基于SLPS的模擬電路故障樣本自動獲取技術(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)獲取的自動化。實(shí)際應(yīng)用表明該方法操作簡便,自動化程度高。
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,利用各自優(yōu)勢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textread函數(shù)讀取所需內(nèi)容。滿高華先用任選項(xiàng)設(shè)置(options)來簡化.out文件內(nèi)容,再用feof等函數(shù)讀取有價值數(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進(jìn)行模擬電路故障診斷,需要一次次的手動注入故障再進(jìn)行仿真獲取故障樣本數(shù)據(jù)。尤其是利用遺傳算法時需要成千上萬次的樣本提取,會消耗大量時間,所以故障注入及故障樣本數(shù)據(jù)獲取的自動化顯得尤為重要。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,樣本提取的自動化。
1 基于SLPS的模擬電路故障樣本獲取流程
1.1 SLPS功能簡介
SLPS是Cadence Design Systems公司針對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。對于完整的機(jī)電系統(tǒng)的電子仿真,用戶可通過一個原型來實(shí)現(xiàn)一個系統(tǒng)設(shè)計。
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(*)即可打開系統(tǒng)查看,并手動修改設(shè)置參數(shù)。simulink中simulation-confignration parameters選項(xiàng)可按電路設(shè)置slover、max step size,仿真時間等參數(shù),確定仿真時間內(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)行程序自動讀取故障表獲取故障樣本數(shù)據(jù)編寫.m文件,運(yùn)行程序自動讀取故障表,調(diào)用子系統(tǒng)生成故障電路樣本數(shù)據(jù)。
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