模拟电路故障仿真与诊断平台研制

论文摘要

随着导弹、卫星等大型系统功能的日益完善,对其可靠性要求不断提高,而电子设备作为大型系统的控制核心,对其可靠性要求更严格,模拟电路占电子电路的比例小,但是发生故障的频率却比数字电路大,因此迫切需要研究模拟电路故障诊断技术。但是,模拟电路故障诊断方法面临两个严重的问题:实际故障样本缺乏和诊断方法缺乏实效性验证,因此造成了理论上优秀的方法难以推广到实际应用领域。针对此问题,本文以某型号设备电气系统中的模拟电路作为诊断对象,首先研究模拟电路故障仿真技术,包括典型器件故障模型、故障注入方法的研究,并以此为基础开发故障仿真平台,利用通用波形发生与数据采集平台获取实际电路故障样本;然后开发故障诊断平台,对基于支持向量机(Support Vector Machine SVM)的故障诊断方法的实效性进行验证。根据该设备电气系统模拟电路故障仿真与诊断平台的功能和技术指标要求,提出了系统的总体设计方案,将整个系统划分为故障仿真平台、通用波形发生与数据采集平台、故障诊断平台。其中,故障仿真平台以直流电源电路和自动驾驶仪电路作为诊断对象,在对其包含的典型器件的故障模式分析基础上,得到了相应故障模型,并通过继电器阵列配合FPGA实现故障注入;通用波形发生与数据采集平台以ARM控制器作为主控电路,实现产生测试激励,采集故障样本功能,并通过LAN总线和故障诊断主控计算机通讯;故障诊断平台完成整个系统的协调控制,实现通用波形发生与数据采集平台测试,算法故障模型训练和故障诊断功能,故障诊断方法采用支持向量机算法实现。最后本文对整个系统进行了调试,并给出结论和评价。实验室调试结果表明,本文设计的模拟电路故障仿真与诊断平台能够对某设备电气系统模拟电路进行较为真实的故障仿真,每个仿真电路可注入故障类型不少于30类,从而为故障诊断方法提供真实的故障样本。故障诊断平台的诊断准确率不小于90%,并且具有良好的操作界面,整个系统完全满足设计要求。另外,本文对模拟器件故障模型及故障注入方法的研究成果,可以运用到其它模拟电路故障仿真研究,研究成果具有一定的推广性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义
• 1.2 模拟电路故障诊断技术研究现状分析
• 1.2.1 故障仿真技术研究现状分析
• 1.2.2 故障诊断方法研究现状分析
• 1.3 主要研究内容和目标
• 1.4 论文结构
• 第2章 故障仿真与诊断平台总体设计方案
• 2.1 总体研究思路
• 2.2 故障仿真与诊断平台总体方案
• 2.3 故障仿真与诊断平台硬件设计方案
• 2.3.1 故障仿真平台设计方案
• 2.3.2 通用波形发生与数据采集平台设计方案
• 2.4 故障仿真与诊断平台软件设计方案
• 2.4.1 故障诊断平台软件总体结构
• 2.4.2 故障诊断平台软件开发环境选择
• 2.4.3 故障诊断方法选择
• 2.5 本章小结
• 第3章 故障仿真平台研制
• 3.1 直流电源电路故障仿真模块设计
• 3.1.1 典型分立模拟器件故障模型
• 3.1.2 直流电源电路故障仿真模块实现
• 3.2 自动驾驶仪电路故障仿真模块设计
• 3.2.1 运算放大器故障模型
• 3.2.2 自动驾驶仪电路故障仿真模块实现
• 3.3 本章小结
• 第4章 故障诊断平台研制
• 4.1 仪器测试功能实现
• 4.1.1 测试功能要求
• 4.1.2 测试界面设计
• 4.1.3 测试功能实现
• 4.2 故障仿真功能实现
• 4.2.1 仿真功能要求
• 4.2.2 仿真功能界面设计
• 4.2.3 仿真功能实现
• 4.3 故障诊断功能实现
• 4.3.1 诊断功能要求
• 4.3.2 诊断功能界面设计
• 4.3.3 诊断功能实现
• 4.4 本章小结
• 第5章 系统调试和性能评估
• 5.1 故障仿真平台调试
• 5.1.1 故障仿真平台调试流程
• 5.1.2 直流电源电路故障仿真模块调试
• 5.1.3 自动驾驶仪电路故障仿真模块调试
• 5.2 通用波形发生与数据采集平台测试
• 5.2.1 数据采集模块性能测试
• 5.2.2 基于AD9762 的波形发生器模块测试
• 5.3 故障诊断平台调试
• 5.4 故障诊断算法性能分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢