解决就将转向器解体检查内部有无部件损坏。

4）经过上述检查，如仍不见减轻，可检查车桥、车架或下控制臂(独立悬架式)与转向节臂，看其有无变形，如发现变形，应予修整或更换。同时检查前弹簧(板簧或螺旋弹簧)，看其是否折断，如有折断则应更换。

详见图1所示动力转向系转向沉重助力部分常见故障原因的诊断流程。

图 1动力转系转向沉重助力部分常见故障原因的诊断流程

结论

（1）要求转向盘应转动灵活、操纵方便。

（2）要求转向系统在任何操纵位置上都不允许与其他部件出现干涉现象。

（3）转向轮转正后应能够自动回正，以使机动车具有稳定的直线行驶能力。

（4）机动车在平坦、干燥、坚实的路面上行驶时不应跑偏，转向盘不应有摆动或路感不灵显现。

（5）转向节及转向臂、转向横、直拉杆以及球头销不允许有裂纹和损伤，球头销不得松旷，汽车改装或修理时横、直拉杆不允许拼焊。

以上性能与转向系的结构参数有关。

参 考 文 献

[1]林逸，施国标．汽车电动助力转向技术的发展现状与趋势

[J]．公路交通科技，2001．6.2．

[2]刘波，朱俊A16-汽车转向系统维修实例[J]．科技文献，2011.02.20．

[3]齐志鹏.洪湘．汽车转向悬架制动系统使用与维修问答[J]．金盾出版社．2006.10.．

[4]谭本忠．看图学修汽车转向系统 [J]．机械工业出版社.2010.5.28.[5]郭丽萍．电动式动力转向系统(EPs)原理浅析[J]．城市公共交通，2003．6．

电路故障诊断系统 篇6

【摘要】新型舰船列装的电子装备通常包含有大量的电路板，这些电路板具有很高的技术含量和复杂的结构原理，传统的电路板故障诊断方法难以满足新型电子装备的保障需求。本文综合新兴的检测技术和故障诊断技术，结合舰船电子装备维修保障的实际，给出了模拟电路板和数字电路板多种形式的综合检测与故障诊断方法，系统地为舰船电子装备故障电路板提供了可参考的诊断策略。

【关键词】电子装备；电路板；测试与故障诊断

1.引言

近年来，随着海军舰艇的不断更新换代，大量高新技术电子装备不断装备于海军舰艇、潜艇部队。在部队的舰员级和基地级维修保障中，这些电子装备的维修过程中通常会有大量的故障电路板被替换下来，部队现有的维修保障能力和传统的维修手段很难完成这些电路板的维修，急需研究新型复杂电路板的综合诊断技术，以便快速、准确、及时的修复故障板件，为部队的日常战备和训练任务提供有力保障。

舰船电子装备的电路板通常都是极其复杂的模拟电路、数字电路和应用软件组成的电子系统。特别是新型装备的电路板通常都是高度集成的模拟或数字等电路系统，简单、单一的故障诊断技术难以完成多样化的故障诊断，这些电路板的诊断需要综合传统与新型的多项故障检测与诊断技术来进行诊断。一般来讲，模拟电路与数字电路的差异性很大。数字电路主要涉及高低电平的检测与故障分析，检测与诊断相对简单。模拟电路由于要涉及信号的幅度、频率、波形、相位等诸多参量，具有故障模型复杂、可测节点少、计算量大、存在容差和非线性等问题，故而检测与诊断要复杂得多。基于以上原因，模拟电路与数字电路需要采用不同的检测与故障诊断方法。

2.模拟电路板诊断策略

模拟电路板的故障诊断一般可分为在线诊断（实时诊断）法和离线诊断法[1]。在线诊断法通常具有诊断迅速，定位区域大的优点。离线诊断一般来讲具有较小的定位区域，但其定位的故障通常具有唯一性。目前应用的模拟电路故障诊断方法，既有常规的故障诊断方法（又称传统故障诊断法），也有近些年大量发展起来的模拟电路故障诊断新技术。

2.1诊断的常规方法

常规的诊断方法通常可分为测前模拟诊断法、测后模拟诊断法和介于二者之间的逼近法和人工智能诊断法。

（1）测前模拟诊断

测前模拟诊断法在对模拟电路进行现场测试之前就完成了故障诊断的主要计算工作，所以测前模拟诊断法的优点具有实时诊断能力。在测前模拟诊断中，我们常采用的故障诊断方法有故障字典法和似然法[2]。故障字典法依据模式识别原理，首先要将电路的各种故障与其相应电路特征进行逐一对应建立故障字典，诊断时根据实际测量的信号和设定的判决准则查故障字典即可判定故障情况。故障字典法的优点：实用性强，应用灵活，测点需求少，一次性计算。缺点：故障经验全覆盖难，储存所需空间大，不容易开展大范围测试。故障字典法很少应用于软故障和多故障的诊断，即便是仅应用在硬故障的诊断中，该方法也因为受到模拟电路的测量误差和元器件本身容差的影响，导致诊断效果大打折扣，远不如在数字电路中应用该方法效果好。

（2）测后模拟诊断

测后模拟诊断是在对电路系统进行测试后，再根据所测量到的数据和参数信息对电路进行模拟和故障诊断的方法。测后模拟诊断常采用的故障诊断方法有元器件参数识别法和故障验证法。

故障验证法在诊断过程中首先估测电路中的故障位置，之后根据所测得的少量故障数据信息来验证估测的正确性。如果验证错误，则扩大估测范围或改变估测位置继续诊断。优点：完成诊断仅需获取少量故障信息，实施方便，应用前景较好。缺点：“估测”次数多，所需计算量大，很难实现实时诊断。

元件参数识别法的本质是系统参数估计，该方法首先获取能够满足诊断要求的相互独立的系统数据，再依据电路系统网络的结构针对系统内各元器件的参数进行估测或解算，当得出的某个元器件的参数不在事先规定的容差范围内，则判定该元器件故障。由于元件参数识别法需要通过解算电路网络中全部元器件的参数来确定系统中的全部故障元器件，故而诊断的计算量很大，诊断系统的实时性很差。

（3）逼近法和人工智能

逼近法主要有概率统计法和优化法，其中概率统计法属于测前模拟诊断法，优化法属于测后模拟诊断法。优化法多用于软故障的诊断，该方法通过应用合适的目标函数估测出发生故障可能性最大的元器件。逼近法通过选择不同的目标函数，我们可以对应采用不同的方法。逼近法的主要优点是能够诊断多故障，主要缺点是在线计算量过大。

人工智能（又称专家系统）的建立与故障诊断过程包含了测前模拟和测后模拟两个过程，其中电路系统的故障特性收集和处理属于测前模拟过程，故障推理搜索等过程属于测后模拟过程。人工智能的方法优点是诊断效率高，可以应用于运用网络理论难以诊断的电路系统。缺点是无法满足故障的实时诊断需求。

2.2诊断的新技术

（1）人工神经网络

人工神经网络（ANN）是一种近年发展起来的新技术，在智能故障诊断等多项领域有着较为广泛的应用。人工神经网络是一种人工系统，该系统通过采用物理上能够实现的系统、器件或当前的计算机技术对人脑的功能和结构进行模拟来完成任务。当前发展的神经网络模型有几十种，在故障诊断领域常用的模型有误差后向传播网络（BP）、自组织特征映射网络（SOFM）和Hopfield网络等。这些网络结构有的可以有效解决非线性问题；有的可以解决正常器件容差范围内的多故障问题；有的能够实现针对单或多、软或硬故障实现快速而有效地故障识别与定位。

（2）小波变换

小波变换法是一种针对信号的时——频分析方法，该方法采用适当的小波母函数通过在尺度进行伸缩和时域上进行平移来分析信号。小波变换的诊断机理主要包括三个方面：一是通过分析观测信号的奇异性实现故障诊断，二是通过分析观测信号频率结构的变化实现故障诊断，三是通过对脉冲响应函数进行小波变换实现故障诊断。在诊断中，我们通常会先用小波变换法对系统的信号进行小波预处理器，以便有效地提取故障特征信息，之后再用故障分类处理器来处理这些信息以进行故障诊断。小波变换法的优点：无需建立对象的数学模型，运算量相对较低；对系统的输入信号要求不高，具有较强的噪声抑制能力；故障检测灵敏度高，故障诊断准确可靠。缺点：在进行大跨度的检测时会有较大的时间延迟；系统的诊断结果会因为采用不同的小波基而受到影响。

（3）模糊理论

模糊理论着重研究模仿人类大脑在概念和推理等方面所具有的形象思维与模糊定性能力。该诊断法在故障征兆空间和原因空间之间凭借专家经验建立模糊关系矩阵，然后组合每个模糊推理规则产生的模糊关系矩阵，依据设定的阀值来判定故障部位。在模拟电路的故障诊断中，器件的非线性、容差和电路的噪声都会引起故障本质与故障征兆的关系产生模糊。这种情况下，就需要我们利用模糊故障诊断法给出故障产生的可能性、故障的位置和故障的程度。模糊故障诊断法的优点：能适应不确定性问题；能够根据模糊度的高低给出进行了优先度排序的多个解决方案。

（4）分形理论和遗传算法

对于模拟电路板的故障诊断，我们一般需要获取电路板工作状态的各种特征信号，而这些用来反映设备运行状态的特征信号通常是在一定尺度内具备分形特性的不规则信号[3]。一般来讲，分形理论体现了不规则信号在整体与局部的自相似性，我们可以通过覆盖的方法计算信号的分维数，再把信号的分维数作为故障特征进行诊断。分形理论是复杂系统故障诊断的良好方法。使用分形理论可以使诊断中信号特征的提取数量大幅减少，该方法与神经网络和小波变换综合应用，能有效增强模式识别的可靠性和有效性。

遗传算法是一种新发展起来的模拟自然优化机制的全局优化搜索算法。遗传算法可用来解决许多高度复杂的问题，在模拟电路故障诊断中应用遗传算法可以提高推理速度，并能在样本数据稀少和先验知识不足的条件下增强智能故障诊断系统的实用性。遗传算法的优点是简单通用，种群规模小，收敛性好，全局搜索能力强，可用于并行处理。

（5）信息融合技术

随着模拟电路新技术和元器件技术的发展，在模拟电路的故障诊断中，常会因为电路可测节点不足或测试手段限制而导致诊断所能使用的测试信息十分有限，进而降低了故障诊断的准确性。信息融合技术可以针对不同类测试信息提取诊断信息，也可以利用不同特征变换方法从不同侧面提取样本集合包含的诊断信息，最后通过合适的集成方法对提取的诊断信息进行融合。将信息融合技术运用到模拟电路故障诊断系统，能将不同的诊断信息进行有效融合，很好地解决测试信息不足的问题。

3.数字电路板诊断策略

在数字电路板的故障诊断中，我们进行故障诊断的基本思想是向被测电路板关键测试点注入测试矢量，再通过一定的算法和运算规则等对相应的输出响应进行分析处理，最后确定故障的类型以及在电路中发生故障的位置。针对不同的数字电路板，由于其功能、结构特点及故障特点各不相同，因此我们采取的故障诊断方法也不同。此外，在数字电路板的故障诊断中，也可以使用类似模拟电路诊断中所采用的故障字典法进行故障诊断，两类电路关于故障字典建立的方法和故障诊断的方法大致相同，这里不再赘述。

（1）基于故障树的功能测试法

功能测试法是指自动测试设备（ATE）通过接口测试适配器与被测电路板的主输入输出接口连在一起，由自动测试设备给被测电路板施加激励信号（功能测试向量），将所得结果与预期结果比较就可知道被测板是否有故障[4]。一般来讲，很多电子装备的数字电路板电路结构可以抽象为树状层次结构。对这类数字电路板的故障诊断可以依照电路的层次结构依次往下执行，直到找到最小故障单元为止。对某一级或某一层次电路的故障诊断，我们常用的方法是功能测试法。采用故障树与功能测试相结合的故障诊断方法优点是故障检测速度快，故障诊断效率高。该方法不仅可以检测出电路板的功能性故障，还可诊断出电路板的内部连接线等非元器件故障。

（2）替代测试法

替代测试法就是利用已知完好的元器件替代电路中起关键或重要作用的疑似故障器件，然后依据电路的工作原理给被测电路板输入激励信号，再采用功能测试法对电路板进行故障诊断。替代测试法运用的是器件隔离的思路，对关键、重要器件进行适当的隔离常常能够方便快捷地诊断器件本身和其它相关联的电路系统。替代测试法主要应用于具有特定结构的电路板的故障诊断，如对于拥有一个或多个核心控制器件对整体或局部电路进行控制的数字电路系统常可采用针对关键、重要件的替代测试法。

（3）穷举与伪穷举测试法

穷举测试法（也称群举测试法）在测试时首先要在被测数字电路的输入端分别输入全部可能的测试矢量，然后检测电路系统的输出是否与原电路所设计的逻辑功能相符[5]。在数字电路的故障诊断中，穷举测试法常用于组合逻辑电路的测试与诊断。使用穷举测试法进行测试时无需产生测试矢量的算法即能测试逻辑电路的全部功能，且故障检出率能达到百分之百。但是当数字电路系统输入测试矢量的维数过大时，系统的测试工作会因为工作量过大和测试时间过长而难以完成测试与诊断任务。

为了降低测试工作量，减少测试时间，常常用伪穷举测试法来代替穷举测试法。在伪穷举测试法中，通常先将待测电路系统进行分块处理，确保每一个分成的子电路块都能采用穷举测试法进行测试，之后在穷举测试法的基础上对电路系统进行测试与诊断，完成诊断工作。伪穷举测试法在一定程度上既具有穷举测试法的优点，同时又克服了穷举测试法工作量大和测试时间长的缺点，具有很强的实用性。

（4）边界扫描测试法

边界扫描测试（BST）是一种扩展的自测试技术，该技术是专门针对复杂数电路板故障诊断与测试难题而设计的一种测试法。边界扫描技术将可测试设计直接设计到电路板的器件内部，在器件引脚和内部逻辑之间插入标准的彼此串联在器件的边界构成移位寄存器的边界扫描单元以用于测试。边界扫描测试并不适合对所有的数字电路进行测试，该方法只能对具有边界扫描结构的数字电路板进行测试，并且也只能对板中与边界扫描链相连的外围集成电路芯片进行测试。边界扫描测试法测试时需在测试时钟的控制下通过测试数据入口将激励信号串行输入，然后通过边界扫描链中的边界扫描单元（即边界扫描通路）将激励信号作用于外围各集成电路芯片，然后将其响应数据通过数据输出口串行输出，同时通过对串行输出结果进行分析处理，最后确定外围各芯片是否有故障。

边界扫描测试法的优点是测试能力强、经济快速、自动化程度高、通用性好、故障覆盖率和测试精度高、对测试系统要求低等。该方法非常适合用于针对集成度较高的复杂数字电路板进行的测试，特别是对于含有复杂可编程器件的数字电路板很容易完成故障的测试与诊断。边界扫描测试法的缺点是测试仅适用于带边界扫描结构的芯片的数字电路板。

（5）仿真测试法

对于一些具有特定电路结构的电路板（如整个或局部电路工作状态受关键器件控制的电路板），我们可以采用仿真测试法。用仿真测试法进行诊断时，只需获取关键器件的控制权就能控制电路板的整个或局部电路的工作状态，进而迅速准确地诊断电路板。该方法的优点是避免了繁难的测试算法，对于不同的电路板进行测试与诊断时所需的硬件结构很少变化，需要变化的只是依据每个电路板的不同结构编制不同的测试流程图，开发不同的测试程序集（TPS）。进行测试时，我们只需将测试程序加载到数字IO中就能开展不同电路板的故障测试与诊断，方便、准确、高效、快捷。

4.结语

本文针对舰船电子装备电路板的故障诊断进行了分种类、多策略的故障诊断方法研究，其中一些方法在电子装备的故障诊断中已经取得了较好的应用效果。由于大量舰船电子装备电路板的技术先进、原理复杂，数字与模拟电路相互融合、硬件与软件联接紧密、超大规模集成电路与可编程电路综合应用，这些都需要在故障诊断中综合应用多种测试与诊断技术，根据电路特点合理选择方法，才能完成好舰船电子装备电路板的测试与故障诊断。

参考文献

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[3]鲁长江.带微处理器的复杂雷达电路板仿真测试技术研究[D].电子科技大学硕士学位论文.2010

[4]刘小波.雷达数字电路板故障诊断研究及实现[D].电子科技大学硕士学位论文.2010

电路故障诊断系统 篇7

工程人员对电路故障进行检测,早期是借助工具依靠所学知识以及工作过程中所积累的经验对电路进行简单的检测。但是随着电子技术的发展,这种人工检测的方式逐渐被淘汰,取而代之的是人工智能检测技术。51单片机是一种集CPU、RAM、ROM、多种I/O口以及串口为一体的超大规模集成芯片,相当于一块小的微型计算机,广泛应用于工业控制领域。但是单片机在人机交互方面存在一定的不足,不利于工程人员对控制现场的时时监控,因此在实际工程中,常常需要PC机的配合与51单片机构成上、下位机达到控制工业实时控制的目的。我们所设计的电路故障诊断系统,采用51单片机作为下位机,完成电路观测值的采集工作。利用PC机作为上位机,处理下位机所上传的数据,并调用MiniSAT求解器对所构建系统(SD,COMPS,OBS)三元组进行求解。其中SD为对电路系统中各电路元件的描述,COMPS为电路系统的所有的组成元件,是一个有限的常量集,OBS为电路系统中各元件输入输出点观测值的结合。

1设计思想

电路故障诊断系统的设计思路是使用51单片机采集电路连接点的数据信息作为观测值,研究电路的结构以及行为关系,建立电路系统元件描述,将电路系统的(SD,COMPS,OBS)三元组通过串口发送给上位机,上位机接收三元组数据后调用MiniSAT求解器求解,并将判定结果返回单片机指示故障点。

电路故障诊断系统由扫描解析模块、通信模块和诊断模块三部分构成。扫描解析模块主要是针对电路系统部件,研究部件可能的行为模式以及部件间的联系。将组件系统描述子句、正常行为描述子句以及观测描述文件的内容放入以合取范式(CNF)形式的描述文件。通信模块是将扫描解析模块中的描述文件通过串口端口输入到计算机中,计算机运行在Linux操作系统下,使用Python语言接收此描述文件并转变成文本文件最终运用SAT求解器求解诊断结果。

本文以检测一个简单的与门电路为例说明电路故障诊断系统通信模块的实现过程。

2下位机通信

根据电路故障诊断系统的设计思想,首先下位机建立电路系统的CNF描述文件,建立步骤如下:

(1)建立与门的电路元件描述文件SD, 根据与门的逻辑关系。设1,2分别表示与门的两个输入节点变量,3表示输出节点变量,输入输出正值表示高电平,负值表示低电平,4表示组件变量,当组件变量取正值表示部件正常工作,取负值表示部件不正常工作。当与门部件正常工作时,输入1,2时,输出为3,其逻辑描述为:OK(4) ∧1∧2 3,将其转换为范式的形式(将蕴含符号去掉)变成-OK(4)∨-1∨2∨3。考虑与门不同输入所产生的不同逻辑描述,则与门的合取范式(CNF)表达如下:(-OK(4) ∨ -1∨ -2∨3)∧(-OK(4)∨2∨-3)∧(-OK(4) ∨1∨-3)。与门的系统描述、组件正常行为描述的CNF文件如下:

-1 -2 -4 3 0

2 -4 -3 0

1 -4 -3 0

(2)写出组件为正常组件的CNF文件如下:

4 0

(3)建立观测描述文件,如何得知与门输入输出节点的观测信息呢?使用51单片机的I/O口连接与门的输入输出节点,CPU通过读取I/O口数据建立观测描述文件,假设当1,2输入节点变量为低电平时,观测到的输出节点变量如果为高电平,则观测的CNF文件如下:

-1 0

-2 0

3 0

其次,将所构建的CNF描述文件上传到PC机中,在通信过程中利用printf()函数将CNF描述文件转变成C语言函数以便单片机利用自带的异步通信串口向PC机发送数据。

最后,编写初始化函数UartInit(),在本设计中单片机串口选择工作方式2,波特率选择9600。发送函数send() 完成三元组数据的发送,接收函数receive() 接收PC机所发送的诊断结果,并使用LED灯指示故障源。

3上位机通信

电路故障诊断系统的诊断核心在于运行在PC机上的MiniSAT求解器。一般情况下,没有经过移植的MiniSAT求解器是运行在Linux操作系统的计算机上的[4]。上下位机之间的通信软件开发平台有很多,包括VB,C++ 等。但是由于Python具有语言简洁,开源,移植性好以及丰富和强大的类库等优点,因此选择Python作为上位机软件的开发。

本设计中上位机使用Python自带串口通信模块pySerial采用线程轮寻的方式启动线程监听串口数据的进入,当有数据时接收数据并将其转换成文本文档以便调用MiniSAT求解器求解,Pyhon转换函数如图3-1所示。

但电路存在故障时,本文所设计的电路故障诊断系统可以通过LED灯指示故障源。因此需要存在一个函数将求解结果反馈给单片机的功能。单片机根据诊断结果确定与门电路是否存在故障,如果单片机接收到字符“S”则说明诊断该小车无故障,而如果接收到字符“U”则说明电路存在故障元件,点亮LED灯。

4小结

以上主要介绍了电路故障诊断系统中通信模块的实现方法。实验过程中,单片机检测到观测值为 -1,-2,3时,LED指示该电路存在故障。经过逻辑分析发现,当与门两输入端为低电平时,当与门正常工作时输出应该为低电平,然而观测结果却是高电平说明该与门电路存在故障。使用该故障诊断系统诊断的结果与人工检测结果一致。在系统实现过程中采用Python设计的上位机通信软件编程简单,稳定,能很好的实时监控单片机所发送的信息,也能将诊断结果快速反馈。

摘要：本文以与门电路为例,介绍电路故障诊断系统通信模块的实现方法。利用下位机将与门电路系统所构建CNF形式描述的系统行为描述,组件正常行为描述以及51单片机获取观测值以此建立的观测值描述文件上传到上位机。上位机采用Python语言实现上下位机之间的串口通信,将所接收数据输入运行在Liunx操作系统下的MiniSAT求解器求解三元组,并将诊断结果反馈下位机。实验结果表明基于Python的通信模块可以很好的实现51单片机与PC机之间的串口通信。

电路故障诊断系统 篇8

关键词：专家系统,神经网络,道岔控制电路,故障诊断

引言

随着铁路行车密度的逐渐加大, 列车运行速度的不断提高, 给铁路车站信号设备维修人员维护信号设备带来了新的挑战[1]。如何让必然发生的信号设备故障对铁路运输产生的影响最小, 是亟待解决的问题[2]。本系统将神经网络理解成一类知识源的表达与处理模式, 利用专家系统有利于专家经验知识的保存和延续, 以及神经网络的并行数值计算过程, 使得推理速度加快。并利用神经网络对于知识的自动获取和能够自适应环境变化的特点, 来应对系统运行中可能出现的新故障, 从而满足实时诊断、排除道岔控制电路故障的要求, 具有重要的工程使用价值[3]。

1 道岔控制电路故障诊断系统简介

道岔控制电路包括三相交流电源、1DQJ、1DQJF、2DQJ、DBJ、FBJ等等对象, 且每个对象的故障形式有多种, 三相交流电源有断相和错序故障;1DQJ存在不能励磁、不能自闭、不能缓放故障等。在此只对道岔控制电路的故障建立故障诊断系统。分动外锁闭道岔电路主要分为三个部分:室内控制电路、道岔动作电路、道岔表示电路。电路制式为五线制电路, 分别命名为X1线至X5线。由于牵引道岔的转辙机数量不同, 所以其室内的控制电路有所区别, 但室外的动作和表示电路则完全相同[4]。

道岔电路故障诊断系统的主要内容包括以下几个方面:

1.1将专家系统和神经网络结合的故障诊断方法应用于铁路道岔控制电路的故障诊断中, 并通过神经网络的联想记忆功能实现故障信息的搜集和查询。

1.2利用模糊逻辑的思想, 对于知识的不确定性问题, 采用区间表示法来明确。并利用模糊理论实现实测信号的模糊化, 避免同时激活多条规则, 从而解决规则的冲突问题。

1.3采用面向对象的知识表示方法, 增强故障诊断专家系统的知识表达能力, 解决专家系统跨平台应用的问题。

1.4用MATLAB与Visual C++的联合编程的技术实现故障诊断的可视化编程[5,6]。

2 道岔控制电路故障诊断系统的组成

道岔控制电路故障诊断系统主要由知识库、推理机构、解释机构、人机界面、故障诊断界面等组成。

2.1 知识库

知识库是整个系统的核心, 知识库的组建包括两个过程:知识的获取和知识的存储。本系统的知识库分为两部分, 即基于专家系统的显式知识库和基于神经网络的隐式知识库。知识的获取以故障树分析为手段, 分析故障的层次关系, 提取模型知识[7]。系统知识库的建立难点主要是知识的表示。本系统的显式知识库, 依据专家大脑记忆模式中各知识块之间存在的因果关系, 以“IF前提THEN结论1 (行动1) ELSE结论2 (行动2) ”的形式, 即产生式规则表示出来[8]。

对于神经网络知识库, 在此选用了一定数量具有代表性和相容性的样本, 并对神经网络进行训练和测试, 采用其中误差较小的权值和阈值数据作为系统的隐式知识库。从而得到:权值W1为30行6列的数据库表, 权值W2为8行30列的数据库表, 阈值B1为30行1列的数据库表, 阈值B2为8行1列的数据库表。本道岔控制电路故障诊断系统的隐式知识库即可建立起来。

在系统的隐式知识库建成之后, 当出现诊断知识库中不存在的故障特征数据对应的新故障时, 系统可以对经过神经网络运算得出的结果进行自学习, 并把这种学习到的知识转化成专家系统知识库中相应的规则, 存入显式知识库中, 使整个知识库的质量和数量得到不断完善。

2.2 推理机制和解释机制

推理机制是智能故障诊断系统的最重要组成部分。本系统把神经网络和专家系统的推理机制结合起来, 不同的推理机制处理不同的知识。把与专家系统知识库中规则相匹配的故障征兆送入专家系统推理机求解, 把与专家系统知识库中规则不相匹配的故障征兆转化为神经网络的输入样本, 由神经网络进行推理求解。解释机制负责回答用户可能提出的各种问题。专家系统部分采取传统的方法, 如策略解释法。神经网络模块则利用神经网络的故障征兆数据及输入神经元、输出神经元的物理含义, 并结合知识库中的连接权值来形成规则。

2.3 故障诊断系统的实现

在此利用三组故障数据来验证神经网络和专家系统相结合的故障诊断结果。假设道岔控制电路出现故障, 且现象为定位突然失去表示[9]。

2.3.1工作人员测量分线盘X1-X2端子电压、表示继电器1-4线圈电压、电阻R1两端电压、分线盘X2-X4端子电压交流和直流全为零。工作人员在参数输入界面人工输入测量得到的故障数据, 点击“开始诊断”按钮, 诊断结果对话框就会显示出来, 诊断结果如图1所示。故障诊断结果为:室内X1 (或1DQJ) 断线。

2.3.2工作人员测量分线盘X1-X2端子电压交流105V、直流0V, 表示继电器1-4线圈电压交流105V、直流0V, 电阻R1两端电压交流24V、直流0V, 分线盘X2-X4端子电压交流104V、直流0V。工作人员在参数输入界面人工输入测量得到的故障数据, 点击“开始诊断”按钮, 诊断结果对话框就会显示出来, 故障诊断结果为:整流堆开路。

2.3.3工作人员测量分线盘X1-X2端子电压交流88V、直流0V, 表示继电器1-4线圈电压交流100V、直流0V, 电阻R1两端电压交流31V、直流0V, 分线盘X2-X4端子电压交流110V、直流0V。工作人员在参数输入界面人工输入测量得到的故障数据, 点击“开始诊断”按钮, 诊断结果对话框就会显示出来。故障诊断结果为:该故障诊断不出, 请链接到神经网络。由上述三种故障诊断过程可以看出:对故障特征数据在专家系统知识库中存在的故障类型, 只需工作人员输入故障特征数据, 并点击诊断按钮即可得出发生故障点, 对于知识库中不存在的故障再链接到神经网络进行诊断, 这样既减少了现场工作人员的劳动强度, 又提高了工作效率。假设系统是第一次用神经网络进行诊断, 因此在神经网络诊断之前要对神经网络进行训练, 点击训练神经网络按钮, 即可得到神经网络训练曲线, 如图2所示。而在专家对知识库进行修改之后, 系统仍然需要对建立的神经网络重新进行训练, 此时仍由工作人员直接按下训练神经网络按钮完成对神经网络的训练。

2.4 故障诊断结果分析

对神经网络训练完毕后就可以对第三种故障进行诊断, 点击神经网络按钮即可得到神经网络诊断结果。由诊断结果可知, 系统既实现了知识库中存在的故障的诊断, 又实现了知识库中不存在的故障的诊断, 提高了系统故障诊断的速率和效率。

3 结论

故障诊断是一门发展中的学科, 不断有新的理论和新的方法注入, 是一个富有挑战性的研究领域。将专家系统和神经网络结合并应用于道岔控制电路的故障诊断中, 是一个有很大发展前景的新课题。对于这一研究领域, 本文的工作仅仅是一个开端, 还有许多问题有待进一步研究。寻找一个方便快速实用的诊断方法是这一领域的当务之急。本文在这一方面做出了尝试, 本文的工作表明将专家系统和神经网络相融合应用于铁路信号道岔控制电路故障诊断是一个有着很大应用价值的研究方向。

参考文献

[1]袁成华.信号设备故障分析与处理[M].北京:中国铁道出版社, 2006.

[2]陆源.铁路信号设备故障诊断专家系统知识库的研究[D].兰州:兰州交通大学.2008.

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[8]宋小安.模拟电路故障诊断的专家系统法和神经网络法研究[D].南京:河海大学, 2005.

电路故障诊断系统 篇9

江苏-750P型轮式拖拉机是由江苏清拖农业装备有限公司生产的一种水旱通用、以耕为主、兼顾运输等作业的通用程度高、综合性强的中型拖拉机, 它具有结构紧凑、功能齐全、配置合理、操纵轻便、转向灵活、机动性好、维修保养方便、经济适用等特点, 特别适合我国自然环境和农业条件, 可与犁、耙、播种机、收割机、青贮机、秸秆还田机等多种农机具配套使用。

江苏-750P型轮式拖拉机采用直列、水冷、四冲程、直喷燃烧室, 12 小时功率为55.2 kW的柴油机, 发动机的型号有LR4B3-23、YC4B85-T21、4JR3ABT80X和YZ4108T等。发动机具有性能先进、油耗低、扭矩储备率高、易启动和动力经济性好的特点。目前在我国许多地区都得到了大量使用。

柴油机在使用过程中会产生各种故障, 其中以电路、油路故障最为常见。所以本文重点要探析拖拉机电路、油路故障的成因及其快速诊断排除方法。

1 电路故障

1.1 电气设备组成

江苏-750P型轮式拖拉机的电气设备系统采用的是12 V负极搭铁线制, 电线采用颜色标记或号码标志, 便于识别。主要由四部分组成, 即电源系统、照明及警示装置、电气设备的保护装置和起动系统。电源系统由蓄电池、发电机和调节器等组成, 采用双电源系统, 它的工作状态由电流表来监视, 通过电流表的工作状态来判别电源系统是否正常工作;照明及警示装置主要由车灯开关、转向灯开关、仪表小光灯开关、驾驶室备用开关、制动灯开关、喇叭开关和危险报警灯开关等组成, 它的作用主要是照明并起安全警示作用;电气设备的保护装置主要是由集中装于保险丝盒内的保险丝来保护, 保险丝盒安装在驾驶室的左边, 各保险丝的位置、额定电流和所保护的电器如表1所示;起动系统主要由起动机、起动继电器、起动开关等组成。

1.2 电路故障成因探析及快速诊断排除方法

江苏-750P型轮式拖拉机电路故障主要有:启动时, 起动机不转;启动时, 起动机能转动但转动无力;起动机空转;喇叭不响或声音嘶哑;打开仪表灯时, 所有仪表灯不亮;打开前后大灯开关, 个别大灯或全部不亮;打开转向灯开关, 个别转向灯或全部不闪烁、不亮等。

1.2.1 启动时, 起动机不转

(1) 成因分析:

通过对江苏-750P型轮式拖拉机的电路图分析, 认为启动时, 造成起动机不转的原因主要有:蓄电池存电不足;连接导线接触不良;起动机电机损坏;起动机电磁开关损坏;起动继电器损坏。

(2) 快速诊断流程:

首先开大灯、按喇叭, 观察灯光和喇叭声响是否正常, 如无灯光或灯光暗淡、喇叭响声低, 可清洁、紧固蓄电池正负接柱及蓄电池搭铁端接头, 再启动起动机, 如能启动, 则为导线连接不良, 否则为蓄电池亏电, 应充电。如灯光和喇叭声响正常, 此时, 应转动起动开关, 观察电磁开关有无动作, 可通过听有无吸合声或摸电磁开关感觉有无振动来确认电磁开关好坏, 如有吸合声或手摸有振动, 表明电磁开关前面电路是好的, 此时, 应短接起动机两接线柱观察起动机是否运转, 如能运转, 表明电磁开关接触盘接触不良, 如不能运转, 则表明电动机内部有故障。如无吸合声或手摸无振动, 此时可短接电磁开关接线柱和起动机蓄电池接线柱, 看电磁开关有无动作。如果没有动作, 则表明电磁开关有故障, 如果有动作, 则应进一步检查起动继电器, 在起动继电器点火接柱和机体间接试灯, 如果不亮, 则可能是起动开关故障或继电器点火接线柱前导线接触不良。如果试灯亮, 则可能是起动继电器本身故障、其搭铁不良或起动继电器至起动机间导线连接不良。

1.2.2 启动时, 起动机能转动但转动无力

(1) 成因分析:

通过对江苏-750P型轮式拖拉机的电路图分析, 认为启动时, 造成起动机能转动但转动无力的原因主要有:蓄电池电量不足;起动机电机损坏;起动机开关触点烧蚀;蓄电池接柱和搭铁接触不良。

(2) 快速诊断流程:

首先开大灯、按喇叭, 观察灯光和喇叭声响是否正常, 如无灯光或灯光暗淡、喇叭响声低, 可清洁、紧固蓄电池正负接柱及蓄电池搭铁端接头, 再启动起动机, 如能启动, 则为导线连接不良, 否则为蓄电池亏电, 应充电。如灯光和喇叭声响正常, 应短接起动机两接线柱观察起动机是否运转, 如能正常运转, 表明电磁开关接触盘接触不良, 如不能正常运转, 注意观察起动机运转速度是否偏高, 如偏高, 则说明起动机单向离合器打滑, 如不偏高, 可进一步开大灯, 接通点火开关到起动挡, 观察灯光变暗程度是否正常, 如果不正常, 则说明起动机内部有故障。如开大灯, 接通点火开关到起动挡时, 灯光变暗程度正常, 可观察发动机停机前是否有异响或是否新安装的发动机, 如果有异响或是新安装的发动机, 则认为是发动机阻力过大所致, 否则, 应为起动机内部故障。

1.2.3 起动机空转

(1) 成因分析:

打开点火开关到起动挡, 起动机运转正常而曲轴不转动。通过对起动机结构的分析, 认为造成该故障的原因多为离合器打滑。

(2) 快速诊断流程:

启动起动机, 看驱动齿轮与飞轮是否啮合, 如不能啮合且有撞击声, 则可能是驱动齿轮或飞轮齿环磨损过甚或损坏。

1.2.4 喇叭不响或声音嘶哑

(1) 成因分析:

按下喇叭开关, 喇叭不响或声音嘶哑。通过对喇叭结构和电路图的分析, 认为造成该故障的原因多为蓄电池存电不足、喇叭继电器和按钮损坏、喇叭损坏等。

(2) 快速诊断流程:

首先检查电源系统。接通前照灯开关, 前照灯不亮或暗淡, 此时启动发动机, 稍加油门, 若前照灯灯光正常, 喇叭响, 则是蓄电池存电不足, 应按前述方法检查蓄电池及其连接电缆情况。若前照灯亮度正常, 按下喇叭按钮, 检查继电器是否有“嗒、嗒”响声, 若有, 则可能是喇叭损坏或喇叭搭铁不良故障, 应更换喇叭总成或排除搭铁不良故障。若喇叭搭铁不良, 可以将喇叭拆下, 并重新装上;若喇叭损坏, 则需要换用新喇叭。

1.2.5 打开仪表灯时, 所有仪表灯不亮

(1) 成因分析:

主电路断路, 第七档保险丝断。

(2) 快速诊断流程:

检查主电路的联结情况, 若正常, 再用万用表检查第七档保险丝通断。

1.2.6 打开前后大灯开关, 个别大灯或全部不亮

(1) 成因分析:

灯泡损坏、第四档保险丝断、灯头接触不良。

(2) 快速诊断流程:

如是个别大灯不亮, 应首先用万用表检查此灯灯泡及其分支导线通断情况。如大灯全部不亮, 可用万用表检查第四档保险丝, 若损坏, 更换。若保险丝没有问题, 再用万用表检查大灯开关及主电路的通断情况, 若完好, 再检查灯泡好坏, 若损坏, 更换灯炮。

1.2.7 打开转向灯开关, 个别转向灯或全部不闪烁、不亮

(1) 成因分析:

转向灯泡损坏、第五档保险丝断、开关损坏、线路断路或闪光器损坏。

(2) 快速诊断流程:

如是个别转向灯不亮, 应首先用万用表检查此灯灯泡及导线通断情况。如果是转向灯全部不亮, 应用万用表检查第五档保险丝通断情况, 若损坏, 更换, 若完好, 再检查闪灯器工作情况。如闪灯器良好, 再检查转向灯开关及导线通断。

2 油路故障

2.1 油路系统组成

江苏-750P型轮式拖拉机的油路系统由低压油路和高压油路两部分组成, 低压油路主要组成部件有燃油箱、油水分离器、输油泵、柴油滤清器以及油管;高压油路主要组成部件有喷油泵、高压油管、喷油器等组成。

2.2 油路故障成因探析及快速诊断排除方法

江苏-750P型轮式拖拉机起动油路故障有:启动困难;发动机无力;怠速不稳;加速不良。

2.2.1 启动困难

(1) 启动时排气管不冒烟, 表明喷油泵未向气缸供油, 应旋开喷油泵上的放空气螺钉, 用手油泵泵油, 观察有无气泡冒出。若油路存在“气阻”, 放完空气后喷油器供油会正常。成因分析:油箱无油, 油箱开关未打开或油路堵塞;柴油滤清器堵塞;输油泵与油箱之间管路接头漏气或油管破裂 (造成低压油路内空气放不净) ;输油泵失效;限压回油阀不密封;柴油中有水。

快速诊断流程:检查时用手油泵将柱塞向上提时, 感觉有吸力, 松手后手泵会自动回位, 表明从油箱来的油路堵塞, 如手泵压下去比较费力, 表明滤清器堵塞, 应清洗更换滤芯。若用手油泵泵油, 来油正常, 发动机运转时不来油, 可能原因是输油泵弹簧折断、柱塞卡死、输油泵固定螺栓松动等。

(2) 若输油管路供油正常, 喷油泵不供油, 成因分析:停车手柄卡住不能离开停油位置;喷油泵操纵杆脱落或操纵臂松动;喷油泵供油拉杆卡住;喷油泵柱塞磨损严重。若发动机不能启动, 排气管冒白烟, 成因分析:柴油中有水分, 喷油雾化不良;喷油时间过早或过迟;喷油泵驱动轴键、槽磨损或正时联轴器上调节螺栓松动。

快速诊断流程:①检查油箱是否有油, 开关是否打开, 通气孔是否堵塞;松开喷油泵和柴油滤清器上的放气螺钉, 用泵泵油, 观察出油情况。②输油泵故障检查:拆卸输油泵。检查进出油阀是否装配不当或阀座面磨损严重、歪斜不平或弹簧失效;活塞、楔杆是否完好;清洁进油口滤网。③喷油泵故障检查:如低压油路正常, 应检查喷油泵。检查各高压油管有无破裂、管接头有无松动;检查联轴器的键、槽和固定螺钉的连接情况;拆卸喷油泵侧盖, 检查柱塞弹簧是否折断卡住或柱塞咬住;检查齿杆与衬套的配合状况及高压油路中有无空气。④喷油嘴的检查:检查喷油嘴的工作情况, 针阀是否堵塞、过热, 是否磨损漏油, 喷射开启压力及喷油时间是否失准;密封垫是否良好等。

2.2.2 发动机无力

发动机转速无法提高, 达不到额定功率, 运转不稳, 汽车行驶无力, 排烟不正常。

(1) 成因分析:

输油泵供油量不足或柴油滤清器堵塞;喷油泵调整不当或柱塞偶件磨损;个别高压油管或出油阀漏油;个别柱塞调节齿扇的夹紧螺钉松动;喷油泵供油操纵杆卡住, 不能达到最大供油位置, 限压回油失效等;调速器工作不良;油路中有空气;供油时刻不正时;喷油器的针阀咬死或漏油。

(2) 快速诊断流程:

故障诊断方法基本与柴油机启动困难诊断方法相同, 针对原因进行检查与排除。

2.2.3 怠速不稳

所谓怠速不稳就是怠速运转时发动机发抖, 转速不稳, 怠速时易熄火。

(1) 成因分析:

柴油牌号不对或柴油质量差;空气滤清器堵塞;喷油泵怠速供油量调整不当;调速器性能不良;个别喷油器喷雾质量不好;燃油供给系油路中有空气。

(2) 快速诊断流程:

首先检查柴油牌号及质量是否符合要求, 如不符合, 可更换, 再检查空气滤清器是否堵塞。然后试车, 如故障仍然存在, 可采用单缸断油法, 检查有无故障缸, 若有, 再检查故障缸的喷油器、喷油泵、气缸压力。如没有故障缸, 进行怠速调整, 检查并调整调速器。

2.2.4 加速不良

发动机加速不灵敏, 踩下加速踏板后, 转速不能提高到规定值。

(1) 成因分析:

柴油牌号不对;加速踏板拉杆行程不能保证供给最大供油量;调速器损坏或加速调整不当;输油泵故障。

(2) 快速诊断流程:

柴油机发生加速不良故障时应首先检查柴油牌号是否适合, 再踩油门到底, 观察喷油泵是否能到最大供油位置。如不能, 检查输油泵和调速器工作性能。

3 结束语

了解江苏-750P型轮式拖拉机常见电路、油路系统故障产生的原因, 掌握故障诊断的快速方法, 对于正确使用和维护江苏-750P型轮式拖拉机, 具有十分重要的意义。

摘要：江苏-750P型轮式拖拉机特别适合我国自然环境和农业条件, 可与多种农机具配套使用。目前在我国许多地区都得到了大量使用。本文主要探析拖拉机的电路、油路故障的成因及其快速诊断排除方法, 以便广大农机使用者掌握快速检修方法。

关键词：江苏-750P,轮式拖拉机,电路故障,油路系统,故障成因,探析与快速诊断

参考文献

[1]吴际璋, 李仁光.汽车构造[M].北京:人民交通出版社, 1994.

[2]黑龙江省农业机械化学校.拖拉机汽车[M].北京:中国农业出版社, 1999.

[3]杜盛强.汽车电气设备构造与维修[M].成都:电子科技大学出版社, 2008.

[4]北京市农业局.农机实用技术[M].北京:中国农业大学出版社, 2009.

模拟电路故障诊断研究 篇10

1 模拟电路故障特点

模拟电路故障诊断就是根据现有网络拓扑结构, 将信号输入后检测故障反应, 并据此确定出现故障的具体位置及相应参数。模拟电路信号不同于数字信号, 其受时间的影响较大, 并处于不断变化过程中, 具体而言, 模拟电路信号特点可以归结为以下几点:

(1) 构成模拟电路的元器件一大突出特点就是离散型, 也就是通常所说的容差, 从本质上讲, 就是许可范围内的小故障, 在实践中并不罕见, 其会对模拟电路故障明确性造成一定影响, 从而加大确定故障准确位置的难度; (2) 模拟电路输入及输出具有连续性, 由于故障模型复杂程度较高, 予以量化的难度较大; (3) 通常情况下, 模拟电路频率范围为至, 可见其频率范围较宽, 因此, 就算检测同一信号, 由于原理、具体方法以及相关设备等因素, 结果也会有所区别; (4) 由于现代电路可以用来进行检测的节点数量较少, 用于故障诊断的信息有限, 这就加大了故障定位的难度; (5) 由于非线性问题的存在, 差不多所有实用模拟电路都面临反馈回路和非线性问题, 这也使得测试及计算变得更加困难。

2 现代模拟电路故障诊断方法

2.1 神经网络—小波分析故障诊断法

小波分析故障诊断法基本思路为:借助小波母函数尺度上的伸缩及时域中的平移对信号进行分析, 确定最适宜的母函数, 从而确保扩展函数的局限性, 从这一层面而言, 小波分析故障诊断法属于时频分析法范畴。具体来说, 小波分析故障诊断机理主要包括以下内容:第一, 借助观测器信号奇异性进行诊断;第二, 以观测器信号频率结构变动为依据进行诊断。小波分析故障诊断法对系统性数学模型以及所输入的信号没有特殊要求, 并具有准确度高、运算量小、抑制噪声性能高等优势;然而, 在尺度较大时, 滤波器时域也相对较宽, 受此因素影响, 检测过程中存在时间延迟问题, 此外, 小波基也在一定程度上影响着故障诊断结果。

当前, 神经网络和小波分析结合方式主要有两种:一是嵌套式, 在神经网络中输入变换的小波运算, 从而得到神经网络—小波分析, 该方法将神经网络所具有的自学习性以及小波特征予以有机融合, 不但具有较强的容错性, 同时还具有良好的自适应分变性, 从一定意义上, 该方法对神经网络及小波分析法的应用范围予以了拓展, 并对深入分析和研究模拟电路故障诊断起到积极促进作用。

2.2 神经网络—专家系统故障诊断法

在人工智能应用研究方面, 活跃度及影响力较大的一大课题就是专家系统, 基本工作理念为:第一, 通过一定的规则描述专家知识及诊断经验, 从而得到模拟电路故障诊断专家系统知识库;第二, 以报警信息为主要依据进行推理分析, 并在此基础上明确导致模拟电路故障的主要原因。专家系统具有一定的智能性, 可以对人类专家进行决策的过程予以模拟, 并针对较为困难的问题提出解决建议。然而, 其在实践中也暴露出自身的不足:一是维护知识的难度较高;二是自适应性、学习型以及实时性等方面有待进一步提升。

人工神经网络对于信息采取分散式存储方式, 并且借助网络拓扑结构以及权值分布可以确保非线性映射的实现, 在依托于全局并行处理方式将输入变换至输出, 因此, 对于在模拟电路故障诊断过程中所遇到的复杂程度较高且难以用公式予以描述的非线性关系, 借助人工神经网络可以轻松予以解决。

2.2.1 捕获和显示嵌入式串行总线

随着低速串行总线在嵌入式系统中的使用越来越多, 由于串行总线涉及到相应的协议, 因此需要明确硬件工作是否正常、软件控制是否有漏洞, 同时系统噪声是否会影响到该总线的传输。

目前, 对于I2C、SPI串行总线, 示波器能够迅速捕获其协议, 帮助检测和调试设计。

2.2.2 捕获偶发毛刺

由于目前的嵌入式电路, 速度越来越快, 偶尔发生的异常事件 (例如毛刺) 可能会导致整个系统功能的错误, 目前示波器可以通过峰值检测功能, 直接捕获到窄毛刺, 协助硬件工程师进行电路板调试。

2.2.3 考察微小的信号

对于m V或u V范围的信号进行测试非常困难, 不仅其信号的幅值低, 而且噪声相对较高。可以采用示波器的10X无源探头, 以直到100u V/div的垂直分辨率进行采集。

2.2.4 检查信号的完整性

在硬件电路板测试过程中, 为了保证实际工作环境可靠, 需要对信号的频率和幅度变化、过冲、上升事件、地跳动、串扰等影响信号完整性问题进行详细的测试, 通过采用示波器的光标, 方便进行上述测试。

考虑到人工神经网络自身优势以及专家系统的先天不足, 将二者予以融合是今后研究的一大焦点课题。神经网络专家系统与之前的专家系统相比较而言, 前者属于底层数值模型, 后者则属于高层逻辑模型, 二者间存在较大区别, 对于系统当中所存在的知识表示、获取及推理等问题, 可以模拟专家推理过程, 今后要对针对大型模拟电路的神经专家故障诊断系统进行深入研究。

3 结语

综上所述, 模拟电路使用范围相当宽泛, 诸如自动控制、军工、家用电器等诸多领域均有所涉及, 并且受集成电路发展的影响, 模拟电路变得越来越复杂, 这也对其运行可靠性提出更高要求, 一旦出现问题, 及时确定故障准确位置及类型, 并迅速进行调试及检修, 对导致故障的原因进行深入分析, 从而总结出模拟电路故障特点, 并采取相应的诊断方法具有重要意义。随着科技的发展, 模拟电路故障诊断的力量研究将会更加深入, 相应的诊断方法也将会不断予以改进, 并在实践中得到充分应用。

摘要：模拟电路应用范围相当广泛, 并随着集成电路的发展, 其复杂性不断提升, 模拟电路故障诊断逐渐成为电路理论研究的一大热点问题。本文首先对模拟电路故障特点进行简单归纳, 在此基础上对现代模拟电路故障诊断方法进行了详细阐述。

关键词：模拟电路,故障,诊断方法

参考文献

[1]唐静远.模拟电路故障诊断的特征提取及支持向量机集成方法研究.电子科技大学, 发表时间:2009-12-18.

[2]孙永奎.基于支持向量机的模拟电路故障诊断方法研究.电子科技大学, 发表时间:2009-06-01.

[3]李浩.基于嵌入式系统的模拟电路故障诊断平台研究与实现.西安电子科技大学, 发表时间:2011-01-01.