模擬電路RUP預(yù)測方法研究.pdf

1、模擬電路的故障診斷和失效預(yù)測是電子系統(tǒng)健康管理(Prognostics and Health Management,PHM)研究中的研究熱點(diǎn)。由于失效預(yù)測相比故障診斷可以更好的防止故障的發(fā)生，所以失效預(yù)測的研究尤其重要。模擬電路的失效預(yù)測有兩個難點(diǎn)：第一、當(dāng)模擬電路中某一個元件失效時，失效元件仍然是保持通電狀態(tài)，因此對電路的失效狀態(tài)很難進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)測；第二、因?yàn)槟M電路失效時間總是不大于單個元件全壽命，所以無法通過元件全壽命來預(yù)測電路失

2、效時間。而現(xiàn)有的模擬電路失效研究在很大程度上都存在一些不足。一是現(xiàn)有失效預(yù)測研究中故障指示值(Fault Indicator,FI)的計算方法不完善，已有的FI計算方法缺乏合理性且計算復(fù)雜；二是現(xiàn)有方法對電路中的各個元件在保證電路性能下預(yù)測其剩余使用時間的方法不夠完善。針對上述問題，作者對于模擬電路的剩余使用性能(Remaining Useful Performance,RUP)預(yù)測方法開展了一些研究。而對于模擬電路失效預(yù)測的研究主要不

3、是考慮所有種類模擬電路的退化原因和失效類型，而是以典型線性模擬濾波器電路為主，集中在退化數(shù)據(jù)的處理方法上。為了提高 RUP預(yù)測方法的精度并且簡化預(yù)測過程，提出了幾種不同的RUP預(yù)測方法：基于高斯白噪聲估計的模擬電路 RUP預(yù)測法；基于復(fù)數(shù)域建模的模擬電路單元件 RUP預(yù)測法；采用電壓特征的線性模擬電路單元件 RUP預(yù)測方法。同時，為了增加模擬電路RUP預(yù)測的電路狀態(tài)監(jiān)測能力，提出了一種基于極限學(xué)習(xí)機(jī)的模擬電路測試生成算法。本文的創(chuàng)新性工

4、作如下：
　　1、針對現(xiàn)有模擬電路RUP預(yù)測方法中FI計算過于復(fù)雜的問題，提出了一種基于高斯白噪聲估計的 RUP預(yù)測方法。這種方法通過采集初始狀態(tài)及退化狀態(tài)各時刻的時域波形，利用Kalman濾波器對初始狀態(tài)的波形加入輔助噪聲并與退化狀態(tài)各時刻波形進(jìn)行比對，得出一種新的FI計算方法和FI的退化模型，從而提出了一種改進(jìn)Power式的更新式用于粒子濾波(Particle Filter,PF)。通過試驗(yàn)驗(yàn)證可知，這種RUP預(yù)測方法，由于選

5、擇采集整個時域波形，使得特征包含更多的信息量，增加了預(yù)測的精度。同時不需要特征融合，簡化了FI的計算流程。
　　2、針對現(xiàn)有的模擬電路RUP預(yù)測方法中FI的計算缺乏與模擬電路結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)從而影響 RUP預(yù)測精確性的問題，提出了一種基于復(fù)數(shù)域建模的模擬電路單元件 RUP預(yù)測法。這種方法引入現(xiàn)有模擬電路圓模型故障診斷方法進(jìn)行電路結(jié)構(gòu)分析，并結(jié)合電路的元件退化模型，提出了一種利用三點(diǎn)建圓和參數(shù)掃描相結(jié)合的模擬電路元件退化分析方法，根據(jù)這個方

6、法得到一種新的FI計算式。再針對模擬電路中存在部分元件圓模型退化為線模型的特點(diǎn)，提出了關(guān)于線模型的FI計算方法以及線模型和圓模型的區(qū)別方法，從而完善了模擬電路預(yù)測中基于復(fù)數(shù)域建模的FI計算方法。最后，根據(jù)不同的FI計算式給出了不同的PF更新式。通過實(shí)驗(yàn)也驗(yàn)證了此方法在RUP預(yù)測精度上表現(xiàn)優(yōu)異。
　　3、針對現(xiàn)有模擬電路RUP預(yù)測方法中測點(diǎn)總是固定為最終的輸出點(diǎn)從而導(dǎo)致診斷和預(yù)測架構(gòu)無法結(jié)合測點(diǎn)優(yōu)化和非固定測點(diǎn)故障診斷方法，以及現(xiàn)有

7、RUP預(yù)測方法需要采集頻率特征從而無法對于純電阻電路進(jìn)行RUP預(yù)測的問題，提出了一種采用電壓特征的RUP預(yù)測方法。這種方法引入現(xiàn)有斜率法進(jìn)行電路分析，結(jié)合電路的元件退化模型，提出通過采集任意雙測點(diǎn)電壓，再通過歐式距離計算FI從而建立FI退化模型。通過實(shí)驗(yàn)也驗(yàn)證了該方法可以有效簡化FI的計算復(fù)雜度，提高了RUP的預(yù)測精度，對于純電阻電路的RUP預(yù)測方面也有較好的預(yù)測效果。
　　4、狀態(tài)監(jiān)測是實(shí)現(xiàn)PHM的重要技術(shù)途徑，而測試生成算法是

8、一種經(jīng)濟(jì)有效的狀態(tài)監(jiān)測方法。針對現(xiàn)有測試生成算法結(jié)構(gòu)復(fù)雜、壓縮樣本時精度不穩(wěn)定、測試時間消耗較多等問題，提出了一種基于極限學(xué)習(xí)機(jī)(Extreming Learning Machine,ELM)的模擬電路測試生成算法。該方法根據(jù)ELM進(jìn)行樣本分類訓(xùn)練得出的分類面，提出一種基于ELM的測試信號生成式，進(jìn)而改進(jìn)了原有的信號生成方法和測試結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證表明：該方法在測試結(jié)構(gòu)上縮減了50％，測試時間為原消耗時間的28%，在壓縮樣本狀態(tài)下，不需要額