基于SLPS的模擬電路故障樣本自動(dòng)獲取技術(shù)

摘要：故障樣本數(shù)據(jù)的獲取是模擬電路故障診斷中最基本的步驟。為了實(shí)現(xiàn)短時(shí)間內(nèi)多次進(jìn)行故障注入、獲取大量樣本數(shù)據(jù)，提出了基于SLPS的樣本數(shù)據(jù)自動(dòng)獲取技術(shù)。利用SLPS將PSpice與Matlab結(jié)合，采用Matlab編程，實(shí)現(xiàn)故障模擬電路仿真數(shù)據(jù)獲取的自動(dòng)化。實(shí)際應(yīng)用表明該方法操作簡(jiǎn)便，自動(dòng)化程度高。
關(guān)鍵詞：模擬電路；故障樣本數(shù)據(jù)；SIPS；Matlab；PSpice

隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，電子設(shè)備的性能得到了很大的提高。模擬電路是電子設(shè)備中最易發(fā)生故障的薄弱環(huán)節(jié)，所以對(duì)其進(jìn)行故障診斷具有重要意義。模擬電路故障診斷中最基本的是故障樣本數(shù)據(jù)的獲取。最常用的是利用Matlab和PSpice聯(lián)合仿真提取故障樣本數(shù)據(jù)。PSpi ce是一款電路仿真軟件，可以得到精確的仿真結(jié)果；Matlab由主開(kāi)發(fā)環(huán)境、工具箱、simulink仿真環(huán)境等內(nèi)容組成，具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能。將PSpice和Matlab結(jié)合，利用各自?xún)?yōu)勢(shì)完成模擬電路故障樣本的獲取，為故障特征提取做準(zhǔn)備。
PSpice軟件運(yùn)行的數(shù)據(jù)結(jié)果以．out或．txt文本形式輸出，包括輸入文件，元件模型參數(shù)等內(nèi)容。吳昊用的方法是先用Str2num函數(shù)去掉．out文件中不相干內(nèi)容，再通過(guò)textread函數(shù)讀取所需內(nèi)容。滿(mǎn)高華先用任選項(xiàng)設(shè)置(options)來(lái)簡(jiǎn)化．out文件內(nèi)容，再用feof等函數(shù)讀取有價(jià)值數(shù)據(jù)。楊博文先將．txt文件中的第一行字段名刪除并保存為．dat格式，再用importdat函數(shù)提取有用數(shù)據(jù)。
上述方法都需要等PSpice仿真文件形成以后再進(jìn)行數(shù)據(jù)操作，且后續(xù)操作的前提是電路文件不變。如若用故障字典法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或遺傳算法等方法來(lái)進(jìn)行模擬電路故障診斷，需要一次次的手動(dòng)注入故障再進(jìn)行仿真獲取故障樣本數(shù)據(jù)。尤其是利用遺傳算法時(shí)需要成千上萬(wàn)次的樣本提取，會(huì)消耗大量時(shí)間，所以故障注入及故障樣本數(shù)據(jù)獲取的自動(dòng)化顯得尤為重要。文中采用基于SLPS的模擬電路故障樣本獲取技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了故障注入，樣本提取的自動(dòng)化。

1 基于SLPS的模擬電路故障樣本獲取流程
1．1 SLPS功能簡(jiǎn)介
SLPS是Cadence Design Systems公司針對(duì)PSpice模擬仿真器與Mathworks公司的Matlab建模工具推出的接口軟件。該接口可用于電路系統(tǒng)的仿真。SLPS主要是鏈接PSpice至Matlab中的simulink仿真器。對(duì)于完整的機(jī)電系統(tǒng)的電子仿真，用戶(hù)可通過(guò)一個(gè)原型來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
1．2 故障樣本獲取技術(shù)流程
故障樣本獲取技術(shù)流程圖如圖1所示。

1)在PSpiee中建立正常電路
在PSpice內(nèi)部繪制電路圖，設(shè)置參數(shù)選項(xiàng)。并運(yùn)行一次仿真，產(chǎn)生．cir文件。
2)建立simulink子系統(tǒng)，加入SLPS模塊
在Matlab中新建model文檔，打開(kāi)slpslib，加入SLPS模塊，鏈接其輸入輸出，運(yùn)行產(chǎn)生．mdl文件。并產(chǎn)生相應(yīng)的SLPS_*．cir、SLPS_ *．net文件。在Matlab的Command Window窗口中輸入open_system(*)即可打開(kāi)系統(tǒng)查看，并手動(dòng)修改設(shè)置參數(shù)。simulink中simulation-confignration parameters選項(xiàng)可按電路設(shè)置slover、max step size，仿真時(shí)間等參數(shù)，確定仿真時(shí)間內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)。數(shù)據(jù)結(jié)果輸出的方式可在simulink下sink中選擇，選擇simout將仿真數(shù)據(jù)輸出到workspace工作區(qū)瀏覽器進(jìn)行處理。
3)建立電路故障表
按照電路元件編號(hào)有序列出所有可能存在的故障，建立電路故障表。
4)運(yùn)行程序自動(dòng)讀取故障表獲取故障樣本數(shù)據(jù)編寫(xiě)．m文件，運(yùn)行程序自動(dòng)讀取故障表，調(diào)用子系統(tǒng)生成故障電路樣本數(shù)據(jù)。