摘要：提出了一種新的大規(guī)模模擬電路的測試和診斷故障的方法，利用大變化靈敏度分析得到診斷電壓和電流，使用子分解技術(shù)，提出了故障節(jié)點、故障相關(guān)與故障子電路的分離算法，討論了硬件及測試節(jié)點的優(yōu)化。基于一種模型技術(shù)的電路分析較傳統(tǒng)方法的復(fù)雜性低，對一個具體電路進行分析顯示了該方法的有效性。
關(guān)鍵詞：模型故障診斷；大變化靈敏度；分解技術(shù)
1大變化靈敏度分析(LCS)
討論一個連續(xù)時變的線性網(wǎng)絡(luò)，由激勵源與被測元件組成。系統(tǒng)方程為：
Y0V0=W(1)
式中：Y0為節(jié)點導(dǎo)納矩陣；V0為電壓矢量；W為節(jié)點電流源矢量。
網(wǎng)絡(luò)輸出是電壓矢量V0的線性組合。
假設(shè)m個元件偏離正常值，新導(dǎo)納陣為Y0 Yf［圖(b)］，其中電路中元件分別為R，L，C，傳感器和運算放大器，節(jié)點方程變?yōu)镻YfQt，其中P和Q為連接矢量，t表示轉(zhuǎn)置，根據(jù)等效定理［7］［圖1(c)］，只要電路解是唯一的，我們可以將每個元件等效為獨立電壓源，故障元素Yf可用獨立電壓源Vd［圖1(b)］或獨立電流源［圖1(e)］Id=YfVd代替。定義它們?yōu)樵\斷電壓和診斷電流。利用此節(jié)點與參考節(jié)點間相連的等效獨立電流源代替與該節(jié)點相連所有元件導(dǎo)致故障的診斷電源［圖1(f)］，參考節(jié)點的選擇是為了測試所有可及節(jié)點(包括地節(jié)點)。
為了解出診斷電壓和診斷電流，由等效電路見圖1(c)給出以下分解：
以上分析提供了測試模擬電路所需足夠信息，應(yīng)用如下：
1)建立故障字典：隨著Yf變化公式(5)代表了響應(yīng)值，每個元件有其自己的曲線，與所有可能曲線比較測量值F，確定故障元件，因此利用公式(5)建立故障字典。
2)優(yōu)化測試節(jié)點：公式(5)第一項是在不同測試節(jié)點的電路正常響應(yīng)，而電路偏離部分為>
利用不同的dt(代表內(nèi)部節(jié)點位置)計算上式，能夠看到由于一些元件值偏移導(dǎo)致該值很高，這些元件值可通過增益和相位參數(shù)得到。因此由dt決定的內(nèi)部節(jié)點被選為測試節(jié)點，否則如果該值為0或很小e,e=1.0×10-8，則由dt確定的節(jié)點被略去，這個方法可獲得測試節(jié)點的優(yōu)化。
3)產(chǎn)生測試頻率：根據(jù)LCS定義
利用一組測試頻率即可得到可能的故障定位。
對于大規(guī)模電路以上各式不易計算，為解決這個問題提出了模型計算法。
2模型故障診斷
圖2表示了模型故障診斷步驟流程圖。
SOE提供了代表轉(zhuǎn)移函數(shù)的一種選擇方式，替代了傳統(tǒng)方法中單個表達式的轉(zhuǎn)移函數(shù)，SOE的顯著特點：
(1)模型計算項由線性增長替代了傳統(tǒng)方法中的指數(shù)增長；
(2)計算時間減少(因為所需估計的轉(zhuǎn)移函數(shù)的數(shù)學(xué)計算量減少)；
簡單介紹模型概念，討論一個線性時變網(wǎng)絡(luò)F包括被測元件、理想運算放大器和四類受控源、理想的SOE要產(chǎn)生一系列彼此相關(guān)的連續(xù)函數(shù)。
很顯然，表達式增長數(shù)目為線性的。對于大規(guī)模電路，頻域分析的主要問題不是步驟的復(fù)雜而是估計時間，解決這個問題并使頻域分析實時完成利用插值算法和誤差預(yù)測公式減少估計時間。
模型故障診斷具體方法：
(1)故障節(jié)點：與可及節(jié)點i相連m個元件的故障可以用與參考節(jié)點相連的獨立電流源。
［圖1(f)］表示。如果Ii=0，則節(jié)點i無故障，與節(jié)點i相連的所有元件無故障。如果Ii≠0，則節(jié)點i是有故障節(jié)點至少有一個與節(jié)點i相連的元件是有故障的。
(2)故障相關(guān)：原始電路被分析為主電路和子電路，主電路與可及節(jié)點相連稱相關(guān)。如果主電路相連的兩個節(jié)點均有故障認為主電路有故障，否則無故障。
(3)故障子電路：與可及點重合的終端電路，討論不可及節(jié)點的子電路內(nèi)部節(jié)點，如果至少它的終端的兩個有故障，子電路有故障，否則無故障。
詳盡解釋如下：
(1)一旦有了被測電路采用用戶定義的分解電路方法，子電路與相關(guān)電路和可及節(jié)點相連，子電路主要是用戶定義的模型塊；
(2)基于SOE的模型仿真器SCAPP直接用于仿真被測電路，診斷電壓Vd與診斷電流Id均可測；
(3)分離故障節(jié)點與故障子電路，對于每個故障子電路，運用LCS分析，這可以優(yōu)化測試節(jié)點，產(chǎn)生測試頻率和建立故障字典；
(4)最后利用所得測試頻率的測試信號作為故障分析的輸入激勵，如果結(jié)果滿足則運算完畢，否則重新循環(huán)。
3仿真實驗
以圖3帶通濾波器為例說明測試過程。假設(shè)G2，G10，G15，G4有故障。原始電路被分解為相關(guān)電路和子電路，結(jié)果明確表示出了子電路S1，S2，S3，S4，S5，然后用模型仿真器SCAPP可以測量在每一個可及節(jié)點的故障電流，因為I2，I5，I8，I9，I12，I15不為0，故障節(jié)點為2，5，8，9，12，15。子電路S1，S2有故障，相關(guān)電路G2和G10有故障。根據(jù)LCS分析，節(jié)點5和12被選為測試節(jié)點，為定位子電路S1和S2的故障元件，利用表1的測試頻率，當(dāng)輸入22kHz和21kHz正弦信號激勵時，測出輸出節(jié)點的最大偏差，這就意味著由G4和C15元件引起故障。
4結(jié)論
以上說明了基于LCS分析的SOE的運用以及應(yīng)用于大規(guī)模電路測試的好處。該方法克服了大規(guī)模電路故障診斷電流敏感性和模型方法的缺點，計算量及存儲空間要求比傳統(tǒng)方法低得多。
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