基于傳輸函數(shù)的濾波電路故障診斷方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于模擬電路故障診斷技術(shù)領(lǐng)域，更為具體地講，涉及一種基于傳輸函數(shù) 的濾波電路故障診斷方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在目前模擬電路故障診斷技術(shù)領(lǐng)域，有兩個(gè)重點(diǎn)和難點(diǎn)問題需要解決。
[0003] (1)模擬元件參數(shù)連續(xù)性問題
[0004] 該問題的解決途徑是對元件參數(shù)連續(xù)變化（從零到無窮大）進(jìn)行統(tǒng)一建模。但是 顯然目前常用的開路和短路故障模型，以及固定參數(shù)故障類型（如參數(shù)上下漂移50%)和 分段故障模型（如參數(shù)變化為±5%到±10% )都無法勝任此任務(wù)。
[0005] (2)容差對故障診斷的影響問題
[0006] 模擬電路中的元件即便無故障，其參數(shù)也可能在一定范圍內(nèi)變化（通常定義為 ±5%以內(nèi)），這被稱為容差問題。容差問題也會(huì)導(dǎo)致故障輸出在標(biāo)準(zhǔn)故障輸出附近變化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于傳輸函數(shù)的濾波電路故障 診斷方法，利用傳輸函數(shù)各項(xiàng)系數(shù)與故障元件的關(guān)系來進(jìn)行故障診斷，從而快捷、準(zhǔn)確地實(shí) 現(xiàn)故障定位。
[0008] 為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明基于傳輸函數(shù)的濾波電路故障診斷方法包括以下步 驟：
[0009] Sl :獲取濾波電路傳輸函數(shù)，得到電路傳輸函數(shù)中與元件參數(shù)相關(guān)的各項(xiàng)系數(shù)Cj 的表達(dá)式；然后得到無故障狀態(tài)下各項(xiàng)系數(shù)構(gòu)成的無故障系數(shù)向量C。= {c M，C(]2, ...，cQK}， 其中K表示系數(shù)數(shù)量，表示第j個(gè)系數(shù)在無故障狀態(tài)下的值，j的取值范圍為j = 1，2, · · ·，K ;
[0010] S2 :根據(jù)各項(xiàng)系數(shù)c]的表達(dá)式得到用元件參數(shù)表達(dá)的傳輸函數(shù)系數(shù)關(guān)系矩陣D， 矩陣D中的元素 Cljl表示系數(shù)c ;與第i個(gè)元件p啲關(guān)系，i的取值范圍為i = 1，2,…，N， N表示元件數(shù)量，當(dāng)系數(shù)Cj與元件p ;無關(guān)時(shí)d M= 0,當(dāng)元件p ;在系數(shù)c 的表達(dá)式中為分子 時(shí)(Iji= 1，當(dāng)元件p ;在系數(shù)c .j的表達(dá)式中為分母d μ= -1 ;
[0011] 將矩陣D轉(zhuǎn)置并將各元素取絕對值得到故障字典矩陣D'，其中元素 Cllj= |d μ I， 元件Pi對應(yīng)的特征向量為故障字典矩陣IV的第j行行向量IV =
[0012] S3:當(dāng)濾波電路發(fā)生故障時(shí)，采用不同頻率的激勵(lì)信號輸入電路，激勵(lì)信號的頻率 數(shù)量大于系數(shù)數(shù)量，得到輸出電壓；然后根據(jù)得到的輸出電壓，采用最小均方擬合方法得到 濾波電路的傳輸函數(shù)表達(dá)式，得到被測濾波電路的故障系數(shù)向量C f= {c fl，cf2, ...，cfK};
[0013] S4 :計(jì)算故障系數(shù)向量Cf中各個(gè)系數(shù)c ^相對于無故障系數(shù)向量C。中對應(yīng)系數(shù)值 的變化相對量@ :
[0014]
[0015] 如果^>7\ T表示元件容差閾值，對應(yīng)的故障特征df]設(shè)置為1，否則設(shè)置為0 ; 從而得到故障特征向量df= [d fl, df2, . . .，dfK];
[0016] S5 :從故障字典矩陣IV中查找與故障特征向量df最接近的行向量，其對應(yīng)的元 件即為故障元件。
[0017] 本發(fā)明基于傳輸函數(shù)的濾波電路故障診斷方法，首先根據(jù)濾波電路傳輸函數(shù)得到 與元件參數(shù)相關(guān)的各項(xiàng)系數(shù)的表達(dá)式，以及無故障系數(shù)向量，根據(jù)各項(xiàng)系數(shù)的表達(dá)式得到 用元件參數(shù)表達(dá)的傳輸函數(shù)系數(shù)關(guān)系矩陣D，將矩陣D轉(zhuǎn)置并將各元素取絕對值得到故障 字典矩陣D';當(dāng)濾波電路發(fā)生故障時(shí)，采用不同頻率的激勵(lì)信號輸入電路得到輸出電壓， 采用最小均方擬合方法得到濾波電路的傳輸函數(shù)表達(dá)式，從而得到被測濾波電路的故障系 數(shù)向量，根據(jù)故障系數(shù)向量和無故障系數(shù)向量得到故障特征向量，從故障字典矩陣D'中查 找與故障特征向量d f最接近的行向量，其對應(yīng)的元件即為故障元件。本發(fā)明利用傳輸函數(shù) 各項(xiàng)系數(shù)與故障元件的關(guān)系來進(jìn)行故障診斷，可以有效解決模擬元件參數(shù)的連續(xù)性問題和 容差對故障診斷的影響，從而快捷、準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)故障定位。
【附圖說明】
[0018] 圖1是本發(fā)明基于傳輸函數(shù)的濾波電路故障診斷方法的一種【具體實(shí)施方式】流程 圖；
[0019] 圖2是二階托馬斯濾波電路拓?fù)鋱D。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行描述，以便本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地 理解本發(fā)明。需要特別提醒注意的是，在以下的描述中，當(dāng)已知功能和設(shè)計(jì)的詳細(xì)描述也許 會(huì)淡化本發(fā)明的主要內(nèi)容時(shí)，這些描述在這里將被忽略。
[0021] 為了更好地說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，首先對本發(fā)明的技術(shù)原理進(jìn)行說明。
[0022] 線性時(shí)不變?yōu)V波電路的傳輸函數(shù)可以寫為：
[0023]
(1)
[0024] 其中，s為復(fù)數(shù)；aw(p)為分子第w項(xiàng)系數(shù)，w的取值范圍為w = 0, 1，. . .，n，aw(p) 是由電路元件確定的實(shí)數(shù)，用P表示其為元件參數(shù)的函數(shù)；bv (p)為分母第v項(xiàng)系數(shù)，v的取 值范圍為V = 〇, 1，...，m，bv (P)也是由電路元件確定的實(shí)數(shù)。式中所有系數(shù)8" (P)和1\ (P) 都是某些電路元件P1的函數(shù)。不失一般性，對所有系數(shù)進(jìn)行統(tǒng)一編號，用c i表示b。(p)，Cni+1 表示bm (p)，cm+2表示a。(p)，cm+n+2表示a n (p)，假定m+n+2 = K。則有Cj, j的取值范圍為j =1，2,. . .，K。不妨假定電路中元件個(gè)數(shù)為L，則根據(jù)濾波電路傳輸函數(shù)性質(zhì)可知，所有系 數(shù)均為元件參數(shù)的乘積，BP : CN 105158679 A 仇叱卞> 3/7 頁
[0025]
(2):
[0026] 其中，(IjiG {-1，〇, 1}，當(dāng)?shù)趈個(gè)系數(shù)c 與第i個(gè)元件p ;無關(guān)時(shí)，d M= 1時(shí)表示乘 法，表示元件Pi在系數(shù)c 的表達(dá)式中為分子，d μ= -1表示除法，表示元件p ;在系數(shù)c 的 表達(dá)式中為分母。
[0027] 表1是用元件參數(shù)表達(dá)的傳輸函數(shù)系數(shù)關(guān)系矩陣。表1給出的矩陣能完全表達(dá)式 (2)表1是表達(dá)式（2)的矩陣形式。表2是用傳輸函數(shù)系數(shù)表示的元件參數(shù)關(guān)系矩陣。表 2是表1中矩陣的轉(zhuǎn)置。
[0028]
[0029] 表 1
[0030]
[0031] 表 2
[0032] 由于電路中的故障元件參數(shù)可以變大也可以變小，因此無論乘法或者除法，都可 以進(jìn)行統(tǒng)一處理。表2中的所有元素都取絕對值。因此表2中Cl lj的取值范圍為0或1的 二進(jìn)制數(shù)據(jù)，由于K位的二進(jìn)制數(shù)能表達(dá)出種不同數(shù)值，對應(yīng)于故障診斷，如果傳輸函數(shù)有 K個(gè)系數(shù)（分子分母系數(shù)之和），則最多能實(shí)現(xiàn)2K個(gè)故障的診斷。以p i為例，當(dāng)它發(fā)生故障 時(shí)，勢必引起傳輸函數(shù)某些系數(shù)發(fā)生變化，如果牝?yàn)?，則第j個(gè)參數(shù)會(huì)因?yàn)楣收蟨 i發(fā)生變 化。反過來，如果已知參數(shù)C= {Cl，c2，...，cK}的變化情況，則可以從表2中查找出對應(yīng)的 P1。查找方法是找出某行，其對應(yīng)取1的列系數(shù)c發(fā)生變化。
[0033] 基于以上原理，本發(fā)明提出了一種基于傳輸函數(shù)的濾波電路故障診斷方法。圖1 是本發(fā)明基于傳輸函數(shù)的濾波電路故障診斷方法的流程圖。如圖1所示，本發(fā)明基于傳輸 函數(shù)的濾波電路故障診斷方法包括以下步驟：
[0034] SlOl :確定電路傳輸函數(shù)系數(shù)：
[0035] 首先獲取電路傳輸函數(shù)，得到電路傳輸函數(shù)中與元件參數(shù)相關(guān)的各項(xiàng)系數(shù)Cj的表 達(dá)式，然后得到無故障狀態(tài)下各項(xiàng)系數(shù)構(gòu)成的向量C。= {c M，C(]2, ...，cj，其中K表示系數(shù) 數(shù)量，(?表示第j個(gè)系數(shù)在無故障狀態(tài)下的值，j的取值范圍為j = 1，2, ...，K。電路傳輸 函數(shù)可以直接由電路原理圖寫出，也可以借助電路分析軟件（如snap)寫出。
[0036] S102 :確定故障字典矩陣：
[0037] 根據(jù)各項(xiàng)系數(shù)C]的表達(dá)式得到用元件參數(shù)表達(dá)的傳輸函數(shù)系數(shù)關(guān)系矩陣D，矩陣 D中的元素 Cljl表示系數(shù)c ;與第i個(gè)元件p啲關(guān)系，i的取值范圍為i = 1，2,…，N，N表 示元件數(shù)量，當(dāng)系數(shù)Cj與元件p ;無關(guān)時(shí)d M= 0,當(dāng)元件p ;在系數(shù)c 的表達(dá)式中為分子時(shí) '=1，當(dāng)元件p i在系數(shù)c ,的表達(dá)式中為分母d ]1=-1。然后將矩陣D轉(zhuǎn)置并將各元素取 絕對值得到故障字典矩陣IV，其中元素 Cll j= I Cl jl I，系數(shù)(^對應(yīng)的特征向量為故障字典矩 陣D'的第j行行向量D' (j) = {屯，d2.j，…，dK.j}。
[0038] 故障字典矩陣D'中每個(gè)行向量就是對應(yīng)元件P1的特征向量。由于在電路中一般 存在模糊組，即有若干個(gè)元件對應(yīng)的特征向量相同，在診斷時(shí)無法區(qū)分，要將這些元件作為 一個(gè)模糊組來處理。因此為了后續(xù)診斷的簡便，可以將故障字典矩陣D'中具有相同行向 量對應(yīng)的元件作為一個(gè)模