近年來,，模擬電路的故障診斷中神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)用越來越廣泛,，電路故障特征信息是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入,，直接影響著網(wǎng)絡(luò)的性能和診斷的正確率,。模擬電路故障診斷中,，可以在電路中選取多個(gè)測試點(diǎn)，通過提取每個(gè)測試點(diǎn)在各種故障狀態(tài)下的單一特征信息，以此作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入,；也可從電路的輸出響應(yīng)曲線中提取若干參數(shù)對應(yīng)的信息作為故障特征,，當(dāng)電路出現(xiàn)故障時(shí),，輸出響應(yīng)曲線與正常狀態(tài)有所差異，對應(yīng)信息的變化即可反映該故障特征,，將這些信息作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入。在這兩種方法的基礎(chǔ)之上,，提出基于多測試點(diǎn)多特征信息的方法,，重點(diǎn)在于構(gòu)造故障樣本集,。通過仿真并將3種方法進(jìn)行比較表明,，多測試點(diǎn)多特征信息方法構(gòu)造出來的樣本集能更好地反映故障模式,，訓(xùn)練出來的網(wǎng)絡(luò)對樣本集的識別正確率更高,。

　　1 單一特征信息構(gòu)造樣本集

　　電路中測試點(diǎn)的選取依據(jù)電路靈敏度的分析,。顯然測試點(diǎn)越多,，數(shù)據(jù)量越大,，需要根據(jù)電路的復(fù)雜程度和計(jì)算量,、時(shí)間綜合考慮,，仿真實(shí)驗(yàn)表明,，取3～4個(gè)測試點(diǎn)較好,。

　　仿真電路選取Sallen-Key二階帶通濾波器,，各元件的標(biāo)稱值為：R1=1 kΩ,，R2=3 kΩ,，R3=2 kΩ,，R4=R5=4 kΩ,，C1=C2=5 nF。電路如圖1所示,，在電路中選取3個(gè)測試點(diǎn),，分別為out、out1,、out2,，分別測出這3個(gè)點(diǎn)在正常狀態(tài)及各種故障狀態(tài)下的電壓作為BP網(wǎng)絡(luò)的輸入,。經(jīng)靈敏度測試,，當(dāng)R2,、R3,、C1、C2發(fā)生變化時(shí),，對輸出點(diǎn)的波形影響最為明顯。因此設(shè)定軟故障：R2+50％(F1),、R2-50％(F2),、R3+50％(F3)、R3-50％(F4),、C1+50％(F5),、C1-50％(F6),、C2+50％(F7),、C2-50％(F8)、正常(F0)一共9種故障,，故障模式采用n-1表示法,，即0為無故障,，1為有故障,。因?yàn)楦鳒y試點(diǎn)的輸出都是頻響曲線,，所以將3個(gè)測試點(diǎn)在各種故障狀態(tài)下10 kHz所對應(yīng)的電壓作為輸入向量，故障類型的編碼作為輸出向量,，原始樣本集如表1所示,，又稱為故障狀態(tài)表。

　　由于原始樣本中各分量的尺度相差較大,，所以需要進(jìn)行數(shù)據(jù)歸一化處理,，以恰當(dāng)?shù)姆绞綄?shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理可以加快神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的收斂，提高神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練效果,。

　　此處對原始樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行模糊隸屬處理,，采用正態(tài)分布函數(shù)b.jpg對樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化,，其中a為電路正常狀態(tài)下各測試點(diǎn)的特征值，將歸一化后的數(shù)據(jù)作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入,。構(gòu)建一個(gè)輸入神經(jīng)元數(shù)目為3,，輸出神經(jīng)元數(shù)目為8的網(wǎng)絡(luò)，隱層神經(jīng)元的數(shù)目參照美國科學(xué)家Hebb提出的經(jīng)驗(yàn)公式選取,，經(jīng)過多次嘗試,，最終確定隱層神經(jīng)元數(shù)目為13，即網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為3—13—8,。設(shè)定學(xué)習(xí)速度為0．01,，訓(xùn)練目標(biāo)為0．01,，訓(xùn)練算法采用自適應(yīng)速率的附加動量法,，當(dāng)隱層神經(jīng)元數(shù)目為13時(shí)，所用的訓(xùn)練次數(shù)為1 011次,，訓(xùn)練誤差曲線如圖2所示,。

　　將經(jīng)過歸一化的故障樣本輸入到訓(xùn)練過的BP網(wǎng)絡(luò)中以檢測此網(wǎng)絡(luò)，故障的測試情況如表4所示,。根據(jù)電路的特點(diǎn),，取判定閾值為ψ=0．85若>0．85，都視為1,，若<0．25,，都視為0,，0．25～0．85之間的視為不能區(qū)分,。從表4可以看出,，除F7、f8以外,，其余的故障模式都能準(zhǔn)確地識別，故障診斷的正確率為78％,，實(shí)際診斷時(shí),，只需要測出每個(gè)測試點(diǎn)在10 kHz對應(yīng)的電壓值即可用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行診斷,。

　　2 多特征信息構(gòu)造樣本集

　　同樣對于Sallen—Key二階帶通濾波器,，從輸出頻響曲線上提取4個(gè)頻率(5 kHz,，10 kHz,，15 kHz,，30 kHz)對應(yīng)的電壓值作為該電路正常時(shí)的原始特征值,，當(dāng)電路出現(xiàn)故障時(shí)，就可以通過提取頻響曲線原始故障特征值來反映該元器件是否發(fā)生故障,，構(gòu)造原始樣本集,，如表2所示。

　　將數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化，然后按照與方法一相同的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練,，經(jīng)過307次達(dá)到訓(xùn)練目標(biāo),，故障測試情況如表所示5。故障模式F0與F1無法區(qū)分,，說明R2+50％這個(gè)故障模式與正常模式的故障特征相互重疊，同時(shí)也看到故障模式F2的故障特征表示的不夠明顯,，以至于沒能達(dá)到診斷的閾值，其余故障模式都能準(zhǔn)確識別,，識別正確率為67％,。

　　3 多測試點(diǎn)多特征信息構(gòu)造樣本集

　　結(jié)合上面兩種方法，提出一種多測試點(diǎn)多故障特征量的模擬電路故障診斷方法,。

　　為了與上面兩種方法進(jìn)行比較,，依然選取相同的電路和相同的故障集，選取方法一中的3個(gè)測試點(diǎn),，每個(gè)測試點(diǎn)在每種故障狀態(tài)下分別提取V5k,，V10k，V15k,，所對應(yīng)的電壓作為故障特征值,，如表3所示，由于篇幅有限,，只列出部分故障模式的原始樣本集,。

　　依然采用正態(tài)分布函數(shù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化，歸一化時(shí),，每種頻率對應(yīng)的正常狀態(tài)下的特征值為a,，其余故障模式按照對應(yīng)的頻率分別進(jìn)行歸一化，將上述數(shù)據(jù)經(jīng)過同樣的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行訓(xùn)練,，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)采用L—M算法,，網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過101次訓(xùn)練達(dá)到目標(biāo),。為與方法一和方法二比較，將歸一化后的原始樣本數(shù)據(jù)輸入訓(xùn)練過的網(wǎng)絡(luò)中,，檢查網(wǎng)絡(luò)的故障識別率,，判定閾值不變。輸出結(jié)果如表6所示,。

　　從表6可以看出,，在所有的訓(xùn)練樣本集中，只有4個(gè)樣本在經(jīng)過訓(xùn)練后無法識別,，此時(shí)訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識別正確率為85％,。說明此方法構(gòu)造的樣本集能更好的反映故障特征。將此方法與前面兩種方法對比,，在網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練目標(biāo)相同的前提下,，對比故障識別正確率如表7所示。

4 結(jié)束語

　　通過比較可以發(fā)現(xiàn),，在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練目標(biāo)相同的前提下,，通過多測試點(diǎn)多特征信息構(gòu)造出來的樣本集所訓(xùn)練的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對故障識別正確率高于前兩種方法，這種多測試點(diǎn)多特征信息的診斷方法,，在構(gòu)造原始故障樣本集上盡可能地覆蓋更多的故障信息,，使得故障特征能更好地反映故障模式，因此訓(xùn)練出來的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的診斷能力更強(qiáng),，仿真結(jié)果表明,，此方法在模擬電路的故障診斷中是可行的，提供了一種樣本集的構(gòu)造方法,，對模擬電路的故障診斷有著一定的意義,。