综合测试与故障诊断第三章

1、第三章第三章 电路系统测试与故障诊断方法电路系统测试与故障诊断方法参考书：n朱大奇，设备故障诊断原理与实践，北京，电子工业出版社，1997。n杨士元，模拟系统的故障诊断与可靠性设计，清华大学出版社，2001。n杨士元，数字系统的故障诊断与可靠性设计，清华大学出版社，2000。一、故障诊断方法分类一、故障诊断方法分类1.基于数学模型的故障诊断方法基于数学模型的故障诊断方法2.基于信号处理的故障诊断方法基于信号处理的故障诊断方法3.基于知识的故障诊断方法基于知识的故障诊断方法二、模拟电路的故障诊断方法二、模拟电路的故障诊断方法1.模拟电路的故障特点模拟电路的故障特点2.模拟电路的故障诊断方法分类模

2、拟电路的故障诊断方法分类3.模拟电路的故障字典法模拟电路的故障字典法三、数字电路的故障诊断方法三、数字电路的故障诊断方法 1.数字电路的故障类型数字电路的故障类型2.数字电路的故障诊断方法分类数字电路的故障诊断方法分类3.组合逻辑电路的故障诊断方法组合逻辑电路的故障诊断方法第三章第三章 电路系统测试与故障诊断方法电路系统测试与故障诊断方法二、模拟电路故障诊断方法二、模拟电路故障诊断方法第三章第三章 电路系统测试与故障诊断方法电路系统测试与故障诊断方法- -模拟电路故障诊断方法模拟电路故障诊断方法3 3、模拟电路的故障诊断字典法模拟电路的故障诊断字典法n故障字典法是测前模拟法的典型方法。其基本思

3、想是：故障字典法是测前模拟法的典型方法。其基本思想是： 苜先提取电路苜先提取电路( (系统）在各种故障状态下的电路特征（如测试点系统）在各种故障状态下的电路特征（如测试点的直流电位向量、网络的幅频特性等），然后将特征与故障的一一的直流电位向量、网络的幅频特性等），然后将特征与故障的一一对应关系列成一个字典在实际诊断时只要获取电路对应关系列成一个字典在实际诊断时只要获取电路( (系统）的实时系统）的实时特征就可以从故障字典中查出此时对应的故障。特征就可以从故障字典中查出此时对应的故障。 利用故障字典法做故障诊断的关键步骤是建立故障字典。利用故障字典法做故障诊断的关键步骤是建立故障字典。 按照故障

4、特征，可以将故障字典主要分为两大类：一类是按照故障特征，可以将故障字典主要分为两大类：一类是直流直流故障字典故障字典，它的故障特征是电路的直流工作点（一般仅取节点的直，它的故障特征是电路的直流工作点（一般仅取节点的直流电位）的偏移；另一类是流电位）的偏移；另一类是交流故障字典交流故障字典，它的故障特征是电路幅，它的故障特征是电路幅频或相频特性的转折点的移动。频或相频特性的转折点的移动。1 1）直流故障字典法）直流故障字典法建立字典的过程，包括以下几个步骤：建立字典的过程，包括以下几个步骤：n 故障集的选择故障集的选择： 选则故障集实际上是确定可诊断的故障集。一般只选则故障集实际上是确定可诊断的

5、故障集。一般只考虑电路中的元件硬故障（即元件开路或短路），而不考虑电路中的引考虑电路中的元件硬故障（即元件开路或短路），而不考虑电路中的引线故障。由于电路中的元件数较多，多故障的组合数很大，一般不考虑线故障。由于电路中的元件数较多，多故障的组合数很大，一般不考虑多故障，在实际工程问题中是允许的。多故障，在实际工程问题中是允许的。n 激励信号的选择激励信号的选择：激励信号通常采用与实际工作相似的输入信号。：激励信号通常采用与实际工作相似的输入信号。n 测试节点的选择：测试节点的选择：测试节点的选择原则，在故障集中故障均可隔离测试节点的选择原则，在故障集中故障均可隔离 的前提下，使可测点数目最小。

6、的前提下，使可测点数目最小。n 模糊集的分割：模糊集的分割：划分模糊域的原则，是使相邻模糊域不产生交叉重叠。划分模糊域的原则，是使相邻模糊域不产生交叉重叠。n 故障的隔离故障的隔离n 故障字典的建立故障字典的建立测后分析的过程也就是根据实测向量来诊断实际故障的过程。测后分析的过程也就是根据实测向量来诊断实际故障的过程。第三章第三章 电路系统测试与故障诊断方法电路系统测试与故障诊断方法- -模拟电路故障诊断方法模拟电路故障诊断方法第三章第三章 电路系统测试与故障诊断方法电路系统测试与故障诊断方法- -模拟电路故障诊断方法模拟电路故障诊断方法直流故障字典法实例分析第三章第三章 电路系统测试与故障诊

7、断方法电路系统测试与故障诊断方法- -模拟电路故障诊断方法模拟电路故障诊断方法 网络描述：共有网络描述：共有50个电阻、个电阻、4个个电感、电感、9个三极管，个三极管，7个二极管和个二极管和4个稳压管，总共个稳压管，总共43个节点和个节点和4种种电源。电源。 故障定义：无源元器件如电故障定义：无源元器件如电阻、电感、电容和二极管的阻、电感、电容和二极管的可靠性较高，发生故障的概可靠性较高，发生故障的概率较小；晶体三极管和稳压率较小；晶体三极管和稳压二极管发生故障的概率较大，二极管发生故障的概率较大，是关键元件。是关键元件。测试点选择：全部测试点选择：全部43个节点个节点都选作测试点是不明智的。

8、都选作测试点是不明智的。这里选用了这里选用了2,5,8,11,16, 18,26,27,33和和36共共 10个个测试点。测试点。输入激励输入激励：电路图中电路图中14,21,25,35,42是输入节是输入节点。其中点。其中节点节点14可可以作为激以作为激励端口，励端口，该节点上该节点上允许施加允许施加30V的的直流电压直流电压作为激励作为激励信号。信号。第三章第三章 电路系统测试与故障诊断方法电路系统测试与故障诊断方法- -模拟电路故障诊断方法模拟电路故障诊断方法故障号码故障号码故障说明故障说明故障号码故障号码故障说明故障说明F0 正常状态正常状态 F11 V6bcsF1 V1bes F12

9、 V6boF2 V2ces F13 VDz1oF3 V2bo F14 VDz1sF4 V3bes F15 VDz2oF5 V3bo F16 VDz2sF6 V4bes F17 VDz3oF7 V4bo F18 VDz3sF8 V5bes F19 VDz4oF9 V5bo F20 VDz4sF10 V6bes电阻故障模拟（其它元件故障模拟类似）电阻故障模拟（其它元件故障模拟类似）第三章第三章 电路系统测试与故障诊断方法电路系统测试与故障诊断方法- -模拟电路故障诊断方法模拟电路故障诊断方法有一个有一个正常情正常情况和况和20个故障个故障情况共情况共21种，种，有两个有两个输入激输入激励向量，励向

10、量，共需共需212=42次次电路测电路测试。在试。在10个测个测试点上试点上共可得共可得出出420个电压个电压值。值。PSPICEPSPICE软件仿真数据软件仿真数据保留的节点删除的节点电路故障状态模糊集划分电路故障状态模糊集划分 根据前面表中节点根据前面表中节点2,5,11,8,162,5,11,8,16上的电压数据，考虑到因元器上的电压数据，考虑到因元器件容差等因素形成的模糊带，把各种状态所对应的所有节点电压模件容差等因素形成的模糊带，把各种状态所对应的所有节点电压模拟值作为原始数据，对于每个节点挑选其中比较密集的数据群构成拟值作为原始数据，对于每个节点挑选其中比较密集的数据群构成数个模糊

11、集。可具体划分为下列几个模糊集。数个模糊集。可具体划分为下列几个模糊集。第三章第三章 电路系统测试与故障诊断方法电路系统测试与故障诊断方法- -模拟电路故障诊断方法模拟电路故障诊断方法第三章第三章 电路系统测试与故障诊断方法电路系统测试与故障诊断方法- -模拟电路故障诊断方法模拟电路故障诊断方法7.52第三章第三章 电路系统测试与故障诊断方法电路系统测试与故障诊断方法- -模拟电路故障诊断方法模拟电路故障诊断方法-30V故障的隔离故障的隔离 利用模糊集作为特征隔离故障的基本原则：利用模糊集作为特征隔离故障的基本原则：n任何只包含一个故障的模糊集可以唯一确定（隔离）这个故障。任何只包含一个故障的

12、模糊集可以唯一确定（隔离）这个故障。n任意只含有一个故障的若干模糊集之交集，可以唯一确定这个故障。任意只含有一个故障的若干模糊集之交集，可以唯一确定这个故障。n任意只含有一个故障的若干模糊集之对称差，可以唯一确定这个故任意只含有一个故障的若干模糊集之对称差，可以唯一确定这个故障。障。 按规则按规则1 1可诊断出可诊断出1212种故障，种故障，F2F2，F3F3，F5F5，F7F7，F9F9，F13F13，F15F15，F16F16，F17F17，F18F18，F19F19，F20F20。 按规则按规则2 2可诊断出可诊断出F6F6，F4F4等其它几种故障，只有故障等其它几种故障，只有故障F10

13、F10和和F12F12不能区分。一般情况下，还需要增加删试点以期区分这两个故障。不能区分。一般情况下，还需要增加删试点以期区分这两个故障。但是现在从故障表中可看出，这两个故障都是晶体三级管但是现在从故障表中可看出，这两个故障都是晶体三级管T6T6的故障。的故障。换句话说，故障已经可以定位到元件级了，因此没有必要作进一步换句话说，故障已经可以定位到元件级了，因此没有必要作进一步的隔离。的隔离。第三章第三章 电路系统测试与故障诊断方法电路系统测试与故障诊断方法- -模拟电路故障诊断方法模拟电路故障诊断方法 只要利用只要利用v2v2，v5v5，v8v8，v11v11和和v16v16在两种输入条件下的

14、在两种输入条件下的1010个个模糊集可以隔离其中模糊集可以隔离其中1919个故障，所以最后可确定以这五个测试个故障，所以最后可确定以这五个测试点的模糊域中心值构成字典。点的模糊域中心值构成字典。第三章第三章 电路系统测试与故障诊断方法电路系统测试与故障诊断方法- -模拟电路故障诊断方法模拟电路故障诊断方法第三章第三章 电路系统测试与故障诊断方法电路系统测试与故障诊断方法- -模拟电路故障诊断方法模拟电路故障诊断方法 测后分析（故障诊断）测后分析（故障诊断）上述故障字典在实际使用时，上述故障字典在实际使用时， 还存在下述几个问题：还存在下述几个问题：1.1.在应用故障隔离准则在应用故障隔离准则1

15、 1，2 2和和3 3作故障隔离时，没有给出作故障隔离时，没有给出计算机实施的算法。计算机实施的算法。2.2.测后作故障分析（诊断）时需要计算大量的测后作故障分析（诊断）时需要计算大量的SSDSSD。3.3.在测后作故障诊断时，如果实际故障是软故障，或字在测后作故障诊断时，如果实际故障是软故障，或字典中不包括这个实际故障，则搜索最小的典中不包括这个实际故障，则搜索最小的SSDSSD时，由于时，由于最小的最小的SSDSSD总是存在的，所以会造成故障的误诊断，而总是存在的，所以会造成故障的误诊断，而不能给出不能给出“字典中不存在此故障字典中不存在此故障”或或“本字典不能诊本字典不能诊断该故障断该故

16、障”一类的信息。一类的信息。因此，下面介绍一种因此，下面介绍一种故障编码字典的生成方法故障编码字典的生成方法。第三章第三章 电路系统测试与故障诊断方法电路系统测试与故障诊断方法- -模拟电路故障诊断方法模拟电路故障诊断方法故障 +30V V2 +30V V5+30V V8 +30V V11 +30V V16 -30V V2 -30V V5 -30V V8 -30V V11-30V V16F31415414141F61441414141F151473414141F71561414141F203141114141F05111114141F165121114141F185141112141F1451

17、41114121115141114141F25141151411F45141151441F55141151561F85141154141F175141157141F105141414141F125141414141F135141151471F95141156141F197141414141故障编码字典 有了由故障测试码构成的字典后，故障的测后分析就有了由故障测试码构成的字典后，故障的测后分析就简单了，步骤如下：简单了，步骤如下：n在对一个被测电路取得测试向量后，对向量中的每个在对一个被测电路取得测试向量后，对向量中的每个元素根据模糊域的范围，确定它们的模糊集号，从而元

18、素根据模糊域的范围，确定它们的模糊集号，从而得到该故障的测试编码。得到该故障的测试编码。n根据故障的测试编码，在故障编码字典中搜索与之对根据故障的测试编码，在故障编码字典中搜索与之对应的故障号或故障状态，从而确定被测电路当前的状应的故障号或故障状态，从而确定被测电路当前的状态。态。 第三章第三章 电路系统测试与故障诊断方法电路系统测试与故障诊断方法- -模拟电路故障诊断方法模拟电路故障诊断方法n测后故障分析测后故障分析如果对一电路测得在如果对一电路测得在+30V+30V时测试向量为时测试向量为 V=v2 v5 v8 v11 v16=1.0 8.2 5.4 1.2 6.1V=v2 v5 v8 v11 v16=1.0 8.2 5.4 1.2 6.1， 则首先根据则首先根据模糊集表，查得它的故障编码为模糊集表，查得它的故障编码为1441414414，从故障编码字典表可查从故障编码字典表可查得，得， 这是故障这是故障F6F6。如果测得在如果测得在+30V+30V时测试向量为时测试向量为 V=v2 v5 v8 v11 v16=1.0 8.2 5.4 1.2 0.1V=v2 v5 v8 v11 v16=1.0 8.2 5.4 1.2 0.1， 则首先根据则首先根据模糊集表，查得它的故障编码为模糊集表，查得它的故障编码为144111441