本文介绍了故障字典法特征,并针对其在某装备系统中的电路故障定位研究为例详细做了介绍,由此来分析其在故障定位中的优缺点。This text is to introduce the character of malfunction dictionary.And introduce it detailedly with the example of research on circuit malfunction orientation in servo system to analyze the specialty of malfunction orientation.解放军总装备部重点科研项目(编号不公开

刘锐

姚世锋

蔡继军

薛德庆

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邮局订阅号 : 82-946 360 元 / 年技术创新故 障 诊 断《 PLC 技术应用 200 例》您的论文得到两院院士关注故障字典法在随动系统中的电路故障定位研究The Research on Circu it Malfunction Orien ta tion of Malfunction Dictionary in Servo Sys tem(1.军械工程学院;2. 厦门大学) 薛德庆 1 姚世锋 1 刘 锐 2 蔡继军 1Xue ,Deqing Yao,Shifeng Liu ,Rui Cai,J ijun摘要: 本 文 介 绍 了 故 障 字 典 法 特 征 , 并 针 对 其 在 某 装 备 系 统 中 的 电 路 故 障 定 位 研 究 为 例 详 细 做 了 介 绍 , 由 此 来 分 析 其 在 故 障定 位 中 的 优 缺 点 。关键词: 故障字典;故障定位;电路;研究中图分类号 : TP392 文献标识码 : BAbstract:This text is to introduce the character of malfunction dictionary. And introduce it detailedly with the example of research oncircuit malfunction orientation in servo system to analyze the specialty of malfunction orientation.Key words: Malfunction Dictionary ,Malfunction Or ientation , Circuit ,Research文章编号:1008- 0570(2006)10- 1- 0227- 02简单的说 , 故障字典法就是将网络的外部特性与元件参数之间的关系用字典的形式来表示 , 诊断时就根据这个字典形式的函数关系来确定网络的故障。人们在故障诊断的实践中发现 , 模拟电路的故障大约有80%是硬故障 , 其中 60%~80%是电阻开路 , 电容短路以及三极管和二极管等引线的开路或短路引起的故障。因此解决实际问题首先从这些硬故障入手。据统计 , 在模拟电路故障中硬故障占很大比例 , 而故障诊断方法中的故障字典法比较适用于硬故障情况 , 它可首先解决大部分硬故障问题 , 然后再用其它方法来解决余下的软故障问题。1 故障字典法诊断电路方法应用举例我们主要是针对某装备随 动系统的主 要工作部件 , 其 9 块电路板 ( 编号为 A01- 09) 为核 心电路工作板 , 是装备检测中的主要故障所在 , 下面就以 A01 的信号选择与综合电路为例 , 来说明如何使用故障字典法诊断电路故障。( 1) 建立故障状态字典 图 1 为 A01 板的综合放大电路 , 本电路共有 23 个电阻 , 2 个三极管、4 个二极管, 3 个可调电阻和 1 个场效应管。整个中路的电路拓扑结构可以用关联矩阵来描述。该电路的元件种类很多, 根据各个元器件的失效机理 , 将其故障定义为 : 电阻开路 ( RxO) 、电阻短路 ( RxS) 、二极管 开路(VxO)、二极管短路(VxS)、三极管某管脚开路(VxEO、VxBO、VxCO)、 三 极 管 基 - 射 极 击 穿( VxBCS) 、三极管 集- 射极击穿 ( VxCES) 、电容开路(Cx-O)、电容击穿(CxS)、场效应管某管脚开路( VxGO、VxDO、VxSO) 、场效应管栅极- 源极击穿(VxGSS)、场效应管漏极- 源极击穿(VxDSS)、集成运算放大电路模块某管脚开路(NxXO)。上述定义中, x 代表元器件号; X 代表为集成 运 算 放 大 器 的 管 脚 、O 代 表 开 路 ; S 代 表 短 路 或 击穿, 在场效应管中也表示为源极; G 代表场效应管的栅极; D 代表场效应管的漏极; E 代表三极管的发射极; B代表三极管的基极、C 代表三极管的集电极。图 1 A01 板信号选择与综合电路图(2)确定输入激励 图 1 中 Vcu 为输入的概略信号( 其有最大值在 0～81V) , Vjing 为输入的精确信号,“+15、- 15”分别为提供的正 15v 和- 15v 直流电源。因此根据电路的基本特性, 定义电路的激励向量为: U=(Vcu, Vjing,V+15, V- 15)T;式中上标 T 代表转置; 现选用两个向量:U1=(32.9, 51.2, 15, - 15)TU2=(3.4, 50.6, 15, - 15)T( 3) 对各个故障状 态进行仿真 模拟 在 电 路 板中, 此电路只有一个测试点( A 点) 。虽然此电路是非线性的 , 但其测试点的电压可由通用的电路分析程序模薛德庆: 副教授解放军总装备部重点科研项目(编号不公开)227- -技术创新中文核心期刊《 微计算机信息》(测控自动化)2006 年第 22 卷第 10-1 期360元 / 年 邮局订阅号 : 82-946 《 现场总线技术应用 200 例》故 障 诊 断拟而获得。在本例中 , 采用 Ptotel 99 进行系统仿真得出各故障状态的测试点 A 的测试值。其中激励 1 为在激励向量 U1 状态下测得的值、激励 2 为在激励向量U2 状态下测得的值。( 4) 建立故障状态的模糊集表 由于电路模拟分析程序进行故障模拟时 , 非线性器件的表达式难免与被诊断器件的特性不完全一致 , 上述测试点电压总不免有些偏差, 这是问题的一个方面。另外在线诊断时,由于测试中存在着误差以及待测电路中无故障元件的容差等因素 , 所测得的节点电压也不免有些偏差 ,各个装备之间也存在差别 , 因此我们把模拟电压值划分为几个模糊集 , 以便用模糊理论来确定电路中的故障状态。测量孔的测量值范围为 0～13.7V, 以它作为论域 ,即 U=[0, 13.7]。根据模糊模式识别原理和实际测量值的分布情况将激励 1 条件下的测量值建立 11 个模糊子集 , 分别用 表示 , 模糊集的划分如表 2 所示。建立它们的隶属度函数如公式如下:同样 , 将激励 2 条件下的测量 值建立 11 个模 糊子 集 , 分 别 用 表 示 , 模 糊 集 的 划 分 如 表 2所示。表 2 激励 2 状态下的模糊集的划分建立它们的隶属度函数如下:(5) 分析判定电路的故障状态 现在按下述步骤和规则对模糊集加以处理, 以进行故障定位。1) 将在不同激励条件下的测试点的值代入隶属度函数公式 , 计算出相应的隶属度值 , 并按最大隶属原则求出测试点的值所隶属的模糊集。2) 若计算的隶属度值全为 0( 即不属于任何故障模糊集合) , 则说明此故障为未知故障。3) 如果在模糊集中只包含一个故障 , 则可以唯一的确定该故障。4) 如果模糊集中包含多个故障, 对模糊集 和模糊集 的故障求交集, 以缩小故障障状态的范围。通过以上的举例分析可以看出 , 由于测试点的限制 , 利用故障字典法进行故障定位虽然不能将故障精确的定位各个元器件 , 但它大大缩小了故障范围 , 如果再与其它故障诊断方法综合进行分析 , 将会得到更准确的故障定位范围。另外说明的是 , 上述故障诊断是在假定可调变阻器无故障的前提下所进行的 ( 因为当可调变阻器 Rp1和 Rp2 电阻的变化将引起不可预计的故障测量值 ) ,当在进行故障检测时 , 我们根据所测得的值进行故障检查 , 如果对所确定的故障元器件检查确认无故障后, 在对 RP1 和 RP2 进行检查。2 结论本文作者创新点: 采用故障字典法对装备随动系统进行故障诊断程序的实现相对比较简单 , 根据上述原理对电路板测量点进行测量 , 并直接根据故障字典数据库进行故障诊断就可以了 ; 且采用故障字典法能大大缩小故障范围 , 若与其它方法综合分析则会得到更精确的故障定位范围 , 这对装备的随动系统测试和故障诊断来讲具有很好的有效性和实用性。参考文献：[1]雍正正. 模拟电路故障诊断:模糊故障字典法. 数据采集与处理，1998[2] 基于 VI 双 35 高炮随动系统检测技术的研究 王洪波 石家庄: 军械工程学院硕士生论文 2003 (下转第 226 页)228- -技术创新中文核心期刊《 微计算机信息》(测控自动化)2006 年第 22 卷第 10-1 期360元 / 年 邮局订阅号 : 82-946 《 现场总线技术应用 200 例》故 障 诊 断在捕获系统异常之后触发来处理紧急情况。思考层则常常发生在上述信息处理过程中系统故障信息生成之后。图 2 MAMS 的内部结构另外, 基于 Muiti- agent 的协同监控系统的运行 ,需要通信 agent、任务调度 agent 等各个 agent 之间的协调和配合 , 其中任务控制 agent 负责模型中各种监控、诊断、决策任务的分配、调度以及控制 , 它们构成了 Multi- agent 运行的基础。3.4 MAMS 框架实现及其关键技术为了实现上述 MAMS 框架, 需要解决如下几个关键技术:* 软件代码插桩技术: 需要通过优化技术 , 以最小的开销实现监控目的, 主要涉及插装 agent 的活动。* 监控需求提取与规约技术: 研究如何从系统中提取底层监控信息作为监控的深层模型知识 , 和如何规约系统性质来作为监控需求的问题。* 运行验证算法: 研究如何基于性质规约进行故障检测的问题。* 软硬件故障隔离和软件故障定位算法: 研究监控中如何隔离软硬件故障并进行软件定位的问题。* 维 修 决 策 生 成 技 术 : 主 要 研 究 维 修 决 策 a-gent 的 活 动 。由于篇幅限制 , 其他技术将 在专门的文 献中介绍, 本文不作详细介绍。4 结论与将来工作本文作者创新点在于: 提出并研究了基于 Multi-agent 的实时系统监控技术。研究了实时系统监控器原理 , 基于 Multi- agent 的监控系功能组成、内部结构与运行机制, 以及 MAMS 框架的实现及其关键技术。目前 , 已经开发了计算机辅助工具原型系统 , 实验结果表明, 上述技术具有较好的效果。将来, 计划在以下方面开展进一步研究: 进一步完善开发面向实时系统运行故障监控的计算机辅助工具 ; 进一步采用优化技术 , 减小插桩对实时软件系统带来的额外开销 ; 进一步提高运行故障监控的实时性和有效性。参考文献：[1]Nelly Delgado, A.Q.G., Steve Roach, A Taxonomy and Catalogof Runtime Software- Fault Monitoring Tools. IEEE Transactions onSoftware Engineering, December 2004. 30(12): p. 859 - 872.[2]K, K.C.a.S., Real- Time Systems. Published by McGraw- HillCompanies, Inc., 1997.[3]Parnas, D.P.a.D., Requirements- based Monitors for Real- TimeSystems, IEEE Transactions on Software Engineering, vol. 28, no.2, pp. 148- 158. February 2002.[4]Pnueli, Z.M.a.A., The temporal logic of reactive and concurrentsystems:Specification. Springet- ver 吨，N}aw York, 1992.[5]尹立孟, 晏.华.袁., 代码自动插装技术的研究与实现 电子科技大学学报 Vol.31 No.1，2002 年 2 月.[6]付文勇,王力生 应用于实时系统的 RMS 算法的改进[J]微计算机信息 2004.11,39- 41.作者简介:刘彦斌 , 男 , 汉族 , 1978 年生 , 博士研究生 ,主要研究方向: 软件监控、软件保障理论与应用。朱小冬 : 男 , 教授 , 汉族 , 1964 年生 , 主要研究方向 : 软件保障理论与应用、维修工程理论与应用。Biography: Liu Yanbin, male, the Han nationality, born in1978, a doctor student, majors in software monitoring, softwaresupport theory and application.( 050003 石家庄 军械工程学院)刘彦斌 朱小冬( Ordnance Engineer ing College Shijiazhuang 050003) Liu,Yanbin Zhu,Xiaodong通讯地址: ( 050003 石家庄军械工程学院维修工程研究所) 刘彦斌(投稿日期:2005.1.7)(修稿日期:2006.2.10)(上接第 228 页)[3]利用端口特性分析实现故障的快速定位,许春聪[J].微计算机信息.2005,11- 1作者简介: 薛德庆, 男, 汉族, 1963 年 8 月出生, 山西省晋城市人 , 现为军械工程学院高炮教研室副教授 , 主要 研 究 方 向 为 兵 器 检 测 与 故 障 诊 断 , E - mail: y-shifeng@126.com。姚世锋, 男, 汉族, 1980 年 2 月出生,河南省汝州市人 , 现为军械工程学院硕士研究生 , 主要研究方向为兵器性能检测与故障诊断。(050003 石家庄 军械工程学院高炮教研室) 薛德庆姚世锋 蔡继军( 361000 厦门 厦门大学自动化系 03 级研究生) 刘锐( Staff room of archibald , Ordnance engineer ing university,Shijiazhuang 050003China ) Xue,Deqing Yao,Shifeng Cai,J ijun(Automatization depar tment, Xiamen University ·Xiamen ·361000,China) Liu,Rui通讯地址: ( 050003 河北石家庄市和平西路 97 号军械工程学院一系高炮教研室) 姚世峰(投稿日期:2005.1.9)(修稿日期:2006.2.13)226- -

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