基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模擬電路診斷系統(tǒng)研究

摘要：以現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)、信號(hào)處理、信息融合等理論為基礎(chǔ)，以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在模擬電路故障診斷中的應(yīng)用為主線，詳細(xì)討論BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在模擬電路故障診斷中的應(yīng)用和故障特征提取方法。采用多頻組合法建立了故障樣本集。對(duì)選定的待測(cè)電路在元件存在容差的條件下，仿真驗(yàn)證了BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于模擬電路故障診斷的可行性。
關(guān)鍵詞：故障診斷；模擬電路；BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；故障特征提取

O 引 言
隨著電子工業(yè)的發(fā)展，電子設(shè)備越來(lái)越復(fù)雜，其中的模擬器件和電路不可缺少。理論分析和實(shí)際應(yīng)用表明，這些設(shè)備中的模擬電路比數(shù)字電路更容易發(fā)生故障。對(duì)這種設(shè)備的維護(hù)和保養(yǎng)十分復(fù)雜，需耗費(fèi)大量的精力和財(cái)力。另外，隨著超大規(guī)模模擬電路的發(fā)展和電子器件復(fù)雜性的提高，傳統(tǒng)的人工故障診斷方法已經(jīng)無(wú)法滿足要求，這就迫使科技人員進(jìn)一步探索新的測(cè)試?yán)碚摵头椒ǎ兄菩碌臏y(cè)試設(shè)備以適應(yīng)社會(huì)的需求。

l BP網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)介
1．1 BP網(wǎng)絡(luò)模型
圖1為一個(gè)三層前饋網(wǎng)絡(luò)模型，由輸入層、輸出層和隱層3部分組成。根據(jù)需要，可以有多個(gè)隱層。每一層的每個(gè)神經(jīng)元(結(jié)點(diǎn))的輸出經(jīng)連接權(quán)值加權(quán)求和作為下一層每個(gè)神經(jīng)元的輸入，層與層之間沒有反饋。

1．2 BP網(wǎng)絡(luò)用于故障診斷的基本思想
BP網(wǎng)絡(luò)用于模擬電路故障診斷的基本思想為：確定了電路的待測(cè)狀態(tài)集后，求電路處于其中一種狀態(tài)時(shí)的響應(yīng)(通常是測(cè)試點(diǎn)的電壓)必要的預(yù)處理，作為對(duì)應(yīng)狀態(tài)類的一個(gè)特征。對(duì)狀態(tài)集中的每一類狀態(tài)，都按上述方法獲取大量特征，并從中篩選出具有代表性的特征構(gòu)造訓(xùn)練樣本集。然后，用這些樣本訓(xùn)練與所求問(wèn)題相對(duì)應(yīng)規(guī)模的BP網(wǎng)絡(luò)。BP網(wǎng)絡(luò)的輸入節(jié)點(diǎn)數(shù)應(yīng)與特征向量的維數(shù)相同。輸出節(jié)點(diǎn)的維數(shù)等于待測(cè)故障狀態(tài)的類別數(shù)。在訓(xùn)練時(shí)，把狀態(tài)特征輸入到BP網(wǎng)絡(luò)的輸入節(jié)點(diǎn)，要求網(wǎng)絡(luò)的輸出能正確指出電路狀態(tài)所屬類別。在做實(shí)際電路診斷時(shí)，對(duì)被測(cè)電路施加與產(chǎn)生樣本時(shí)相同的激勵(lì)和工作條件，取得相應(yīng)特征，將此特征輸入到已訓(xùn)練好的BP網(wǎng)絡(luò)。由BP網(wǎng)絡(luò)的輸出判斷電路中是否有故障；如有，則定位故障。
為了從最大程度上隔離和識(shí)別故障，采用多頻測(cè)試的方法。這時(shí)，從哪些頻率點(diǎn)提取故障特征成為首要問(wèn)題，測(cè)試頻率選擇的好壞直接影響到對(duì)故障的分辨能力和診斷效果及樣本選擇。
1．3 BP故障特征提取
提取故障特征是模擬電路故障診斷的關(guān)鍵，也是構(gòu)造樣本集的基礎(chǔ)。
基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模擬電路故障診斷系統(tǒng)，主要包括兩個(gè)過(guò)程：學(xué)習(xí)(訓(xùn)練)過(guò)程，診斷(測(cè)試)過(guò)程。其中每個(gè)過(guò)程都包括數(shù)據(jù)預(yù)處理和特征提取2部分。整個(gè)故障診斷系統(tǒng)的過(guò)程如圖2所示。

如何有效提取優(yōu)質(zhì)的模擬電路故障特征，是進(jìn)行電路故障診斷和測(cè)試的難點(diǎn)所在。在設(shè)計(jì)模擬電路故障診斷系統(tǒng)時(shí)，能夠快速、有效地提取反映電路的故障信息的特征是進(jìn)行故障診斷的關(guān)鍵所在。