模擬電路的故障原因與診斷方法研究

丁自輝

摘 要：當(dāng)前，模擬電路在各行各業(yè)中有著廣泛的運(yùn)用，但模擬電路系統(tǒng)要求具備高度的可靠性、經(jīng)濟(jì)性，要求在使用過程中不斷強(qiáng)化模擬電路故障的診斷，以提升系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。本文基于分析模擬電路系統(tǒng)中故障發(fā)生的原因，結(jié)合傳統(tǒng)故障診斷方式以探究模擬電路故障診斷的方法及發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：模擬電路；故障診斷；人工智能

模擬電路在各行各業(yè)的運(yùn)用越來越廣泛，其故障原因與診斷方法是一個(gè)值得探究的問題，電路故障時(shí)有出現(xiàn)，了解其產(chǎn)生原因，掌握行之有效的診斷方法，才能有的放矢，高效地解決問題。

1 模擬電路故障產(chǎn)生原因及特點(diǎn)

1.1 模擬電路故障產(chǎn)生原因

模擬電路在運(yùn)行中如果發(fā)生偏離元件標(biāo)稱值的現(xiàn)象，則可以認(rèn)定為模擬電路出現(xiàn)了異常現(xiàn)象即存在故障問題。根據(jù)現(xiàn)有文獻(xiàn)資料以及實(shí)踐環(huán)節(jié)中的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，導(dǎo)致模擬電路發(fā)生故障的原因主要在于設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)、生產(chǎn)環(huán)節(jié)、使用環(huán)節(jié)。例如，部分元器件因設(shè)計(jì)不合理，導(dǎo)致運(yùn)行中與其他部件之間不兼容，又如在生產(chǎn)過程中封裝不到位，勢(shì)必會(huì)影響到后期的使用。就目前而言，電路故障有多種不同的分類形式，通常是按照元件參數(shù)值偏離其標(biāo)稱值的程度劃分為軟故障（Soft Faults）和硬故障（Hard Faults）兩類。軟故障是指元件的參數(shù)隨著時(shí)間或者環(huán)境條件的影響而偏離至不能允許的程度，從而導(dǎo)致了系統(tǒng)性能的異?；驉夯?。一般而言，元件發(fā)生軟故障不會(huì)改變電路的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，即不會(huì)影響到電路的整體運(yùn)行，但是硬故障則會(huì)直接威脅到電路運(yùn)行，從而影響設(shè)備在工作中的使用壽命。如果電路系統(tǒng)中發(fā)生硬故障，則意味著某個(gè)元件的參數(shù)發(fā)生了巨變，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，整體性能可能陷入到癱瘓的狀態(tài)。對(duì)于電路系統(tǒng)的運(yùn)行而言，硬故障是最為致命的，容易引發(fā)極大值的開路現(xiàn)象或極小值的短路問題。因此，在模擬電路的使用過程中要重點(diǎn)關(guān)注硬件的維護(hù)，避免發(fā)生硬故障現(xiàn)象以致整個(gè)系統(tǒng)癱瘓。

1.2 模擬電路故障診斷特點(diǎn)

當(dāng)前，不論是對(duì)于數(shù)字電路還是模擬電路的故障診斷方法的研究，均經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的探索與完善的歷程，直至今日對(duì)于模擬電路故障的診斷依然沒有取得有效進(jìn)展。雖然診斷方法較多，但并沒有一個(gè)診斷方法能得到大眾的認(rèn)可。具體而言，導(dǎo)致模擬電路故障診斷的難度在于以下幾點(diǎn)：

（1）信號(hào)輸送的連續(xù)性

信號(hào)的輸入與輸出在時(shí)域上與電壓幅度上的連續(xù)性是模擬電路的特性之一，雖然具有一定的優(yōu)勢(shì)，但卻增加了故障診斷的難度，難以通過簡(jiǎn)單量化的方式去鎖定故障部位。

（2）實(shí)際電路元件參數(shù)的離散性

模擬電路區(qū)別于實(shí)際電路的重要一點(diǎn)在于后者的元件參數(shù)具有一定程度上的離散性，存在一定的容差從而影響到了故障診斷的難度，導(dǎo)致在診斷過程中存在模糊性，難以確定電路發(fā)生故障的準(zhǔn)確位置。

（3）模擬電路的非線性問題

由于模擬電路中包含了大量的非線性和反饋回路，致使在故障診斷中不得不面對(duì)諸多非線性的問題，直接增加了故障診斷的難度系數(shù)。

（4）可供測(cè)量的電壓節(jié)點(diǎn)少

模擬電路中可供測(cè)量的電壓節(jié)點(diǎn)相對(duì)較少，也由此決定了測(cè)量的選擇面較少，可供于判斷故障相關(guān)信息的同理較少，導(dǎo)致故障診斷的難度較大，存在模糊性。

（5）周圍環(huán)境的影響與干擾

模擬電路受環(huán)境的影響較大，在輸出響應(yīng)過程中極易受到現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的影響，而受制作技術(shù)與工藝的影響不大。例如，周圍環(huán)境的噪音、電磁波等均是極大的干擾因素。

綜合以上分析，在模擬電路故障分析中因受到其自身特性的影響，尚不足以直接將成熟的數(shù)字電路故障診斷的方法嫁接到模擬電路的故障診斷中。為達(dá)到解決故障分析與維護(hù)問題的目的，需要進(jìn)行針對(duì)化處理。

2 模擬電路現(xiàn)代故障診斷方法

2.1 基于專家系統(tǒng)的故障診斷方法

專家系統(tǒng)（Expert System，ES）是一種基于知識(shí)的計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)，其內(nèi)部含有大量的某個(gè)領(lǐng)域?qū)＜宜降闹R(shí)與經(jīng)驗(yàn)，能夠利用人類專家的知識(shí)和解決問題的方法來處理該領(lǐng)域問題。它根據(jù)專家提供的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，通過人工智能的知識(shí)表示和知識(shí)推理技術(shù)以實(shí)現(xiàn)模擬人工專家進(jìn)行故障診斷分析的過程，達(dá)到解決問題的目的，尤其對(duì)于部分必須要依靠技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)兼?zhèn)涞膶＜也拍芙鉀Q的故障具有重要作用。故障診斷專家系統(tǒng)在運(yùn)用過程中由知識(shí)庫、人機(jī)接口、推理機(jī)等諸多要件組成，其中知識(shí)庫是最為重要的組成部分之一，在一定程度上直接影響到了故障診斷的結(jié)果。專家系統(tǒng)顧名思義就是需要融合行業(yè)專家的知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)，將之納入到知識(shí)庫中以備實(shí)際檢測(cè)過程中加以運(yùn)用，達(dá)到診斷故障的目的。如果知識(shí)庫中專家經(jīng)驗(yàn)不足，則在使用過程中會(huì)出現(xiàn)推理能力不足的現(xiàn)象，發(fā)生窄臺(tái)階效應(yīng)，難以達(dá)到故障診斷的目標(biāo)。同時(shí)，如果在使用過程中制定的規(guī)則偏多，則會(huì)增加推理的難度，故障診斷的效率也就相應(yīng)的下降，甚至出現(xiàn)匹配沖突等問題，影響到最終的診斷效果。

2.2 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的故障診斷方法

由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有聯(lián)想記憶、并且處理、強(qiáng)非線性映射等能力，使之在模擬電路故障診斷中具有較大的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也提升了其在電路故障診斷市場(chǎng)中的發(fā)展?jié)摿Γ推鋺?yīng)用方式而言，主要如下：其一，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的辨識(shí)能力制定辨識(shí)模型進(jìn)而產(chǎn)生殘差序列，根據(jù)序列分布逐步確定故障所在；其二，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模式識(shí)別能力以解決更為復(fù)雜的電路系統(tǒng)，尤其是不能通過數(shù)字模型檢測(cè)故障的電路即可通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)故障空間進(jìn)行映射，以判斷出故障的問題所在。

2.3 基于模糊邏輯的診斷方法

模糊故障診斷方法是利用模糊數(shù)學(xué)中的隸屬度函數(shù)和模糊關(guān)系矩陣來解決故障與征兆之間的不確定關(guān)系。其實(shí)質(zhì)是引入了隸屬度函數(shù)的概念，把傳統(tǒng)的0和1的二值邏輯轉(zhuǎn)移到【0，1】區(qū)間上的連續(xù)值邏輯上來。因此，通過引入模糊邏輯機(jī)制可緩解故障征兆描述信息不全或不恰當(dāng)所致的診斷困難，減少模糊性的干擾，提升診斷的準(zhǔn)確性，在未來發(fā)展中具有廣闊的運(yùn)用前景。

模擬電路的故障原因紛繁復(fù)雜，診斷方法多種多樣，要找到良好的解決方案，必須具體問題具體分析，有針對(duì)性地探求方法，最終達(dá)到破解故障的目的。

參考文獻(xiàn)

[1]許俊.基于頻率特性的模擬電路故障分析[J].電子世界，2013，（10）：50.

[2]蔣雄，鄧佳.模擬電路故障分析及診斷方法[J].價(jià)值工程，2014，（21）：58-59.

（作者單位：湖南省湘西自治州七六0二臺(tái)）