仿真的军用电路板故障诊断系统研究

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。电路板仿真故障诊断系统总体设计流程如图1所示。
 

 

　　1.1  分析邵分

　　FMEA(Failure Mode and Effects Ahalysis，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分析知道了系统中最容易发生故障的元件或子电路，并建立其故障模型，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，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。
 

 

　　2.2  Matlab读取PSpice的仿真数据

　　利用PSpice的电路仿真功能，使用PSpice提供的元器件及故障模型，对电路进行直流分析、交流分析等，然后将所得到的输出文件，尤其是波形文件导入Matlab中进行数据分析，例如可以进行频谱分析、去噪等处理进行小波分析，提取某一区间的波形特征，可以进一步使用神经网络进行特征的模式识别。

　　PSpice的输出文件有．out格式和．dat格式两种，再将这些文件导入Matlab中进行处理，对故障进行定位。PSpice波形文件可以使用．PLOT语句在．out文件中显示。现在将PSpiee的波形文件导入Matlab中进行处理。

　　在PSpice窗口中选择File／Export／Text，在Export Text Data对话框中输入保存路径和保存的文件名，为了使Matlab读取数据方便，一般将该文件的保存路径设置为Matlab安装目录中的work文件夹。此时，Matlab对该文件的读取有两种方法：

　　(1)启动Matlab，单击File／Import Data，在Import窗口中选择先前保存的．txt文件，在Import Wizard对话框中选择Column separator为Space(空格)，在Matlab的引导下将．txt文件的数据导人．dat矩阵中，就可以使用Matlab对PSpice的波形数据进行处理了。

　　(2)直接通过Matlab提供的函数编写M文件，打开．txt文件，选择import data函数：
 

 

　　第一种方法将PSpice输出的文本格式的波形文件保存在ans矩阵中，在Matlab工作空间(WorkspaceBrowser)中双击ans矩阵就可以看到波形文件包含的内容了。第二种方法是将波形文件的内容存放在用户自己定义的矩阵y中，此时就可以通过对矩阵y的操作来实现对PSpice输出波形文件的进一步处理。

　　2.3 VC++6.0与Matlab混合编程

　　Matlab引擎是一组函数，通过这组函数，用户可以．在自己的应用程序中实现对Matlab的控制，来完成复杂的计算和图像绘制等任务，这就相当于把Matlab当作一个计算引擎。VC++与Matlab混合编程部分程序如下：
 

 

　　以上就完成了Matlab引擎的启动，需要注意的是在运行完毕后应使用engClose(ep)函数关闭引擎。

　　在确定输入参数符合要求后，使用Switch语句和if语句进行判断使用的小波变换类型，运行相应的程序，使用engEvalString()函数可以执行Matlab命令，从而实现对PSpice输出波形文件进行绘图或者小波变换。