一种模拟电路模糊组识别方法技术

本发明专利技术公开了一种模拟电路模糊组识别方法，通过理论推导出模拟电路元件故障电压所具有的一般特性：实部虚部满足圆方程，根据该特性提出模糊组识别方法：对于各个故障源，先进行无故障仿真得到测点的无故障电压值，再在两个故障条件下进行仿真得到两个故障电压值，根据三个电压值求解圆方程组得到圆特征参数，比较每个故障源对应的圆特征参数，将三个参数均相同的故障源归为一个模糊组。本发明专利技术无需传输函数，其实现方法简单，并模糊组识别结果与测试方法无关，精度与传输函数和符号分析法相同。

【技术实现步骤摘要】
一种模拟电路模糊组识别方法
本专利技术属于模拟电路故障诊断
，更为具体地讲，涉及一种模拟电路模糊组识别方法。
技术介绍
模糊组定义为一组元件，对于被测模拟电路的测试方程没有唯一解。通俗地讲就是这组元件能产生相同的输出。确定模拟电路的模糊组信息是进行模拟电路测试性设计和故障诊断的首要任务。模糊组信息是由被测模拟电路特性决定的，与测试方法无关。目前模糊组识别方法主要有两种。一种是通过对测试方程组(不同测点的传输函数)进行QR分解，判定模糊组信息。该类方法受到QR分解误差的影响，随电路规模变大，其精度急剧下降。另一种方法是对测试方程组进行符号化表示，避免了QR分解误差。其基本思想是首先建立所有测点上的传输函数方程组。模拟电路的传输函数方程组中的方程可以表示为：其中，p＝[p1,p2,…,pR]T表示潜在故障源参数向量，上标T表示转置，k表示方程数，即测点数目，l表示测点序号，s表示复频率，m表示最大阶数，nl表示分子的项数；bj(p)、bm(p)表示方程的系数，是p的多项式。对于方程组(1)中的每个方程，分别对各个故障源参数pr∈p进行求导。得到如式(2)所示的矩阵B。被测电路的可测性指标与矩阵B的秩相等，并且它是独立于复频率s的。可测性矩阵B可以通过以下形式表示。其中和Bj,(j＝1,2,…,m-1)，是公式(1)中已计算出的故障诊断方程的系数。该系统的雅可比矩阵等同于矩阵B，如果B的秩等于未知参数的数目，则该元器件的值可以唯一地确定。如果测试性，即矩阵B的秩小于未知参数R的数量，则不是所有故障都能区分，矩阵的秩就反映了模糊组信息。符号分析法的计算相较于传递函数来说要容易很多，但是测试方程的分母中复频率s的系数必须等于1，且仍然不能摆脱对传输函数的依赖关系。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种模拟电路模糊组识别方法，该方法无需传输函数，通过仿真得到的测点电压即可得到模拟电路中各元件的圆方程，通过比较圆方程的特征参数即可识别出模糊组。为实现上述专利技术目的，本专利技术对被测模拟电路中元件的电压进行理论推导，得出结论：对于每个故障源，在任意故障源参数下，在同一测点产生的电压的实部和虚部均满足同一个圆方程，通过比较每个故障源对应的圆方程特征参数，即可判断故障源是否能够被区分。根据该结论提出本专利技术模拟电路模糊组识别方法，具体包括以下步骤：S1：对模拟电路进行无故障仿真，得到测点t的无故障电压j表示虚数单位；S2：令d＝1；S3：将第d个故障源元件的参数xd更改为xd1和xd2分别进行仿真，得到测点t的故障电压，分别记为S4：如果则令圆特征参数wd＝1、vd＝-Kd、rd＝0，否则求解如下方程组得到圆特征参数wd、vd、rd：S5：判断是否d＝NF，NF表示故障源数量，如果是，进入步骤S6，否则令d＝d+1，返回步骤S3；S6：比较每个故障源对应的圆特征参数，将三个参数均相同的故障源归为一个模糊组。本专利技术模拟电路模糊组识别方法，通过理论推导出模拟电路元件故障电压所具有的一般特性：实部虚部满足圆方程，根据该特性提出模糊组识别方法：对于各个故障源，先进行无故障仿真得到测点的无故障电压值，再在两个故障条件下进行仿真得到两个故障电压值，根据三个电压值求解圆方程组得到圆特征参数，比较每个故障源对应的圆特征参数，将三个参数均相同的故障源归为一个模糊组。本专利技术无需传输函数，其实现方法简单，并模糊组识别结果与测试方法无关，精度与传输函数和符号分析法相同。附图说明图1是模拟电路图；图2是图1所示模拟电路的等效电路图；图3是图1所示模拟电路的电压源作用示意图；图4是图1所示模拟电路的故障源作用示意图；图5是本专利技术模拟电路模糊组识别方法的具体实施方式流程图；图6是实施例中模拟电路示意图；图7是根据表1中圆方程特征参数绘制得到的各故障源对应的特征圆。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本专利技术。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本专利技术的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。为了更好地说明本专利技术的
技术实现思路
和专利技术点，首先对本专利技术的理论推导过程进行说明。图1是模拟电路图。如图1所示，模拟电路N由独立电压源激励。表示选定测点上获得的电压相量，x为无源元件。根据替代定理，x可以被替换为与其端电压相同的独立电压源，得到等效电路。图2是图1所示模拟电路的等效电路图。根据戴维宁定理，有：其中，是图2中a和b端口开路电压相量；Z0是a和b之间的戴维宁阻抗值，Zx为元件x的阻抗值。根据戴维宁定理，和Z0的值独立于Zx，且仅由无故障元件参数和网络结构确定。图2中与图1中是相等的。图2中，模拟电路N由和共同激励。根据叠加原理，图2中的电压等于和单独作用时输出电压的代数和。图3是图1所示模拟电路的电压源作用示意图。图4是图1所示模拟电路的故障源作用示意图。如图3和图4所示，电压源和故障源单独作用时，输出电压分别用和表示，根据叠加原理有：其中，H′(jω)和H″(jω)分别为电源端口和元件x所在端口到输出端口的传递函数，且与元件x的参数值无关。将公式(4)代入公式(5)，消去经过化简得到输出电压对故障源阻抗值Zx的函数关系如下：从上式可以得到戴维宁等效阻抗Z0与Zx的关系如下：不失一般性，将每个相量用直角坐标表示：其中，j是虚数单位。因为H′(jω)、H″(jω)和Z0都独立于Zx，所以R0、X0、α和β也独立于Zx。将(8)式代入(7)式得到：假定元件x是电阻，记Zx＝Rx，根据式(9)两边实部和虚部相等，得到：联立(10)中的两个方程消掉Rx，得到如下式公式：消掉(11)式中的分母，不难推出：由于假定戴维宁等效电压为电源产生的输出电压为故障电路的输出电压实部和虚部可以如下表示：将式(13)代入式(12)，得到下式：式(14)可以表示为：(Uor-w)2+(Uoj-v)2＝r2(15)其中，式(15)表示Uor-Uoj平面上圆心为(w,v)半径为r的圆方程。由于R0，X0，α和β独立于x的值，因此w和v也独立于元件x。即无论元件x的参数取何值，式(15)总是成立，即对于每个故障源，在任意故障源参数下在同一测点产生的电压的实部和虚部均满足同一个圆方程。因此，圆方程(15)是可以同时应用于软故障和硬故障的故障模型。且与测试方法无关。以上结论是假定故障源(元件x)为电阻获得的，如果故障源是电容或者电感，可以推导得到相同结论。当被测电路无故障，输出电压为其实虚部分别表示为和由于式(15)独立于元件x的参数，所以和一定满足该式，即所有故障源的特征轨迹都经过点根据以上分析可知，对于被测模拟电路的同一个测点，在不同元件故障条件下，即不同故障源条件下，测点测得电压的实部和虚部各自对应一个圆方程。那么通过比较每个故障源对应的圆方程特征参数，即可判断故障源是否能够被区分，即如果两个故障源条件下得到圆方程的三个特征参数有一个及以上不同，那么这两个故障源属于不同模糊组，如果三个特征参数完全相同，则属于同一个模糊组。根据以上理论推导得到的结论，就可以对模拟电路的故障源进行模糊组识别。但是在实际情况下，圆方程(15)的显示表达式较难获得，因此本专利技术提出通过模拟电路仿真来得到圆方程本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种模拟电路模糊组识别方法，其特征在于包括以下步骤：S1：对模拟电路进行无故障仿真，得到测点t的无故障电压S2：令d＝1；S3：将第d个故障源元件的参数xd更改为xd1和xd2分别进行仿真，得到测点t的无故障电压，分别记为U·1=U1r+U1jj,U·2=U2r+U2jj;]]>S4：如果U1j-UojU1r-Uor=U2j-UojU2r-Uor,]]>则Kd=U1j-UojU1r-Uor,]]>令圆特征参数wd＝1、vd＝‑Kd、rd＝0，否则求解如下方程组得到圆特征参数wd、vd、rd：(Uor-wd)2+(Uoj-vd)2=rd2(U1r-wd)2+(U1j-vd)2=rd2(U2r-wd)2+(U2j-vd)2=rd2]]>S5：判断是否d＝NF，如果是，进入步骤S6，否则令d＝d+1，返回步骤S3；S6：比较每个故障源对应的圆特征参数，将三个参数均相同的故障源归为一个模糊组。

【技术特征摘要】
1.一种模拟电路模糊组识别方法，其特征在于包括以下步骤：S1：对模拟电路进行无故障仿真，得到测点t的无故障电压S2：令d＝1；S3：将第d个故障源元件的参数xd更改为xd1和xd2分别进行仿真，得到测点t的故障电压，分别记为S4：如果则令圆特征参数wd＝1、vd＝-Kd、rd＝0，否则求解如下方程组得到圆特征参数wd、vd、rd：

【专利技术属性】
技术研发人员：杨成林，田书林，刘震，龙兵，周秀云，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51