容差模拟电路复杂故障的测试与诊断

论文摘要

自二十世纪八十年代以来,模拟电路故障诊断已成为继网络分析和网络综合之后网络理论的第三大分支。其主要任务是根据激励信号和部分网络的响应,确定故障元件的位置和参数。模拟电路故障诊断的研究,已经取得了不少进展,提出了很多诊断方法,大致可分为两大类:测试前模拟法和测试后模拟法。前者以故障字典法为代表。后者主要是沿着如下两个方向展开:参数识别法和故障验证法。故障字典法和故障验证法对容差电路无能为力,因为实际电路总是存在容差的。所以,这两个方法无法应用于实际电路的故障诊断。参数识别法虽然可以应用于容差电路,但其诊断方程的建立和求解十分困难,因此也影响了它在实际中的应用。本文研究了容差模拟电路复杂故障的测试与诊断。保留了已有参数识别法能应用于容差电路的优点,改进了已有元件参数识别法故障诊断方程建立麻烦和非线性程度非常高的缺点。提出了基于节点电压方程的故障诊断方程,方便了方程的建立。将不可及节点电压作为辅助未知参量,降低了方程的非线性。采用改进的Newton-Raphson迭代法求解故障诊断方程,加快了求解速度。重点研究了线性电路的故障诊断,因为它是其他研究的基础。对于大规模线性电路和非线性电路也作了分析和讨论。研究大规模线性电路采用“分块诊断法”,力求将一个大规模的诊断问题转化为几个相对规模较小的诊断问题,然后再应用前面提出的线性电路故障诊断理论。对于非线性电路,分为两类问题:非线性静态电路和非线性动态电路。前者采用直流激励法,将非线性元件转化为直流等效电阻,从而电路退化为线性静态电路。后者采用两步法,通过施加不同的测试激励信号,将其分解成为两个相对简单的问题——非线性静态电路的故障诊断和线性动态电路的故障诊断。最后,诊断实例验证了本文提出的方法的可行性和有效性。模拟电路故障诊断领域的研究是一个比较前沿的课题。本文提出的方法仍有不足之处,比如,对于非线性电路的故障诊断理论,还有待进一步的研究和改进。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 前言
• 第一章 模拟电路故障诊断概述
• 1.1 网络理论的第三分支——故障诊断
• 1.2 模拟电路故障诊断的意义和发展
• 1.3 模拟电路测试与故障类型的分类
• 第二章 故障诊断方法简介
• 2.1 故障诊断方法的分类
• 2.1.1 故障字典法
• 2.1.2 元件参数辨识法
• 2.1.3 故障预猜验证法
• 2.2 几种故障诊断方法的比较
• 第三章 容差线性模拟电路故障诊断的新探索
• 3.1 故障诊断方程的建立——单口多频激励法
• 3.2 故障诊断方程的改进
• 3.3 故障诊断方程的建立举例
• 3.4 网络的可诊断性
• 3.5 对于线性静态电路的处理
• 第四章 线性电路计算机辅助分析
• 4.1 数据输入和处理
• 4.1.1 网表文件
• 4.1.2 测试次数K的确定
• 4.1.3 输入测试激励信号
• 4.2 数值型节点导纳矩阵的建立
• 4.2.1 正常节点导纳矩阵
• 4.2.2 硬故障下的节点导纳矩阵
• 4.2.3 流控电流源CCCS
• 4.2.4 压控电流源VCCS
• 4.2.5 电压源CCVS、VCVS的处理
• 4.3 符号型节点导纳矩阵的生成
• 4.3.1 前期处理
• 4.3.2 矩阵的生成
• 4.4 用Guass消去法计算可及节点电压值
• 4.5 计算结果的处理和输出（短路节点电压向量的恢复）
• 第五章 故障诊断方程的求解算法
• 5.1 非线性方程组的数值解法
• 5.1.1 非线性方程组解的唯一性问题
• 5.1.2 Newton-Raphson迭代法
• 5.1.3 高斯主元消去法求解线性方程组
• 5.2 故障诊断方程求解算法的改进
• 5.2.1 具有特殊结构的故障诊断方程的处理
• 5.2.2 初始值的选择
• 5.2.3 如何减少迭代次数，优化迭代结果
• 5.2.4 解的唯一性检查
• 5.3 故障诊断方程求解算法的总流程
• 5.4 关于网络中存在硬故障情况
• 第六章 容差线性模拟电路故障诊断实例
• 6.1 小规模网络单个软故障实例
• 6.2 小规模网络单个软故障和单个硬故障实例
• 6.3 测量误差对故障诊断影响实例
• 6.4 中等规模网络复杂故障诊断实例1——无源网络
• 6.5 中等规模网络复杂故障诊断实例2——有源网络
• 第七章 大规模线性电路和非线性电路的故障诊断
• 7.1 大规模线性电路的故障诊断——分块诊断法
• 7.2 非线性电路的故障诊断
• 7.2.1 非线性静态电路的故障诊断——直流激励法
• 7.2.2 非线性动态电路的故障诊断——两步法
• 第八章 总结与展望
• 8.1 容差模拟电路故障诊断研究工作总结
• 8.2 尚存问题及进一步工作展望
• 参考文献
• 攻读硕士期间撰写的论文情况
• 致谢