基于FRWT結(jié)合HMM的模擬電路早期故障檢測和定位研究

穆鵬

（陜西郵電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西咸陽，712000）

1 FRWT及HMM在模擬電路故障檢測與定位中的實際應(yīng)用概述

1.1 FRW T以及HMM概述

FRWT技術(shù)的誕生是應(yīng)用于我國小波變換方法之下對于信號去噪的實際需求之中。作為信號分析的多分辨率分析技術(shù)，小波變換在時域以及頻域之中不同的位置具有著不同的相應(yīng)分辨率。FRWT技術(shù)作為我國信號分析領(lǐng)域常見技術(shù)類型之一，旨在于研究平穩(wěn)信號的實際去噪，提出一種基于最優(yōu)分數(shù)階小波變換(FRWT)的信號去噪方法。由于與傳統(tǒng)的去噪技術(shù)相比FRWT技術(shù)能夠針對信號信噪比的不同而采用遺傳算法尋找FRWT的最優(yōu)分數(shù)階值，因此在實際應(yīng)用過程中能夠?qū)崿F(xiàn)多元化限號類型的平穩(wěn)去噪需求。HMM即隱形馬爾科夫模型，是當(dāng)前我國統(tǒng)計學(xué)領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用的統(tǒng)計模型之一，它用來描述一個含有隱含未知參數(shù)的馬爾可夫過程。其難點是從可觀察的參數(shù)中確定該過程的隱含參數(shù)，然后利用這些參數(shù)來作進一步的分析，例如模式識別等工作中進行HMM的實際應(yīng)用便存在著較高難度。

1.2 FRW T以及HMM在模擬電路早期故障檢測中的應(yīng)用分析與FRW T-HMM故障診斷系統(tǒng)運行理論分析

就FRWT以及HMM在模擬電路早期故障檢測以及定位工作中的實際應(yīng)用價值而言，二者能夠結(jié)合各自領(lǐng)域中較為優(yōu)質(zhì)的自身價值來滿足對于模擬電路中早期故障檢測的實際需求。其中，F(xiàn)RWT是普通小波在時頓平面之中繞坐標(biāo)軸逆時針旋轉(zhuǎn)一定角度而形成的。由于在時頓平面之中旋轉(zhuǎn)九十度的任意周期最終結(jié)果依然是普通小波，因此FRWT可以被視為普通小波在時頓平面之中較為特殊的一種表現(xiàn)形式。通過傅氏變換，能夠利用數(shù)學(xué)建模來為FRWT提供相應(yīng)的小波尺度參數(shù)以及角度參數(shù)，進而得到小波基函數(shù)相應(yīng)參照向量；進而通過離散分解能夠利用小波基函數(shù)最終確定小波基函數(shù)的最終響應(yīng)序列長度。將不同頻率之中的高頻子帶中小波系數(shù)進行建模計算后進行累加，能夠確定分數(shù)階子帶中相應(yīng)向量以及故障特征向量。其中，故障特征向量是HMM的狀態(tài)變量，通過HMM能夠確定故障特征變量之中的故障有無以及存在故障的相應(yīng)位置，進而觀察變量得到CUT的最終位置。

由于特征向量在不同故障制之中存在著不同的實際體現(xiàn)，因而在面對不同的故障特征向量時CUT體現(xiàn)出的實際概率都各不相同。而FRWT-HMM故障檢測系統(tǒng)的實際運行在于通過HMM進行故障本質(zhì)的實際檢測。這就使得在確定實際故障的特征向量之后找出故障變量特征性參數(shù)后需要針對CUN出現(xiàn)的概率相應(yīng)值的變換進行相關(guān)分析成為了該故障檢測系統(tǒng)運營中的必要步驟之一。首先，在系統(tǒng)檢測過程中需要針對序列中的每個有效時刻之中終止?fàn)顟B(tài)以及相應(yīng)的概率加以相關(guān)分析。最為在系統(tǒng)中運營的實際效應(yīng)以及對應(yīng)的相關(guān)參數(shù)來看，終止時最大概率的對應(yīng)效果就在于對應(yīng)路徑的最佳路徑，進而就HMM狀態(tài)來對CUT訓(xùn)練出相應(yīng)的電路故障狀態(tài)。實際運營體系的訓(xùn)練步驟在于：首先，在CUT各已知狀態(tài)之下多次對系統(tǒng)整體進行刺激，在刺激后就電路做出的實際反應(yīng)來在CUT的最終輸出地點確定對應(yīng)的多個電壓實際輸出序列；其次，針對正常與故障電路之中電壓的實際輸出序列不同來進行相應(yīng)的FRWT參數(shù)分解，就電路在各狀態(tài)之下的運營效果進行相應(yīng)的參數(shù)分析，對產(chǎn)出的向量進行特征檢測；第三，利用在各狀態(tài)下檢測出的實際向量特征開始對電路的HMM訓(xùn)練，并最終得出正常狀態(tài)下的電路特征以及各種故障類型之下的電路故障特征。訓(xùn)練由相應(yīng)的數(shù)學(xué)算法進行。

最終在對故障電路特征參數(shù)以及算法結(jié)果得到確認后，F(xiàn)RWT-HMM整體體系能夠針對自身運算結(jié)果來為實際模擬電路中存在的不同故障類型予以診斷步驟的具體方案。首先，針對CUT信號來得到實際輸出過程中的電壓序列，其次按照訓(xùn)練步驟中的針對正常故障電路中的實際輸出序列不同來進行相應(yīng)的FRWT參數(shù)分解，就電路在各狀態(tài)之下的運營效果進行相應(yīng)的參數(shù)分析，對產(chǎn)出的向量進行特征檢測，并最終將結(jié)果輸入HMM來得到診斷結(jié)果的最終分析。

2 FRWT及HMM背景下模擬電路早期故障檢測相應(yīng)實驗案例分析

筆者就FRWT及HMM應(yīng)用背景下的模擬電路早期故障檢測機制運作原理進行了相應(yīng)的實驗設(shè)計。諸如，在一個帶通濾波電路之中存在著固定值的元件參數(shù)容差以及放大器增益。對這一背景下的虛擬電路進行相應(yīng)的故障集定義，并針對統(tǒng)一背景環(huán)境之下的不同元件參數(shù)進行故障設(shè)計。對此筆者設(shè)計了13中不同故障類型的虛擬電路種類，其中故障電路分為兩組各六中，正常電路一種。對存在故障的虛擬電路分別進行相應(yīng)的算法應(yīng)用，將輸出數(shù)據(jù)參數(shù)與相應(yīng)電壓互相結(jié)合得出最終的實際輸出序列。

通過上文中所述的訓(xùn)練機制以及在得出特征參數(shù)以及算法結(jié)果后的參數(shù)分解以及特征檢測，能夠?qū)UT的相應(yīng)未知狀態(tài)加以最終診斷。在本次實驗環(huán)境之中，為保證最終得出的實際參數(shù)以及特征向量的值具備較為明顯的差異性以及參考價值，可以對實驗過程中的實際參數(shù)相關(guān)度加以降低。

從最終結(jié)果之中可以看出，在固定的實驗環(huán)境以及變量參數(shù)之中能夠得出比以往傳統(tǒng)模擬電路特征檢測措施中更為明顯的實際故障識別效率。就我國現(xiàn)有的傳統(tǒng)模擬電路故障檢測以及定位研究的效果來看，傳統(tǒng)方式中由于計算精度不足以及實際操作難度較高等固有弊端的制約性影響，在面對多元化的實際故障模擬電路檢測需求時往往無法針對實際檢測效果提供相應(yīng)的參考價值。這就使得本文中所使用的故障檢測體系以及故障檢測內(nèi)涵具備了一定的參考價值。就傳統(tǒng)的故障檢測方法來看，我國傳統(tǒng)相關(guān)行業(yè)之中普遍使用的是LDA方法以及F-H方法，此類檢測方式在識別具有一定特定性質(zhì)的故障類型時往往表現(xiàn)的并不理想。就FRWT-HMM機制的實際故障檢測能力以及適用廣泛程度來看，在多數(shù)故障類型下均能夠保證自身體系運行的流暢程度；同時在較多實際環(huán)境之下，該檢測模式都能夠發(fā)揮較為穩(wěn)定的能力以及較為靈敏的故障識別率。就傳統(tǒng)檢測模式使用的缺點來看，主要是由于傳統(tǒng)小波在原始數(shù)據(jù)之中存在著分辨率的實際缺失以及獲取原始數(shù)據(jù)后不具備相應(yīng)的LDA降維措施。

3 結(jié)語

模擬電路早期故障檢測和定位研究作為該領(lǐng)域中固有弊端較多的技術(shù)類型之一，需要得到相關(guān)建設(shè)人員的足夠重視。當(dāng)前我國在電子信息產(chǎn)業(yè)之中對于模擬電路的早期故障檢測以及定位研究存在著較高的相關(guān)需求，對此類技術(shù)進行開發(fā)革新也能夠?qū)ξ覈鄳?yīng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來一定助力。

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