基于LabVIEW及小波變換的電路系統故障診斷

中北大學信息探測與處理山西省重點實驗室 遲珊珊 李 凱 楊曉虹 王含蕾

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基于LabVIEW及小波變換的電路系統故障診斷

中北大學信息探測與處理山西省重點實驗室 遲珊珊 李 凱 楊曉虹 王含蕾

【摘要】針對目前電路系統故障復雜、維修難度大等問題，設計了一種基于LabVIEW及小波變換的電路系統故障診斷方式。經實驗探究，該方法能夠有效的診斷出電路系統的故障，診斷率高，操作方便，具有很好的應用前景。

【關鍵詞】故障診斷；小波變換；虛擬儀器；電路系統

0 引言

隨著電子技術的迅速發展，電子設備印制電路板（PCB）功能更加強大，隨之而來的是結構也越來越復雜，因而對電路板的故障診斷技術就提出了更高的要求[1]。據統計，在電子設備中有80%以上的故障來自模擬電路，隨著模擬電路密集和復雜程度不斷加強，可能出現的故障也越來越多[2]。如果能在方案設計初期對電路設計的正確性和穩定性進行驗證，剔除可能存在的故障隱患，就能提高電路的穩定性，并在很大程度上幫助設計者提高設計水平。

本文提出了一種基于LabVIEW及小波變換的診斷方式。

1 基于小波變換的故障診斷

模擬電路的故障診斷可以看作是一種故障的識別分類。本文所述的故障診斷方法主要有兩個過程：樣本學習和實際診斷[3]。樣本學習是將電路可能出現的故障作為樣本，輸入進經過拓撲結構設計的神經網絡，然后對網絡進行訓練；實際診斷是把未知的故障狀態輸入進已經訓練完畢的神經網絡進行識別。

小波變換是法國物理學家J.Morlet在1974年提出的[4]，是一種全新的時頻分析法。從濾波的角度看，正交小波分解信號是通過一個高通和一個低通濾波器進行濾波，低通實現函數的逼近，高通實現函數的細節抽取。

定義一個函數Ψ(x)：

本文采用二進制小波變換提取各頻帶小波系數絕對值之和作為故障特征，其過程如下：

（1）對電路中的響應信號進行N層多分辨分解，得到一個低頻小波系數序列{li}，i=1，2，…，n。

（2）對低頻序列和各層高頻小波序列進行絕對值求和：

式中，n為低頻序列的分量個數。

（3）以低頻系數序列和各層高頻系數序列絕對值之和構成小波特征向量：

2 實例分析

本文以一個兩級放大電路的故障診斷為例，其主電路電路圖如圖1所示。

圖1 兩級放大電路

首先利用LabVIEW構建虛擬儀器平臺，再通過數據采集卡進行數據的采集。采用LabVIEW對Multisim仿真軟件進行調用，通過仿真測試得到仿真數據。再利用小波變換，對采集到的數據進行處理及分析，從而完成故障診斷。

采用小波變換，其核心是模式識別，主電路的故障診斷相當于一個模式識別與分類，主要步驟為對電壓信號進行采樣，然后采用小波包變換提取各頻段的能量故障特征，再經由BP神經網絡，最后完成診斷輸出。

再采用訓練函數trainlm利用Levenberg-Marquardt算法對網絡進行訓練，設置適當的訓練次數與性能誤差，對已建立的神經網絡進行訓練。訓練結果顯示，訓練達到一定次數后，小波神經網絡剛好收斂于期望輸出，這時誤差遠未達到0.01。可見，此小波變換方法訓練時間短，收斂速度快。

3 小結

本文主要提出了一種基于LabVIEW及小波變換的診斷方法。實驗結果表明，此方法準確率和精確度較高，能夠滿足現在對故障診斷精度的要求。隨著電子技術的復雜性與技術性的不斷提高，電路故障的檢測顯得越來越重要，也必將在電子技術的發展過程中有一定的發展前景。

參考文獻

[1]臧大進,曹云峰.故障診斷技術的研究現狀及展望[J].西安文理學院學報:自然科學版,2011,14(1):33-39.

[2]周鵬,許鋼,馬驍瑜,等.精通LabVIEW信號處理[M].北京:清華大學出版社,2013.

[3]左昉,胡仁喜,閆聰聰,等.LabVIEW 2013中文版虛擬儀器從入門到精通[M].北京:機械工業出版社,2014.

[4]鐘建林,何友,王紅星.基于多頻小波分析和D.S推理的電路故障診斷[J].電工技術學報,2010,25(8).

遲珊珊（1990－），女，黑龍江哈爾濱人，碩士研究生，主要研究方向：通信與信息系統。

作者簡介：