基于仿真的军用电路板故障诊断系统研究

时间:2009-03-10 11:16来源:世纪电源网

摘要:随着军用电子装备性能的日益提高,其复杂程度也相应提高,电子设备的电路板功能越来越强大,但结构越来越复杂,种类也越来越繁多,这就对电路板的故障诊断技术提出了更高的要求,对电路的故障诊断也就成了电子设备维修保障的难点[1]。况且由于军用新装备列装时间短,生产数量较少,使用地区分布广,同时牵涉到保密等问题...

随着军用电子装备性能的日益提高,其复杂程度也相应提高,电子设备的电路板功能越来越强大,但结构越来越复杂,种类也越来越繁多,这就对电路板的故障诊断技术提出了更高的要求,对电路的故障诊断也就成了电子设备维修保障的难点[1]。况且由于军用新装备列装时间短,生产数量较少,使用地区分布广,同时牵涉到保密等问题,相对的故障统计信息和维修经验相对较少,如果完全通过实装进行实验或运行来积累装备故障诊断所需的维修经验,会对装备造成较大的损耗,且周期较长,不利于装备在使用寿命期内发挥其最大的效能,极大的限制了电子设备智能故障诊断系统的发展[2],而基于电路故障仿真正是解决该问题的最佳选择。电路故障仿真技术的发展使得人们可以借助电路仿真软件[3]来实现对电路板故障模拟的相关测试诊断。通过电路仿真分析工具能在计算机上提供军用电子装备电路实际的工作过程,可满足用户在计算机上完成电路的原理图输入、功能仿真、特性测试、故障设置和响应分析等。

  1 总体设计方案

  本系统的总体设计思路是,首先利用电路故障仿真技术建立装备电路的仿真系统,然后通过电路仿真系统的故障复现和模拟,将专家知识与仿真结果有效融合,构建故障模型数据库,研究适合装备电路的故障诊断方法,建立电路的故障诊断系统,最终形成通用性、扩展性较强的电路板故障诊断系统。

  从故障建模、故障注入,到电路仿真、数据分析,最终建立故障诊断系统。本系统的设计主要分为分析部分、输入部分、仿真部分和输出部分四部分组成。电路板仿真故障诊段系统总体设计流程图1所示。

              



                         图1  电路板仿真故障诊段系统总体设计流程

  1.1分析部分

  FMEA(Failure Mode and Effects Analysis,故障模式和影响分析)分析指对系统中每一故障模式的严重程度、检测难易程度以及发生频度进行分类,将发生概率高、危害度大的故障选作故障集,而不必对所有元件的硬故障都予以考虑,有针对性地建立模型进行仿真,使大规模电路仿真得到了简单化、实用化。通用元器件故障模式的确定,可参考引用权威的故障模式统计报告,如国产电子元器件可引用GJB299-C,国外电子元器件可引用MIL-HDBK-217F。

  1.2输入部分

  根据FMEA分析,设置元器件故障参数。画电路图,标注各元件名称及参数值,标注各元件节点及节点编号等;建立电路的输入文件,输入文件有两种形式:一种是网表形式;另一种是原理图形式。

  1.3电路仿真部分

  通过FMEA分析,我们知道了系统中最容易发生故障的元件或子电路,并建立了它们的故障模型,利用仿真软件PSpice对电路进行仿真,采用灵敏度分析找出对电路测试点输出影响最大的元件,并设置故障模式,再用蒙特卡罗分析法获取电路在各个状态模式下的信号波形。

  1.4输出部分

  利用小波分析的“数学显微镜”等功能对电路输出信号的故障特征进行提取,并进行归一化处理,而后输入给BP神经网络完成故障诊断。这样既可以减少BP神经网络输入数目,简化神经网络结构,缩短训练时间,又提高了辨识故障类别的能力。

  2  关键技术

  2.1故障诊断系统搭建

  在实际设计中,按照,该系统设计是基于LabVIEW平台开发的,内嵌数据库软件ACCESS,仿真工具PSpice,各种算法的开发工具MATLAB,VC++6.0作为主程序的开发工具,主要负责各个软件之间的调度协调。整个系统由四个功能模块、一个主控模块和人机界面组成。系统结构组成框图如图2所示

                     



                                   图2  系统结构组成框图

  2.2 Matlab读取 PSpice的仿真数据

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