1、第二章第二章 故障字典法故障字典法故障字典法故障字典法，顧名思義，是把各種故障與其許多征兆，顧名思義，是把各種故障與其許多征兆之間的關系一一對照，并整理成字典形式的一種診斷之間的關系一一對照，并整理成字典形式的一種診斷方法。診斷時按測得的種種征兆在該字典中進行檢方法。診斷時按測得的種種征兆在該字典中進行檢索，并按某種判別準則確定最可能的故障狀態。因索，并按某種判別準則確定最可能的故障狀態。因此，應用任何一種故障宇典法都包含以下三個步驟：此，應用任何一種故障宇典法都包含以下三個步驟：電子科大電子科大第二章第二章 故障字典法故障字典法1.明確故障的診斷范圍明確故障的診斷范圍: 由于故障通常大都是元

2、件參量的變異，而模擬電路中元件由于故障通常大都是元件參量的變異，而模擬電路中元件參量的變值是連續的，因此可以認為故障狀態是無限多的，這參量的變值是連續的，因此可以認為故障狀態是無限多的，這顯然不可能在一本篇幅有限的字典中完全羅列出來。為此，在顯然不可能在一本篇幅有限的字典中完全羅列出來。為此，在著手編制一本故障字典之前，必須首先明確這本故障字典的診著手編制一本故障字典之前，必須首先明確這本故障字典的診斷范圍。通常總是根據元件的可靠性與以往維修工作中的經驗，斷范圍。通常總是根據元件的可靠性與以往維修工作中的經驗，把最常遇到的一些故障作為一本字典的診斷范圍。一本故障字把最常遇到的一些故障作為一本字

3、典的診斷范圍。一本故障字典適用的對象一般只是某一特定設備或某一專門電路，而不是典適用的對象一般只是某一特定設備或某一專門電路，而不是任一設備或任一電路。而且認為常見的故障大多是硬故障，即任一設備或任一電路。而且認為常見的故障大多是硬故障，即元件的開斷或短路等，而很少是元件參量連續變值的軟故障。元件的開斷或短路等，而很少是元件參量連續變值的軟故障。電子科大電子科大第二章第二章 故障字典法故障字典法2. 辨明故障的征兆辨明故障的征兆: 每種故障都有其各種征兆。編纂一本故障字典時，首先必每種故障都有其各種征兆。編纂一本故障字典時，首先必須把故障診斷范圍內的每一種故障的種種征兆搜集整理在一起，須把故障

4、診斷范圍內的每一種故障的種種征兆搜集整理在一起，再按便于查找、檢索故障的某種方式進行編排。故障的征兆既再按便于查找、檢索故障的某種方式進行編排。故障的征兆既可以用特定激勵下的響應來體現，也可以用為了獲得某一特定可以用特定激勵下的響應來體現，也可以用為了獲得某一特定響應的激勵來表達，有時候還需要用多種激勵和其相應的多種響應的激勵來表達，有時候還需要用多種激勵和其相應的多種響應來表征，以便區別不同的故障。這些征兆一般總是在診斷響應來表征，以便區別不同的故障。這些征兆一般總是在診斷測試之前，通過對被診斷電路的擬似測試之前，通過對被診斷電路的擬似(simulation)(simulation)而取得。

5、一而取得。一般是在計算機上進行擬似，必要時也可用實物擬似。般是在計算機上進行擬似，必要時也可用實物擬似。電子科大電子科大第二章第二章 故障字典法故障字典法3.在線診斷要快速準確在線診斷要快速準確: 當待診斷對象出現故障后，即按與編寫字典時當待診斷對象出現故障后，即按與編寫字典時辨明故障征兆相同的步驟對待診斷對象進行檢測，辨明故障征兆相同的步驟對待診斷對象進行檢測，再在字典中按所得征兆逐個查找。但實際中經常存再在字典中按所得征兆逐個查找。但實際中經常存在著這樣一種情況，即多個不同的故障有著相近的在著這樣一種情況，即多個不同的故障有著相近的征兆，這時就需按一定的判別準則加以區分，以確征兆，這時就需

6、按一定的判別準則加以區分，以確定它為某一故障。定它為某一故障。電子科大電子科大第二章第二章 故障字典法故障字典法字典法本質上是一種經驗性的診斷方法，因此對于那字典法本質上是一種經驗性的診斷方法，因此對于那些沒有條件進行解析分析或難于獲得其輸入些沒有條件進行解析分析或難于獲得其輸入-輸出解輸出解析特性的系統非常適用，而且字典法的在線診斷又比析特性的系統非常適用，而且字典法的在線診斷又比較簡便省時，這是它的優點。但實際上，字典法一般較簡便省時，這是它的優點。但實際上，字典法一般還只局限于處理單個故障，且故障類型都為硬故障。還只局限于處理單個故障，且故障類型都為硬故障。若要診斷多個故障及軟故障，則對

7、待測電路預先要作若要診斷多個故障及軟故障，則對待測電路預先要作大量擬似，還要保證對故障狀態具有較高的分辨率大量擬似，還要保證對故障狀態具有較高的分辨率電子科大電子科大2.1 直流域中字典的建立直流域中字典的建立以下圖以下圖2.1.1的一個視頻放大器為例來說明編寫的一個視頻放大器為例來說明編寫一本直流域字典的一般過程。一本直流域字典的一般過程。電子科大電子科大電子科大電子科大 圖2.1.12.1 直流域中字典的建立直流域中字典的建立模擬電路的故障大約有模擬電路的故障大約有80%是硬故障，其中又是硬故障，其中又有有6080%是電阻開斷、電容短路以及三極管是電阻開斷、電容短路以及三極管和二極管等引出

8、線的開斷或短路而引起的故障。和二極管等引出線的開斷或短路而引起的故障。解決實際問題得首先從解決這些硬故障入手。解決實際問題得首先從解決這些硬故障入手。以視須放大器為例進行討論。設該電路有以視須放大器為例進行討論。設該電路有20種種最常見的故障狀態可作為所編故障字典的診斷最常見的故障狀態可作為所編故障字典的診斷范圍，它們在表范圍，它們在表2.1.1中按序號一、二，中按序號一、二，二二十編排。十編排。電子科大電子科大2.1 直流域中字典的建立直流域中字典的建立 表表2.1.1表中表中Q表示三極管，表示三極管，DZ表示穩壓管，表示穩壓管，O指開斷，指開斷，S指短路指短路;BES, CES及及BCS分

9、別表示三極管相應各極之間的短路，分別表示三極管相應各極之間的短路，BO表示基極的開路。顯表示基極的開路。顯然，這里定義的故障均系硬故障。由上表可以看出，所定診斷范圍然，這里定義的故障均系硬故障。由上表可以看出，所定診斷范圍實際上未包括圖實際上未包括圖2.1.1中所有的九個三極管，僅包括其中的前六個，而中所有的九個三極管，僅包括其中的前六個，而未考慮后三個，而還不包括電感的硬故障。又由于電路中無電容，因未考慮后三個，而還不包括電感的硬故障。又由于電路中無電容，因此對該放大器電路便于在直流域中建立其故障字典。此對該放大器電路便于在直流域中建立其故障字典。電子科大電子科大2.1 直流域中字典的建立直

10、流域中字典的建立由圖由圖2.1.1該電路共有該電路共有43個節點，其中節點個節點，其中節點14是是輸入節點，可作為激勵端口，在該節點上允許輸入節點，可作為激勵端口，在該節點上允許施加正負施加正負30V的直流電壓作為激勵信號。為敘的直流電壓作為激勵信號。為敘述方便起見，先設可測節點為十個，即節點述方便起見，先設可測節點為十個，即節點2, 5, 8,11, 16, 18, 26, 27, 33,6。通常可用在正負。通常可用在正負30V直流信號激勵下各可測節點上的電壓作為直流信號激勵下各可測節點上的電壓作為故障征兆來建立故障字典。雖然該電路是非線故障征兆來建立故障字典。雖然該電路是非線性的，但這些節

11、點電壓均可由通用的電路分析性的，但這些節點電壓均可由通用的電路分析程序經擬似而獲得。程序經擬似而獲得。電子科大電子科大2.1 直流域中字典的建立直流域中字典的建立為了說明清楚起見，這里用為了說明清楚起見，這里用SPICE程序進行程序進行擬似，所得數據如表擬似，所得數據如表2.1.1所示。所示。由表由表2.1.1可見，節點可見，節點36的電壓對診斷這的電壓對診斷這20種故障不提供任何有用信息。因為不論激種故障不提供任何有用信息。因為不論激勵是勵是+30V還是還是-30電壓，不論在無故障的標電壓，不論在無故障的標稱狀態，還是在稱狀態，還是在20種故障狀態下節點種故障狀態下節點36上的上的電壓值在電

12、壓值在-0.47-0.48V范圍內。節點范圍內。節點18上電上電壓除了在故障狀態一時略高以外，均在壓除了在故障狀態一時略高以外，均在0.040.05V范圍內。范圍內。電子科大電子科大2.1 直流域中字典的建立直流域中字典的建立在表在表2.1.1還可發現，除了上述兩節外，節點還可發現，除了上述兩節外，節點26、27、33上電壓值基本上是相關的，因此上電壓值基本上是相關的，因此它們三者提供的信息完全一致，并且和節點它們三者提供的信息完全一致，并且和節點2上的電壓所提供的信息基本類同，但在故上的電壓所提供的信息基本類同，但在故障狀態十九及二十情況下尚有差別。所以節障狀態十九及二十情況下尚有差別。所以

13、節點點26、27、33在在20種故障狀態下所提供的信種故障狀態下所提供的信息事實上微乎其微，可不予考慮。因此，以息事實上微乎其微，可不予考慮。因此，以上五個節點上的電壓可以不必存儲，在線診上五個節點上的電壓可以不必存儲，在線診斷時也不用測量。斷時也不用測量。電子科大電子科大2.1 直流域中字典的建立直流域中字典的建立電子科大電子科大2.1 直流域中字典的建立直流域中字典的建立電子科大電子科大2.1 直流域中字典的建立直流域中字典的建立電子科大電子科大2.1 直流域中字典的建立直流域中字典的建立故障擬似時，由于電路分析程序中非線性器件特性故障擬似時，由于電路分析程序中非線性器件特性的表達式難免與

14、被診斷器件的特性不完全一致，因的表達式難免與被診斷器件的特性不完全一致，因此表此表2.1.2中擬似的節點電壓總不免有些偏差，這是中擬似的節點電壓總不免有些偏差，這是需要注意的一個方面需要注意的一個方面;在線診斷時，由于測試中存在在線診斷時，由于測試中存在誤差以及待診斷電路中無故障元件的容差等因素，誤差以及待診斷電路中無故障元件的容差等因素，所測得的節點電壓也不免有些偏差，這是需要注意所測得的節點電壓也不免有些偏差，這是需要注意的另方面。為此，在建立字典時，要把最壞場合的的另方面。為此，在建立字典時，要把最壞場合的情況考慮在內，故通常可用情況考慮在內，故通常可用Monte-Carlo法擬似。法擬

15、似。建立字典時，把電路施加各次激勵時所有可測節點建立字典時，把電路施加各次激勵時所有可測節點上的電壓擬似值劃分幾個模糊集，以便用模糊觀點上的電壓擬似值劃分幾個模糊集，以便用模糊觀點來確定電路中故障狀態，這樣對在線診斷查找字典來確定電路中故障狀態，這樣對在線診斷查找字典也較簡便有效。也較簡便有效。電子科大電子科大2.1 直流域中字典的建立直流域中字典的建立模糊集的劃分可按如下原則進行。把與各個故障狀態以及無故模糊集的劃分可按如下原則進行。把與各個故障狀態以及無故障標稱狀態相對應的所有節點電壓擬似值作為原始數據，挑選障標稱狀態相對應的所有節點電壓擬似值作為原始數據，挑選其中比較密集的數據群構成數個

16、模糊集。各模糊集之間當然不其中比較密集的數據群構成數個模糊集。各模糊集之間當然不允許有相互重疊的情況，而且各模糊集之間應盡可能分離。每允許有相互重疊的情況，而且各模糊集之間應盡可能分離。每一模糊集所覆蓋的具體電壓值可根據具體情況而定。對于表一模糊集所覆蓋的具體電壓值可根據具體情況而定。對于表2.1.2中節點中節點2, 5,8, 11, 16上的電壓數據，根據各模糊集之間不上的電壓數據，根據各模糊集之間不應重疊而且務須分離的原則，可具體劃分為下列應重疊而且務須分離的原則，可具體劃分為下列I 、 II 、 III 、IV四個模糊集：四個模糊集： I 01.25V II 2.254.0V III 6

17、.08.15V IV 9.811.2V電子科大電子科大2.1 直流域中字典的建立直流域中字典的建立 此外有額外值此外有額外值25V。顯然，。顯然，、模糊集之間有模糊集之間有約約1V的間隔，的間隔，、模糊集之間及模糊集之間及 、模糊集之模糊集之間均有約間均有約2V的間隔，而每一模糊集所覆蓋的電壓量的間隔，而每一模糊集所覆蓋的電壓量程也不過程也不過12V上下。至于額外值上下。至于額外值25V，與前四個模，與前四個模糊集間隔更大。糊集間隔更大。 從這里也可以看出，我們之所以刪去從這里也可以看出，我們之所以刪去18, 26,27, 33，36五個節點，不僅因為它們對該診斷范圍內的五個節點，不僅因為它們

18、對該診斷范圍內的20種故障狀態提供的信息不多或甚至不提供任何信種故障狀態提供的信息不多或甚至不提供任何信息，而且也是為了有利于選取更合適的模糊集。例息，而且也是為了有利于選取更合適的模糊集。例如上述分集情況下，如果需要考慮節點如上述分集情況下，如果需要考慮節點18，正負，正負30 V電壓激勵時，存在故障狀態一時所出現的電壓激勵時，存在故障狀態一時所出現的1.8V，就，就難處理了。根據上述劃分，可得表征各節點電壓在難處理了。根據上述劃分，可得表征各節點電壓在各模糊集上的故障狀態的表各模糊集上的故障狀態的表2.1.3。電子科大電子科大電子科大電子科大第二章第二章 故障字典法故障字典法 所獲得的故障

19、征兆能否有效地區分出不同的故障狀態。例如，所獲得的故障征兆能否有效地區分出不同的故障狀態。例如，當當+30V激勵時，若節點激勵時，若節點8上的電壓落在模糊集上的電壓落在模糊集I中，則該電路中的故中，則該電路中的故障必為故障三，同樣地，當障必為故障三，同樣地，當+30V激勵時，節點激勵時，節點11上的電壓落在模糊上的電壓落在模糊集集III中，則該電路中的故障三，兩者可相互驗證。再例如，在中，則該電路中的故障三，兩者可相互驗證。再例如，在+30V激勵時，若節點激勵時，若節點2上的電壓落在模糊集上的電壓落在模糊集II或為額外值或為額外值25V，則相，則相應的故障必分別唯一地為故障二十或十九，又節點應

20、的故障必分別唯一地為故障二十或十九，又節點8上的電壓落在上的電壓落在模糊集模糊集、或為額外值或為額外值25 V，則相應的故障必分別唯一地為故障，則相應的故障必分別唯一地為故障十六、七、十五。再例如當十六、七、十五。再例如當-30V激勵時，若節點激勵時，若節點5上的電壓落在模上的電壓落在模糊集糊集、或為額外值或為額外值25V，則相應的故障必分別唯一地為故障十，則相應的故障必分別唯一地為故障十八、九、十七；若節點八、九、十七；若節點11上的電壓落在模糊集上的電壓落在模糊集I、II、或為額外值或為額外值25V,則相應的故障必分別唯一地為故障二、十四、五、十三。由此則相應的故障必分別唯一地為故障二、十

21、四、五、十三。由此可見這些故障狀態諸如二、三、五、七、九、十三、十四、十五、可見這些故障狀態諸如二、三、五、七、九、十三、十四、十五、十六、十七、十八、十九、二十均可在正負十六、十七、十八、十九、二十均可在正負30V激勵時根據據某可激勵時根據據某可測節點上電壓是否出現在某一模糊集中而唯一地被確定。測節點上電壓是否出現在某一模糊集中而唯一地被確定。電子科大電子科大2.1 直流域中字典的建立直流域中字典的建立 至于另外一些故障，可利用交及對稱差的運算確定之。例至于另外一些故障，可利用交及對稱差的運算確定之。例如故障四就可在不出現故障二、五、十三的情況下，通過如故障四就可在不出現故障二、五、十三的情

22、況下，通過-30V-30V激勵節點激勵節點8 8上電壓是否落在模糊集上電壓是否落在模糊集IIIIII、或節點、或節點5 5上電壓是否落上電壓是否落在模糊集在模糊集I I而被唯一地確定。故障六可在確定故障十六不出現而被唯一地確定。故障六可在確定故障十六不出現情況下，由情況下，由+ 30V+ 30V激勵時節點激勵時節點5 5上電壓不落在模糊集上電壓不落在模糊集I I而節點而節點8 8上上電壓卻出現在模糊集電壓卻出現在模糊集IIIIII而得以被唯一地確定。故障八可在確而得以被唯一地確定。故障八可在確定故障十八不存在的情況下，由定故障十八不存在的情況下，由-30V-30V激勵時節點激勵時節點2 2上電

23、壓不落上電壓不落在模糊集在模糊集I I而節點而節點5 5上電壓落在模糊集上電壓落在模糊集IIIIII中而得以被唯一地確中而得以被唯一地確定。定。 此外，在確定不存在故障十九情況下，故障十和十二在此外，在確定不存在故障十九情況下，故障十和十二在+30V+30V激勵時，節點激勵時，節點5 5上電壓落在模糊集上電壓落在模糊集I I而節點而節點1616上電壓不落在上電壓不落在模糊集模糊集I I而得以被同時確定。但是它們雖能被確定，卻難以判而得以被同時確定。但是它們雖能被確定，卻難以判定具體對應哪一故障。余下的故障一和無故障狀態定具體對應哪一故障。余下的故障一和無故障狀態0 0也是如此，也是如此，只有再

24、利用節點只有再利用節點1818上的電壓才可以區別它們。上的電壓才可以區別它們。電子科大電子科大2.1 直流域中字典的建立直流域中字典的建立通過上例可以看出，下同節點上的不同激勵在診斷通過上例可以看出，下同節點上的不同激勵在診斷故障時所起的作用并不一樣。節點故障時所起的作用并不一樣。節點2, 8,11在在+30V激激勵時和節點勵時和節點5, 11在在-30V激勵時都對診斷起著較大的激勵時都對診斷起著較大的作用。作用。總之，建立故障字典時，在確定診斷范圍后，需要總之，建立故障字典時，在確定診斷范圍后，需要選擇測試點，也可改變輸入激勵量甚至還可適當調選擇測試點，也可改變輸入激勵量甚至還可適當調整模糊

25、電壓集量程，這樣才能最終分辨清楚各種故整模糊電壓集量程，這樣才能最終分辨清楚各種故障狀態。障狀態。電子科大電子科大2.2 頻域中字典的建立頻域中字典的建立對于線性交流電路，可根據它的頻率響應來構造故對于線性交流電路，可根據它的頻率響應來構造故障字典。頻域字典法的優點是所需硬件比較簡單，障字典。頻域字典法的優點是所需硬件比較簡單，只要有正弦信號發生器及電壓表就可以了。若有矢只要有正弦信號發生器及電壓表就可以了。若有矢量電壓表或頻譜儀就更好了。量電壓表或頻譜儀就更好了。線性電路的頻域分析理論已十分成熟，因此頻域中線性電路的頻域分析理論已十分成熟，因此頻域中建立故障字典的方法也較多，這些方法大都基于

26、各建立故障字典的方法也較多，這些方法大都基于各種網絡函數的幅頻特性和相頻特性。下面分別介紹種網絡函數的幅頻特性和相頻特性。下面分別介紹之。之。電子科大電子科大2.2 頻域中字典的建立頻域中字典的建立電子科大電子科大2.2 頻域中字典的建立頻域中字典的建立電子科大電子科大2.2 頻域中字典的建立頻域中字典的建立電子科大電子科大2.2 頻域中字典的建立頻域中字典的建立電子科大電子科大2.2 頻域中字典的建立頻域中字典的建立電子科大電子科大2.2 頻域中字典的建立頻域中字典的建立電子科大電子科大2.2 頻域中字典的建立頻域中字典的建立電子科大電子科大2.2 頻域中字典的建立頻域中字典的建立電子科大電

27、子科大2.2 頻域中字典的建立頻域中字典的建立電子科大電子科大2.2 頻域中字典的建立頻域中字典的建立電子科大電子科大2.2 頻域中字典的建立頻域中字典的建立電子科大電子科大2.2 頻域中字典的建立頻域中字典的建立電子科大電子科大2.2 頻域中字典的建立頻域中字典的建立電子科大電子科大2.2 頻域中字典的建立頻域中字典的建立電子科大電子科大2.3 時域中字典的建立時域中字典的建立對于線性或非線性動態電路，可以利用它的時對于線性或非線性動態電路，可以利用它的時域響應，擬似出它在時域中的各種故障征兆，域響應，擬似出它在時域中的各種故障征兆，從而建立故障字典。從而建立故障字典。電子科大電子科大2.3 時域中字典的建立時域中字典的建立電子科大電子科大2.3 時域中字典的建立時域中字典的建立電子科大電子科大2.3 時域中字典的建立時域中字典的建立(二二)激勵信號設計法激勵信號設計法 對于線性待測動態電路，在其發生故障對于線性待測動態電路，在其發生故障前后，若把它從其零狀態驅使到零狀態，兩前后，若把它從其零狀態驅使到零狀態，兩者所要求的非平凡激勵信號是不相同的，因者所要求的非平凡激勵信號是不相同的，因此可用激勵信號參數來標志電路的各種故障，此可用激勵信號參數來標志電路的各種故障，這就是激勵信號設計法。這就是激勵信號設計法。電子科大電子