淺談小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于模擬電路故障診斷的進(jìn)展

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摘要：分析了模擬電路故障診斷的重要性和目前存在的困難，對(duì)基于小渡分析理論和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論的模擬電路故障診斷方法進(jìn)行了綜述．指出了小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于模擬電路故障診斷存在的問(wèn)題和未來(lái)的應(yīng)用前景。

    模擬電路故障診斷在理論上可概括為:在已知網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、輸人激勵(lì)和故障響應(yīng)或可能已知部分元件參數(shù)的情況下，求故障元件的參數(shù)和位置。     盡管目前模擬電路故障診斷理論和方法都取得了不少成就，提出了很多故障診斷方法，如故障字典法、故障參數(shù)識(shí)別法、故障驗(yàn)證法等。但是由于模擬電路測(cè)試和診斷有其自身困難，進(jìn)展比較緩慢。其主要困難有:模擬電路中的故障模型比較復(fù)雜，難以作簡(jiǎn)單的量化;模擬電路中元件參數(shù)具有容差，增加了故障診斷的難度;在模擬電路中廣泛存在著非線性問(wèn)題，為故障的定位診斷增加了難度;在一個(gè)實(shí)用的模擬電路中，幾乎無(wú)一例外地存在著反饋回路，仿真時(shí)需要大量的復(fù)雜計(jì)算;實(shí)際的模擬電路中可測(cè)電壓的節(jié)點(diǎn)數(shù)非常有限.導(dǎo)致可用于作故障診斷的信息量不夠充分，造成故障定位的不確定性和模糊性。
    因此，以往對(duì)模擬電路故障診斷的研究主要停留在中小規(guī)模線性無(wú)容差或小容差的情況，有些方法也已成功地應(yīng)用于工程實(shí)際。但如何有效地解決模擬電路的容差和非線性問(wèn)題，如何解決故障診斷的模糊性和不確定性等是今后迫切需要解決的問(wèn)題。小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)則因其利于模擬人類處理問(wèn)題的過(guò)程、容易顧及人的經(jīng)驗(yàn)且具有一定的學(xué)習(xí)能力等特點(diǎn)，所以在這一領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。
　　1小波分析理論在模擬電路故障診斷中的應(yīng)用現(xiàn)狀分析
    簡(jiǎn)單地講，小波就是一個(gè)有始有終的小的“波浪”小波分析源于信號(hào)分析，源于函數(shù)的伸縮和平移，是Fourier分析、Gabor分析和短時(shí)Fourier分析發(fā)展的直接結(jié)果。小波分析的基木原理是通過(guò)小波母函數(shù)在尺度上的伸縮和時(shí)域上的平移來(lái)分析信號(hào)，適當(dāng)選擇母函數(shù).可以使擴(kuò)張函數(shù)具有較好的局部性，小波分析是對(duì)信號(hào)在低頻段進(jìn)行有效的逐層分解，而小波包分析是對(duì)小波分析的一種改進(jìn)，它為信號(hào)提供了一種更加精細(xì)的分析方法，對(duì)信號(hào)在全頻段進(jìn)行逐層有效的分解，更有利于提取信號(hào)的特征。因此，它是一種時(shí)頻分析方法。在時(shí)頻域具有良好的局部化性能并具有多分辨分析的特性，非常適合非平穩(wěn)信號(hào)的奇異性分析。如:利用連續(xù)小波變換可以檢測(cè)信號(hào)的奇異性，區(qū)分信號(hào)突變和噪聲，利用離散小波變換可以檢測(cè)隨機(jī)信號(hào)頻率結(jié)構(gòu)的突變。
    小波變換故障診斷機(jī)理包括:利用觀測(cè)器信號(hào)的奇異性進(jìn)行故障診斷以及利用觀測(cè)器信號(hào)頻率結(jié)構(gòu)的變化進(jìn)行故障診斷。小波變換具有不需要系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、故障檢測(cè)靈敏準(zhǔn)確、運(yùn)算量小、對(duì)噪聲的抑制能力強(qiáng)和對(duì)輸入信號(hào)要求低的優(yōu)點(diǎn)。但在大尺度下由于濾波器的時(shí)域?qū)挾容^大，檢測(cè)時(shí)會(huì)產(chǎn)生時(shí)間延遲，且不同小波基的選取對(duì)診斷結(jié)果也有影響。在模擬電路故障診斷中，小波變換被有效地用來(lái)提取故障特征信息即小波預(yù)處理器之后，再將這些故障特征信息送人故障分類處理器進(jìn)行故障診斷。小波分析理論的應(yīng)用一般被限制在小規(guī)模的范圍內(nèi)，其主要原因是大規(guī)模的應(yīng)用對(duì)小波基的構(gòu)造和存儲(chǔ)需要的花費(fèi)較大。

　2神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論在模擬電路故障診斷中的應(yīng)用分析
    人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)是在現(xiàn)代神經(jīng)科學(xué)研究成果的基礎(chǔ)上提出來(lái)的，是一種抽象的數(shù)學(xué)模型，是對(duì)人腦功能的模擬。經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)已形成了數(shù)十種網(wǎng)絡(luò)，包括多層感知器Kohomen自組織特征映射、Hopfield網(wǎng)絡(luò)、自適應(yīng)共振理論、ART網(wǎng)絡(luò)、RBF網(wǎng)絡(luò)、概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。這些網(wǎng)絡(luò)由于結(jié)構(gòu)不同，應(yīng)用范圍也各不相同。由于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)本身不僅具有非線性、自適應(yīng)性、并行性、容錯(cuò)性等優(yōu)點(diǎn)以及分辨故障原因、故障類型的能力外，而且訓(xùn)練過(guò)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能儲(chǔ)存有關(guān)過(guò)程的知識(shí)，能直接從定量的、歷史故障信息中學(xué)習(xí)。所以在20世紀(jì)80年代末期，它已開(kāi)始應(yīng)用于模擬電路故障診斷。隨著人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的不斷成熟及大量應(yīng)用，將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣泛用于模擬電路的故障診斷已是發(fā)展趨勢(shì)。BY神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)由于具有良好的模式分類能力，尤其適用于模擬電路故障診斷領(lǐng)域，因而在模擬電路故障診斷系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用前景，也是目前模擬電路故障診斷中用得較多而且較為有效的一種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。