由于傳統(tǒng)的軍用電子裝備故障診斷所需故障信息獲取困難，且系統(tǒng)建立周期較長(zhǎng)，因而提出建立一種基于仿真的電路板故障診斷系統(tǒng)來(lái)解決這些問(wèn)題。該系統(tǒng)以智能測(cè)試和故障診斷技術(shù)作為研究對(duì)象，分析了在智能故障診斷系統(tǒng)中周到的故障模式分析、電路仿真、特征提取和故障定位等技

隨著軍用電子裝備性能的日益提高，其復(fù)雜程度也相應(yīng)提高，電子設(shè)備的電路板功能越來(lái)越強(qiáng)大，但結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，種類也越來(lái)越繁多，這就對(duì)電路板的故障診斷技術(shù)提出了更高的要求，對(duì)電路的故障診斷也就成了電子設(shè)備維修保障的難點(diǎn)。

況且由于軍用新裝備列裝時(shí)間短，生產(chǎn)數(shù)量較少，使用地區(qū)分布廣，同時(shí)牽涉到保密等問(wèn)題，相對(duì)的故障統(tǒng)計(jì)信息和維修經(jīng)驗(yàn)相對(duì)較少，如果完全通過(guò)實(shí)裝進(jìn)行實(shí)驗(yàn)或運(yùn)行來(lái)積累裝備故障診斷所需的維修經(jīng)驗(yàn)，會(huì)對(duì)裝備造成較大的損耗，且周期較長(zhǎng)，不利于裝備在使用壽命期內(nèi)發(fā)揮其最大的效能，極大地限制了電子設(shè)備智能故障診斷系統(tǒng)的發(fā)展，而基于電路故障仿真正是解決該問(wèn)題的最佳選擇。

電路故障仿真技術(shù)的發(fā)展使得人們可以借助電路仿真軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)電路板故障模擬的相關(guān)測(cè)試診斷。通過(guò)電路仿真分析工具能在計(jì)算機(jī)上提供軍用電子裝備電路實(shí)際的工作過(guò)程，可滿足用戶在計(jì)算機(jī)上完成電路的原理圖輸入、功能仿真、特性測(cè)試、故障設(shè)置和響應(yīng)分析等。

1總體設(shè)計(jì)方案

本系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思路如下：首先利用電路故障仿真技術(shù)建立裝備電路的仿真系統(tǒng)，然后通過(guò)電路仿真系統(tǒng)的故障復(fù)現(xiàn)和模擬，將專家知識(shí)與仿真結(jié)果有效融合，構(gòu)建故障模型數(shù)據(jù)庫(kù)，研究適合裝備電路的故障診斷方法，建立電路的故障診斷系統(tǒng)，最終形成通用性、擴(kuò)展性較強(qiáng)的電路板故障診斷系統(tǒng)。

從故障建模、故障注入，到電路仿真、數(shù)據(jù)分析，最終建立故障診斷系統(tǒng)。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要分為分析部分、輸入部分、仿真部分和輸出部分四部分組成。電路板仿真故障診斷系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)流程如圖1所示。

1.1 分析邵分

FMEA（Failure Mode and Effects Ahalysis，故障模式和影響分析）分析指對(duì)系統(tǒng)中每一故障模式的嚴(yán)重程度、檢測(cè)難易程度以及發(fā)生頻度進(jìn)行分類，將發(fā)生概率高、危害度大的故障選作故障集，而不必對(duì)所有元件的硬故障都予以考慮，有針對(duì)性地建立模型進(jìn)行仿真，使大規(guī)模電路仿真得到了簡(jiǎn)單化、實(shí)用化。通用元器件故障模式的確定，可參考引用權(quán)威的故障模式統(tǒng)計(jì)報(bào)告，如國(guó)產(chǎn)電子元器件可引用GJB299-C，國(guó)外電子元器件可引用MIL-HDBK-217F。

1.2輸入部分

根據(jù)FMEA分析，設(shè)置元器件故障參數(shù)。畫(huà)電路圖，標(biāo)注各元件名稱及參數(shù)值，標(biāo)注各元件節(jié)點(diǎn)及節(jié)點(diǎn)編號(hào)等；建立電路的輸入文件，輸入文件有兩種形式：一種是網(wǎng)表形式；另一種是原理圖形式。

1.3電路仿真部分

通過(guò)FMEA分析知道了系統(tǒng)中最容易發(fā)生故障的元件或子電路，并建立其故障模型，利用仿真軟件PSpice對(duì)電路進(jìn)行仿真，采用靈敏度分析找出對(duì)電路測(cè)試點(diǎn)輸出影響最大的元件，并設(shè)置故障模式，再用蒙特卡羅分析法獲取電路在各個(gè)狀態(tài)模式下的信號(hào)波形。

1.4輸出部分

利用小波分析的“數(shù)學(xué)顯微鏡”等功能對(duì)電路輸出信號(hào)的故障特征進(jìn)行提取，并進(jìn)行歸一化處理，而后輸入BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)完成故障診斷。這樣既可以減少BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入數(shù)目，簡(jiǎn)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，縮短訓(xùn)練時(shí)間，又提高了辨識(shí)故障類別的能力。

2關(guān)鍵技術(shù)

2.1故障診斷系統(tǒng)搭建

在實(shí)際設(shè)計(jì)中，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)是基于LabVIEW平臺(tái)開(kāi)發(fā)的，內(nèi)嵌數(shù)據(jù)庫(kù)軟件ACCESS，仿真工具PSpice，各種算法的開(kāi)發(fā)工具Matlab，VC++6.0作為主程序的開(kāi)發(fā)工具，主要負(fù)責(zé)各個(gè)軟件之間的調(diào)度協(xié)調(diào)。整個(gè)系統(tǒng)由四個(gè)功能模塊、一個(gè)主控模塊和人機(jī)界面組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成框圖如圖2所示。

2.2 Matlab讀取PSpice的仿真數(shù)據(jù)

利用PSpice的電路仿真功能，使用PSpice提供的元器件及故障模型，對(duì)電路進(jìn)行直流分析、交流分析等，然后將所得到的輸出文件，尤其是波形文件導(dǎo)入Matlab中進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，例如可以進(jìn)行頻譜分析、去噪等處理進(jìn)行小波分析，提取某一區(qū)間的波形特征，可以進(jìn)一步使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行特征的模式識(shí)別。

PSpice的輸出文件有．out格式和．dat格式兩種，再將這些文件導(dǎo)入Matlab中進(jìn)行處理，對(duì)故障進(jìn)行定位。PSpice波形文件可以使用．PLOT語(yǔ)句在．out文件中顯示。現(xiàn)在將PSpiee的波形文件導(dǎo)入Matlab中進(jìn)行處理。

在PSpice窗口中選擇File／Export／Text，在Export Text Data對(duì)話框中輸入保存路徑和保存的文件名，為了使Matlab讀取數(shù)據(jù)方便，一般將該文件的保存路徑設(shè)置為Matlab安裝目錄中的work文件夾。此時(shí)，Matlab對(duì)該文件的讀取有兩種方法：

（1）啟動(dòng)Matlab，單擊File／Import Data，在Import窗口中選擇先前保存的．txt文件，在Import Wizard對(duì)話框中選擇Column separator為Space（空格），在Matlab的引導(dǎo)下將．txt文件的數(shù)據(jù)導(dǎo)人．dat矩陣中，就可以使用Matlab對(duì)PSpice的波形數(shù)據(jù)進(jìn)行處理了。

（2）直接通過(guò)Matlab提供的函數(shù)編寫(xiě)M文件，打開(kāi)．txt文件，選擇import data函數(shù)：

第一種方法將PSpice輸出的文本格式的波形文件保存在ans矩陣中，在Matlab工作空間（WorkspaceBrowser）中雙擊ans矩陣就可以看到波形文件包含的內(nèi)容了。第二種方法是將波形文件的內(nèi)容存放在用戶自己定義的矩陣y中，此時(shí)就可以通過(guò)對(duì)矩陣y的操作來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)PSpice輸出波形文件的進(jìn)一步處理。

2.3 VC++6.0與Matlab混合編程

Matlab引擎是一組函數(shù)，通過(guò)這組函數(shù)，用戶可以．在自己的應(yīng)用程序中實(shí)現(xiàn)對(duì)Matlab的控制，來(lái)完成復(fù)雜的計(jì)算和圖像繪制等任務(wù)，這就相當(dāng)于把Matlab當(dāng)作一個(gè)計(jì)算引擎。VC++與Matlab混合編程部分程序如下：

以上就完成了Matlab引擎的啟動(dòng)，需要注意的是在運(yùn)行完畢后應(yīng)使用engClose（ep）函數(shù)關(guān)閉引擎。

在確定輸入?yún)?shù)符合要求后，使用Switch語(yǔ)句和if語(yǔ)句進(jìn)行判斷使用的小波變換類型，運(yùn)行相應(yīng)的程序，使用engEvalString（）函數(shù)可以執(zhí)行Matlab命令，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)PSpice輸出波形文件進(jìn)行繪圖或者小波變換。

3 結(jié) 語(yǔ)

以某新型導(dǎo)彈二次電源為研究對(duì)象，運(yùn)用電路故障仿真技術(shù)在計(jì)算機(jī)上完成了電路的功能仿真和故障模擬，建立了裝備電路的仿真系統(tǒng)和診斷維修系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了主要電路元件級(jí)的故障診斷。實(shí)際應(yīng)用結(jié)果顯示，該故障診斷系統(tǒng)具有通用性、擴(kuò)展性較強(qiáng)等特點(diǎn)，能支持維修人員在計(jì)算機(jī)上對(duì)電路的任意元件設(shè)置故障，進(jìn)行故障模擬和維修教育訓(xùn)練，有效地提高了該新型裝備電路的維修效率和質(zhì)量，用戶根據(jù)不同的需求擴(kuò)展為其他裝備的電路板故障診斷系統(tǒng)，為裝備電路板的維修保障提供了有效手段。

編輯：jq