不确定性信号测试的模拟电子系统任意故障定位与定值方法研究

The existing fault diagnosis methods of analog electronic system are based on deterministic signal testing. As deterministic signal consists of several unknown parameters and limited frequency components, the research of arbitrary fault location and identification method of analog electronic system under non-deterministic signal testing is studied. The research objects are typical non-deterministic signals for electronic testing. Effect of random variables on fault results is analyzed. Features of time domain and spectral domain are extracted from output response of the tested circuit. Due to non-deterministic signal testing, feature vectors are random time functions. After discretization, feature vectors are random time series. Then, time series feature are input into time series diagnosis system to diagnose and locate faults. Finally, according to impulse response function and OFRF(Output Frequency Response Functions, OFRF) theory, fault component parameters are identified by evolution algorithm. The purpose of subject is to study an effective arbitrary fault location and identification method of analog electronic system under non-deterministic signal testing and time series analysis. It can be applied to diagnose linear and nonlinear system. The study achievement can promote the technology development of electronic fault diagnosis and electronic prognostic and health management.

现有的模拟电子系统诊断均是基于确定性信号测试的研究方法，确定性信号有多个未知参数，且频率分量有限，本项目研究在不确定性信号测试下的模拟电子系统任意故障定位与定值方法。以典型不确定性信号测试为研究对象，研究不确定性信号中不同随机变量对故障诊断结果的影响。由于测试信号为不确定性信号，电路的输出响应是一个随机的时间函数，提取时域特征和谱特征作为特征分量，离散化后的特征分量是随机时间序列，将特征分量输入多特征随机时间序列分析的故障诊断系统进行故障检测和定位。最后根据冲激响应函数和OFRF非线性建模理论，由进化算法辨识故障元件参数。本项目旨在不确定性信号测试和时间序列分析下，研究一种能高效准确的诊断、定位和定值任意故障、同时适应于线性和非线性系统的模拟电子系统故障诊断法，研究成果将推动电子系统故障测试诊断技术和健康管理的发展。

随着电子设备朝着智能化和柔性化发展，其复杂性和功能性越来越强大，模拟电子系统是电子设备中不可或缺的重要部分，解决好模拟电子系统的测试，能极大推动电子设备可靠性研究的发展。由于模拟电子系统故障状态复杂、元件容差性、非线性效应等问题，测试信号的选择、测试节点的选择、故障特征的提取和诊断模型的构建仍然模拟电子系统测试的研究难点。现有的模拟电子系统故障诊断方法均基于确定性信号测试和分析，为提高故障可诊性和诊断率，本项目研究基于不确定信号测试分析的模拟电子设备故障定位与定值方法，至今为止，围绕本项目的四个研究难点和不确定信号分析理论，已研究的主要内容如下：. （1）研究了基于不确定信号的系统测试方法。本项目基于随机信号分析理论将随机正弦信号作为测试信号激励待测电路，其中随机正弦信号的幅值、相位和频率满足高斯随机分布，这类测试信号能有效丰富系统输出响应的信息量，提高故障特征的可诊性。. （2）研究了基于多特征随机时间序列分析的故障特征提取方法。本项目基于随机时间序列和功率谱序列提出了一种多故障特征融合方法，该方法能有效解决模糊故障组的重叠性和交叉性，提高故障诊断和定位的精度。. （3）研究了基于非参数建模和统计模型的故障参数辨识方法。本项目针对模拟早期软故障，研究了基于统计故障特征的高斯隐马尔科夫模型故障诊断方法，另外基于Kruskal-wallis非参数分析和辨识方法，并结合图论分析研究了一种全局最优模拟电子系统测试集合寻优算法，这两类方法具有良好的稳定性，能有效提高正确率。. 本项目以实验为基础全面系统的研究了模拟电子系统故障定位和定值方法，其中将随机信号分析理论、数理统计、时间序列分析、非参数建模、隐马尔科夫模型应用到模拟系统故障诊断领域中，为电子系统故障测试和诊断研究开拓了新思路，并重点研究了早期参数软故障的测试方法和诊断方法，为电子系统故障健康管理研究提供新的依据。