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序論：在您撰寫故障檢測與診斷時，參考他人的優(yōu)秀作品可以開闊視野，小編為您整理的7篇范文，希望這些建議能夠激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，引導(dǎo)您走向新的創(chuàng)作高度。
一、概述
現(xiàn)代化工業(yè)技術(shù)發(fā)展突飛猛進(jìn)，現(xiàn)代工業(yè)自動化程度越來越高，系統(tǒng)規(guī)模也越來越大，簡單控制系統(tǒng)已經(jīng)不能達(dá)到工業(yè)生成的需求，大規(guī)模、綜合性、復(fù)雜的自動化系統(tǒng)運(yùn)用越來越廣[1]。自動化設(shè)備和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的日益復(fù)雜和集成化，使得系統(tǒng)發(fā)生故障的機(jī)率也增加，故障的產(chǎn)生會毀壞設(shè)備，影響系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，甚至造成人員傷亡。國內(nèi)外由于設(shè)備故障所引起的設(shè)備損壞、鍋爐爆炸、道路塌陷，不僅造成經(jīng)濟(jì)損失也造成人員傷亡，社會影響及其惡劣。為了達(dá)到以人為本同時維護(hù)經(jīng)濟(jì)的目的，可以加強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、魯棒性和安全性，但任何設(shè)備都不可能無限期使用，這就需要防患于未然，因此故障檢測技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。
二、故障檢測重要性
故障檢測技術(shù)是是一門多學(xué)科融合交叉性學(xué)科[1]，如：信號提取則依賴于傳感器及檢測技術(shù)；信號降噪離不開信號處理技術(shù)；狀態(tài)估計和參數(shù)估計方法以系統(tǒng)辨識理論為基礎(chǔ)；魯棒故障診斷涉及到魯棒控制理論知識；此外數(shù)值分析、概率與數(shù)理統(tǒng)計等基礎(chǔ)學(xué)科也是故障檢查和診斷不可缺少的方法。多門學(xué)科知識的支撐確保了故障診斷技術(shù)的迅速發(fā)展，在工業(yè)領(lǐng)域也應(yīng)用廣泛，如化工生產(chǎn)、冶金工業(yè)、電力系統(tǒng)、航空航天、機(jī)器人等生產(chǎn)的各個領(lǐng)域。
三、故障檢測技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益
數(shù)據(jù)顯示[2]，故障檢測技術(shù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展息息相關(guān)，對故障檢測技術(shù)的研究與發(fā)展越來越多，在工業(yè)生產(chǎn)中也得到了應(yīng)用和推廣。通過故障診斷技術(shù)的推廣，大大降低了設(shè)備維修費(fèi)用，各國在故障診斷技術(shù)上的投入也逐漸增加。日本對故障檢測與診斷技術(shù)的投入占其生產(chǎn)成本的5.6%，德國和美國所占比例分別為 9.4%和7.2%。在冶金工業(yè)生產(chǎn)中，我國每年承擔(dān)的設(shè)備維修的費(fèi)用就高達(dá) 250 億元，金額龐大，然而如果應(yīng)用故障檢測與診斷技術(shù)，每年可以減少事故發(fā)生率同時也能節(jié)約 10%～30%的維修費(fèi)用。因此故障檢測能帶來經(jīng)濟(jì)效益，不容小覷。
四、故障檢測的分析方法
（一）狀態(tài)估計法
狀態(tài)估計法一般分為兩步：首先求取殘差，再從殘差數(shù)據(jù)中提取故障特征從而實現(xiàn)故障診斷。目前狀態(tài)估計法的故障檢測診斷方法方興未艾，如H2估計[3]、魯棒故障檢測與反饋控制的最優(yōu)集成設(shè)計方法[4]等。
（二）等價空間法
低階的等價向量在實現(xiàn)過程中較易實現(xiàn)但性能不佳，而高階的等價向量能夠得到較理想的性能參數(shù)，但以較大的計算量和計算時間為代價。為了解決上述問題，文獻(xiàn)[5]采用窄帶IIR濾波器運(yùn)用于等價空間法中，在幾乎不改變計算量的前提下，提高系統(tǒng)檢測性能，但此方法會產(chǎn)生較高的漏報率。
（三）參數(shù)估計法
參數(shù)估計法是因為模型參數(shù)和相應(yīng)的物理參數(shù)的特點(diǎn)不同，分別統(tǒng)計這兩類參數(shù)的變化特性來分析和確定故障。物理參數(shù)攜帶重要的信息，具有物理含義，因此，可以分析物理參數(shù)的特點(diǎn)，如果異?？梢源_定故障位置。與狀態(tài)估計法比較，參數(shù)估計法能更有效的故障確定。參數(shù)估計法研究越來越豐富，故障診斷方法新成果倍出[6]。
（四）熱門的分析方法
（1）小波分析技術(shù)
小波分析由于具有時頻域局部化特性[7]，可任意調(diào)節(jié)時間窗和頻率窗，因此突變信號能夠檢測出來。但是，小波基選取一直是在小波信號分析沒能解決的問題，也是研究的一個難點(diǎn)，針對同一信號采用不同的小波基進(jìn)行分析其分析結(jié)果往往不同。通過小波分析可以檢測信號的奇異點(diǎn)，在信號降噪和信號分析中應(yīng)用廣泛。小波變換是結(jié)合時域和頻域的分析方法，特征提取方便，在故障檢測中應(yīng)用較廣。小波分析對單一的故障源檢測效果明顯，但較復(fù)雜情況，如多故障源效果不佳。
（2）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)
神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是根據(jù)模式識別理論，采用分類器理論，用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行故障分析和診斷。采用人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行故障診斷一般有四種方式[8]：神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)計算殘差；神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)分析殘差；神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步分析確定故障點(diǎn)；神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)自學(xué)習(xí)過程進(jìn)行自適應(yīng)誤差補(bǔ)償。
（3）小波包分析和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合技術(shù)
用有限元法建立系統(tǒng)動力學(xué)模型[9]，再根據(jù)系統(tǒng)采集信號進(jìn)行小波包分解，建立基于小波包能量譜指標(biāo)。把信號指標(biāo)作為改進(jìn)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入特征參數(shù)，用分步識別方法進(jìn)行識別。
（五）展望
故障檢測技術(shù)運(yùn)用廣泛，用單一方法進(jìn)行處理存在準(zhǔn)確度和精確度的問題，因此可以考慮多學(xué)科技術(shù)結(jié)合的方法，進(jìn)一步提高準(zhǔn)確度和精確度。
參考文獻(xiàn)：
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[4]鐘麥英，張承慧， Ding S X.一種魯棒故障檢測與反饋控制的最優(yōu)集成設(shè)計方法[J].自動化學(xué)報， 2004， 30（2）： 294-299.
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【關(guān)鍵詞】暖通空調(diào)系統(tǒng)；故障檢測；故障診斷；類型
一、暖通空調(diào)系統(tǒng)故障類型
暖通空調(diào)系統(tǒng)的故障大體可分成兩大類：硬故障和軟故障，既有局部性也有全面性，對整個HVAC系統(tǒng)的影響大小也不盡相同。硬故障是指機(jī)械設(shè)備和運(yùn)轉(zhuǎn)部件完全喪失功能所產(chǎn)生的故障，例如皮帶斷裂、傳感器失效、閥門不受控制和風(fēng)機(jī)停止運(yùn)行等故障。從故障產(chǎn)生時間的角度分析，這些故障應(yīng)當(dāng)歸為突發(fā)故障，且故障影響效果比較嚴(yán)重，所以檢測和診斷的難度系數(shù)不大。軟故障的實質(zhì)是說設(shè)備和部件的機(jī)械功能降低或局部失效等，比如部件或管道結(jié)垢、堵塞，局部泄露、儀表穩(wěn)定性降低等等。軟故障基本都是循序漸進(jìn)的，在產(chǎn)生的最初時期所表現(xiàn)的特征不太明顯，因此在初級階段很難被發(fā)現(xiàn)，實際上，這類故障的產(chǎn)生是因為系統(tǒng)參數(shù)漸漸惡化，從某方面或者某種角度來講，軟故障的危害性要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于硬故障的危害性，所以，軟故障的監(jiān)測力度要適當(dāng)加強(qiáng)，并且要做好預(yù)防工作，其對空調(diào)系統(tǒng)的意義和作用是不言而喻的。
暖通空調(diào)在運(yùn)行一段時間之后，系統(tǒng)故障的產(chǎn)生一般都是偶然且不確定的，所以，故障的屬性具有任意性，且發(fā)展情況與平衡過程具有隨機(jī)性。從HVAC系統(tǒng)整個結(jié)構(gòu)入手分析，所涉及的設(shè)備都是由子設(shè)備和基礎(chǔ)構(gòu)件按照一系列的標(biāo)準(zhǔn)組合而成的，層次性和系統(tǒng)性極強(qiáng)，所以故障產(chǎn)生時就會因為層次深度的不一樣而造成不一樣的影響。除此之外，考慮到系統(tǒng)是由多個相關(guān)的子設(shè)備綜合而成的，一些子設(shè)備發(fā)生故障也可能是因為其相關(guān)環(huán)節(jié)或者設(shè)備產(chǎn)生故障而引發(fā)的，這種現(xiàn)象稱為故障的傳導(dǎo)性。根據(jù)系統(tǒng)故障產(chǎn)生的位置不一樣，既可以說是設(shè)備故障也可以說是傳感器故障，既可以說是硬故障也可以說是軟故障，因為這些故障參雜在一起很難分辨，所以空調(diào)系統(tǒng)的診斷和檢測就十分的復(fù)雜。
二、暖通空調(diào)系統(tǒng)故障檢測與診斷分析
1、暖通空調(diào)系統(tǒng)診斷方法
暖通空調(diào)故障診斷方式主要有兩種：一種是在線方式，即故障診斷系統(tǒng)實時地監(jiān)測設(shè)備的工作狀態(tài)，基于適時的在線故障檢測與診斷算法，給出系統(tǒng)的故障信息，包括故障程度、故障所屬模塊、故障位置、故障報警等。另一種是離線方式，即構(gòu)建計算機(jī)輔助決策支持系統(tǒng)，幫助系統(tǒng)迅速發(fā)現(xiàn)故障，制定合理有效的系統(tǒng)維修方案。
（1）基于知識的專家系統(tǒng)
建立專家系統(tǒng)診斷模塊，包括專家系統(tǒng)知識故障診斷庫，并可根據(jù)經(jīng)驗和知識的積累以及在獲得了新的、可靠的故障診斷規(guī)則時或發(fā)現(xiàn)原有某條規(guī)則不足甚至錯誤時，能自動進(jìn)行添加、修改和更新。 專家系統(tǒng)診斷模塊由知識獲取系統(tǒng)、知識庫、推理機(jī)和輸人、輸出系統(tǒng)構(gòu)成。
（2）基于規(guī)則的故障樹
利用專家知識、工程師的經(jīng)驗和知識庫建立基本故障診斷樹，并可生成新的故障診斷樹，用戶則選擇相適應(yīng)的故障診斷樹來執(zhí)行故障診斷。
故障樹分析是在復(fù)雜系統(tǒng)中作故障診斷的一種有力工具。用這種方法診斷的效率較高且不容易漏檢，例如該模塊能根據(jù)系統(tǒng)故障現(xiàn)象，逐次向下展開，查詢有關(guān)的節(jié)點(diǎn)和樹枝，直到找出故障的發(fā)生原因及處理對策。
（3）基于人工神經(jīng)網(wǎng) B P改進(jìn)算法的模式識別
該模塊由 B P改進(jìn)算法的網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)參數(shù)及推理診斷等組成，主要用于完成模式識別和故障診斷。專家系統(tǒng)診斷與故障樹診斷兩種方法的相互結(jié)合，可以有效地解決過去已發(fā)生過的各種故障的診斷；但對于以前沒有發(fā)生過的故障，不具備處理能力，因為知識庫中缺乏相應(yīng)的診斷知識。采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ A N N） 模式識別技術(shù)是一種較好的方案。它根據(jù)新的樣本進(jìn)行自動學(xué)習(xí)和訓(xùn)練以更新故障診斷知識，并可添加到專家系統(tǒng)知識庫中。A N N的故障初始樣本來自已有的故障實例，這些實例可通過故障機(jī)理分析或?qū)＜医?jīng)驗獲得，此外還可在應(yīng)用中逐步添加、刪除和更新。
2、故障檢測與診斷的應(yīng)用
隨著科技的進(jìn)步，現(xiàn)在的故障檢測和診斷手段嵌入了動態(tài)的控制系統(tǒng)體系，完善了檢測和診斷的技術(shù)。制定一些模型數(shù)值或者一些經(jīng)驗數(shù)據(jù)，當(dāng)傳感器測量得到的實際運(yùn)行過程中的參數(shù)和由模型得到的計算值在診斷軟件中進(jìn)行對比和評估，它們之間的差值作為傳送的數(shù)據(jù)，送到故障診斷分析其中的問題，如果這個差值逐漸的增大時，就說明了這個系統(tǒng)發(fā)生故障的可能性就會增加。根據(jù)檢測系統(tǒng)的分析，就會將故障的診斷結(jié)果及時傳送出去進(jìn)行顯示。這些故障診斷由輸入的數(shù)據(jù)類型、復(fù)雜程度、性質(zhì)等進(jìn)行分區(qū)，較難的診斷就會需要長時間來完成，或者由更高層次的診斷設(shè)備來完成。
暖通空調(diào)系統(tǒng)故障的檢測方法。在以前，我們所用的方法就是用直接、解析和時序三種冗余法來進(jìn)行檢測?；诙磕Ｐ头ㄔ谙嗤那闆r下可以通過比較實際系統(tǒng)或者仿真的模型運(yùn)行狀態(tài)來進(jìn)行檢測和診斷系統(tǒng)故障，但是在執(zhí)行的時候需要具體的、精確的數(shù)據(jù)模型來進(jìn)行檢測。還有一些基于定型模型法、基于統(tǒng)計學(xué)法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法和模式識別法等可以對暖通空調(diào)系統(tǒng)的故障來進(jìn)行檢測。
按照故障的級別和故障的優(yōu)先級不同，不同故障在不同的診斷層次上來診斷。在分布式控體系（DCS）中，駐留在不同層級上的故障診斷工主要由輸入數(shù)據(jù)的類型、性質(zhì)、復(fù)雜程度和診斷具使用的頻率來區(qū)分，復(fù)雜的、需要更多知識和能的故障診斷（如診斷周期需要一天或一個月的將由更高層次的診斷工具（或計算機(jī)）來完成，由現(xiàn)在傳感器性能的提高，大量的、低端的故障診傾向于在傳感器中就地解決。
三、結(jié)束語
綜上所述，通過故障預(yù)測與診斷，使暖通空調(diào)設(shè)備按優(yōu)化程序運(yùn)行，是降低建筑能耗和提高經(jīng)濟(jì)的途徑之一。因此，加強(qiáng)對故障的預(yù)測與監(jiān)控，能夠減少故障的發(fā)生，延長設(shè)備的使用壽命，同時也能夠給業(yè)主提供持續(xù)的、舒適的室內(nèi)環(huán)境，這對提高用戶的舒適性、提高建筑的能源效率、增加HVAC系統(tǒng)的可靠性、減少經(jīng)濟(jì)損失將有重要的意義。
參考文獻(xiàn)：
[1] 李志生，張國強(qiáng)，劉建龍. 故障檢測與診斷技術(shù)在暖通空調(diào)領(lǐng)域的應(yīng)用和展望[J]. 流體機(jī)械. 2006（06
【關(guān)鍵詞】數(shù)字電路;故障;排查與診斷;分析
1.數(shù)字電路出現(xiàn)故障的常見的原因
數(shù)字電路是處理和變化這些離散信號的電路，工作原理主要是應(yīng)用兩個元器件來表示離散信號，其中的每一個元器件的參數(shù)值都有很大的差異，所以在實際的應(yīng)用的時候，數(shù)字電路雖然能夠發(fā)揮很強(qiáng)大的功能，但是數(shù)字電路出現(xiàn)故障的狀況是一件十分常見的事情，下文詳細(xì)的介紹數(shù)字電路出新故障的原因。
1.1 數(shù)字電路元件出現(xiàn)老化造成故障
任何東西在長時間的使用之后都會出現(xiàn)或多或少的損壞，其中數(shù)字電路中使用的材料都是金屬材質(zhì)，在長期的使用過程中，電路元件變得老化，電路材料參數(shù)性能也逐漸的下降，使得數(shù)字電路受到天氣以及溫度等狀況影響變大，非常容易造成數(shù)字電路出現(xiàn)故障。
1.2 數(shù)字電路元器件出現(xiàn)接觸不良的狀況造成故障
數(shù)字電路由于接觸不良而出現(xiàn)故障是最常見的問題，造成數(shù)字電路接觸不良的原因是多種多樣的，數(shù)字電路在日常生活中的使用經(jīng)常會出現(xiàn)非專業(yè)人士保管不善，或者是電器的外殼損壞導(dǎo)致數(shù)字電路的元件長時間的暴露在空氣之中，造成數(shù)字電路出現(xiàn)進(jìn)水或者是電器內(nèi)部的焊點(diǎn)被氧化的狀況，這些問題的出現(xiàn)都會導(dǎo)致數(shù)字電路出現(xiàn)故障。
1.3 數(shù)字電路設(shè)備所處的工作環(huán)節(jié)不穩(wěn)定造成了故障
數(shù)字電路的安全使用是需要一定的環(huán)節(jié)條件的，但是在實際的應(yīng)用中，電路設(shè)備的使用環(huán)境并不是十分的完美，數(shù)字電路所處的工作環(huán)境時常達(dá)不到設(shè)備工作的狀態(tài)，例如實際的溫度、磁場的改變等等，這些因素都會導(dǎo)致數(shù)字電路發(fā)生故障，導(dǎo)致數(shù)字電路不能正常的工作。
1.4 數(shù)字電路內(nèi)的元件過了使用期造成故障
數(shù)字電路內(nèi)部的電路元器件都存在著保質(zhì)期的，關(guān)于保質(zhì)期的常識并不是所有的數(shù)字電路的使用者都了解的，所以造成故障也比較常見。數(shù)字電路內(nèi)的元器件只有在規(guī)定的年限內(nèi)才能發(fā)揮出最佳的效果，倘若元器件過了使用期限，數(shù)字電路內(nèi)部會出現(xiàn)超負(fù)荷的狀況，元器件也會出現(xiàn)老化、性能降低等現(xiàn)象，導(dǎo)致數(shù)字電路故障的發(fā)生率增加。
2.數(shù)字電路故障檢測與診斷的方法
2.1 采取有效的方法將故障檢測的過程與診斷這兩個過程分開
在對數(shù)字電路進(jìn)行故障檢測之前，應(yīng)當(dāng)先對數(shù)字電路常見的故障的特征進(jìn)行了解，在對其中一些基本特征進(jìn)行對比之后，可以盡可能的縮小數(shù)字電路故障排查的范圍，當(dāng)然在初步對比故障的基本特征之后并不能武斷的確認(rèn)數(shù)字電路的故障，而是要進(jìn)一步的進(jìn)行診斷，使得這兩個過程能夠有效的隔離。使用邏輯檢測與診斷對數(shù)字電路中出現(xiàn)的故障進(jìn)行初步的確認(rèn)。例如：當(dāng)數(shù)字電路的信號消失之后，可以借助檢測探頭在電路的連接點(diǎn)上進(jìn)行檢測與診斷，也可以在發(fā)現(xiàn)數(shù)字信號之后能夠使用脈沖存儲器進(jìn)行存儲，可以有效的縮小數(shù)字電路的護(hù)長范圍。
2.2 使用分塊測試法對數(shù)字電路進(jìn)行診斷
目前對于數(shù)字電路中出現(xiàn)的故障檢測方法中最常使用的方法就是直接觀察法，使用直接觀察法進(jìn)行故障檢測，故障檢測的準(zhǔn)確率有所下降，對于故障的排查以及處理的效率很低，所以采用分塊檢測法是代替直接觀測法最有效的方法。使用分塊測試診斷法的時候，應(yīng)當(dāng)對數(shù)字電路的設(shè)計結(jié)構(gòu)有一個初步的了解，并根據(jù)電路的實際情況，將電路分為若干個獨(dú)立的電路，分別進(jìn)行通電測試，通過觀測結(jié)果對數(shù)字電路的故障狀況進(jìn)行分析，之后便可以提出具有針對性的數(shù)字電路的故障的解決方法，能夠有效地提高數(shù)字電路故障檢測與診斷的效率，在復(fù)雜的數(shù)字電路的故障檢測與診斷中應(yīng)用也十分的廣泛。
2.3 使用電阻檢測診斷的方法進(jìn)行診斷
在日常的使用中，數(shù)字電路一旦出現(xiàn)任何的異狀的時候，首先需要做的就是要切斷電源，之后進(jìn)行短路與否的檢驗，這時候最常使用的方法就是使用電阻檢測診斷法。電阻檢測法能夠有效的檢測出數(shù)字電路底板內(nèi)部和電路連接之間是否有接觸不良或短路的狀況，在使用此方法的時候操作過程非常的簡單，即便不是專業(yè)的電路維修人員也能夠輕松的完成數(shù)字電路故障檢測的事情。使用電阻檢測法的時候，一定要注意的就是用電安全，在切斷電源的基礎(chǔ)上進(jìn)行檢測裝置的設(shè)計安裝，之后再一一進(jìn)行故障檢測。
2.4 使用波形檢測方法進(jìn)行故障檢測
波形檢測診斷方法對數(shù)字電路進(jìn)行故障的檢測以及診斷對于檢測人員的專業(yè)素養(yǎng)要求很高，要求維修人員能夠熟練的掌握電路維修的相關(guān)的理論知識和擁有一定的實際操作經(jīng)驗，熟練地使用示波器觀察電路故障檢測過程中所反映出的波形，也就是數(shù)字電路故障檢測過程中在示波器上顯示的數(shù)字電路板的各級輸出波形的狀況，觀察示波器上所出現(xiàn)的波形是否表現(xiàn)正常，在這樣的過程中得到的數(shù)字電路故障檢測的結(jié)果更加的具有科學(xué)性以及具有說服力，在使用波形檢測診斷法進(jìn)行數(shù)字電路故障檢測的時候，數(shù)字電路內(nèi)多數(shù)是脈沖電路，由于脈沖電路的復(fù)雜程度，其他的檢測方法并不是十分的準(zhǔn)確與科學(xué)，所以波形檢測診斷法形成的檢測結(jié)果更加的準(zhǔn)確，在進(jìn)行故障檢測的過程中對于維修人員的安全保障性能也是最強(qiáng)的，不僅提高了數(shù)字電路故障檢測與診斷的效率，也有助于制定數(shù)字電路維修策略，制定的策略也更加的具有針對性。
3.總結(jié)
當(dāng)今時代科學(xué)技術(shù)飛速的發(fā)展，對于數(shù)字電路的研究的投入也變得更大，數(shù)字電路在生活中的使用也變得更加的普遍，但是數(shù)字電路的使用出現(xiàn)的問題也困擾著現(xiàn)代人，所以為了更好地使用數(shù)字電路，提高使用效率，就一定要選擇有效的方法對于數(shù)字電路中出現(xiàn)的故障進(jìn)行檢測與診斷，因此應(yīng)當(dāng)針對數(shù)字電路產(chǎn)生的原因進(jìn)行研究，并且積極地進(jìn)行故障檢測的技術(shù)，使得數(shù)字電路的使用能夠更加順時代的發(fā)展，使得數(shù)字電路能夠為現(xiàn)代人們的生活提供更多的便捷服務(wù)。
參考文獻(xiàn)
[1]郭希維，蘇群星，谷宏強(qiáng).數(shù)字電視測試中的關(guān)鍵技術(shù)研究[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2008.
關(guān)鍵詞：數(shù)字電路 故障檢測與診斷 原因 現(xiàn)狀 對策
中圖分類號：TN79 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2013）11-0214-02
21世紀(jì)的今天，隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化格局的形成，經(jīng)濟(jì)技術(shù)迅速發(fā)展，以數(shù)字技術(shù)為主導(dǎo)的高科技產(chǎn)品層出不窮，并且已滲透到我們生活的各個方面，遍布于每一個角落。然而，在我們的生活如此數(shù)字技術(shù)的當(dāng)下，電子工程技術(shù)人員在設(shè)計、安裝、維修、調(diào)試數(shù)字電路的過程中或多或少都會遇到各種事故。因此，掌握正確的數(shù)字電路故障檢測與診斷方法對于保障數(shù)字電路的有效開發(fā)與生產(chǎn)是極為重要的。
1 數(shù)字電路故障產(chǎn)生的原因
1.1 電路元器件的老化
無論什么東西在使用的過程中因為摩擦等一些原因，在一定程度上都說到了損壞，對于電路元器件來說尤其如此。因為電路元器件大都是金屬材質(zhì)，在長期不斷使用的過程中，就會導(dǎo)致部分元器件老化和參數(shù)性能下降，除此之外，有的電路元器件也會在遇到高溫或極冷的天氣狀況下改變參數(shù)值。
1.2 電路元器件接觸不良
由電路元器件接觸不良導(dǎo)致的數(shù)字電路故障是最常見的原因。在日常生活中，可能會因為使用不當(dāng)或者保管不善，破壞電器外殼使得電路元件暴露在空氣中或者一不下心使電器進(jìn)水等情況發(fā)生，那么電器內(nèi)部的焊點(diǎn)就會被氧化，以至于導(dǎo)致電路板故障的發(fā)生。
1.3 電路設(shè)備工作環(huán)境不健全
每一樣設(shè)備的順利使用都是有一定的條件的，但是并不是所有設(shè)備都能夠在健全的工作環(huán)境中，所以，一旦工作環(huán)境達(dá)不到電路設(shè)備的要求時，例如，溫度、適度、電子磁場等改變，數(shù)字電路就會發(fā)生故障，那么設(shè)備也就無法實現(xiàn)正常工作了。
1.4 電路元件過了使用期
電路元器件都是有保質(zhì)期的，只有在規(guī)定的年限內(nèi)使用才能發(fā)揮它功效。如果過了使用期限，電路元器件就會負(fù)荷不了，就會出現(xiàn)元器件老化、性能指標(biāo)降低等現(xiàn)象。所以說電器元件使用過程超出期限，設(shè)備的故障發(fā)生率就會增加。
2 數(shù)字電路及其故障的特點(diǎn)
所謂的數(shù)字信號是在時間上和數(shù)值上都離散的信號，而數(shù)字電路就是用來處理和變化這些離散信號的電路。它的工作原理主要就是利用兩個狀態(tài)的元器件來表示離散信號，看似很復(fù)雜，其實它的基本電路單元十分的簡單。在數(shù)字電路中的每一個元器件的參數(shù)值都有較大的差異性，所以絕對不會出現(xiàn)電壓不高不低的電平，除了三態(tài)門之外，輸出的要么是高電平要么就是低電平。所有對高電平和對低電平的區(qū)分了解能夠我們更好的了解數(shù)字電路的特征。
如果把數(shù)字電路按照邏輯功能來劃分，可以分為時序邏輯電路和組合邏輯電路兩種。從功能上來說，時序邏輯電路它是由具有儲存功能的觸發(fā)器所組成的電路來進(jìn)行記憶和表達(dá)功能，但是關(guān)鍵得是儲存電路的輸出狀態(tài)必須反映到輸出端上，并且要與輸出端共同作用才能決定時序電路的輸出。另一個組合邏輯電路顧名思義就是由各種電路組合而成。不過組合邏輯電路在輸出時，都是有那個時刻輸入的信號來決定的，它與原電路的輸出狀態(tài)并沒有直接的關(guān)系。
在數(shù)字電路的檢測和診斷過程中一定要按照它所規(guī)定的順序來想電路施加測試，并挨個觀察數(shù)字電路的反應(yīng)狀態(tài)，看其是否正常。之所以要這樣一步步仔細(xì)的檢測那是因為數(shù)字電路的測試對象實在是多了，電路的輸入、輸出變量甚者有時候可以達(dá)到上百個，而且每一個都有可能出現(xiàn)偏差，如不逐一檢測很難找到問題所在。此外，數(shù)字電路它還存在一定得物理缺陷，構(gòu)成集成電路的門和記憶元件是封存在芯片里面的，以至于無法直接觀察電路輸入、輸出的波形以及很難檢測它們的邏輯電平，所以也就沒辦法快速查出數(shù)字電路的故障之所在。因此，研究出簡單可行的測試電路故障的方法迫在眉睫，需要大家的共同努力。當(dāng)然，也只有當(dāng)數(shù)字電路故障檢測方法解決之后，數(shù)字電路才能得到更好的應(yīng)用。
3 數(shù)字電路故障檢測與診斷方法的現(xiàn)狀
3.1 直接觀察檢測診斷法
直接檢查法就是通過直接的觀察來推斷電路大致在那個部分出現(xiàn)了問題。這種方法相對于比較適合有一定經(jīng)驗的電路維修員，他們通過詢問顧客電路故障發(fā)生時出現(xiàn)了哪些現(xiàn)象來判斷發(fā)生電路故障的大致原因，這樣既方便有簡潔，省去了中間的很多過程，為客戶和自己都節(jié)省了時間，是一舉兩得的好事。例如，電視機(jī)突然不亮了，我們在檢測之前應(yīng)該首先觀察一下外觀是否破損，用手感覺一下外殼溫度是否過高，其次看插頭是否斷開或與插班接觸不良，然后用鼻子問一下電視機(jī)有沒有異味等等，通過用這些直觀的方法來判斷電視機(jī)大概是哪一個部位出了問題啊，最后著手檢測。雖然這種方法比較快速，但對于經(jīng)驗不足的電路維修員來說，還是不要貿(mào)然使用，否則可能是既浪費(fèi)了時間也還是沒有找到電路故障發(fā)生的原因，得不償失。
3.2 順序檢測診斷法
現(xiàn)在應(yīng)用于數(shù)字電路故障檢測的數(shù)字檢測法一般分為兩種。一種是在輸入端加上信號，從輸入級開始向輸出級檢測，當(dāng)信號中斷或者是出現(xiàn)異常時也就找到了數(shù)字電路的故障所在地。第二種方法是在輸入級到輸出級的過程中加上信號，一旦出現(xiàn)信號不對的情況，就立馬停下，然后以此為據(jù)點(diǎn)想下一級進(jìn)行電路故障檢測。雖然這種數(shù)字電路檢測方法準(zhǔn)確性比較高，但是需要花很長時間。在現(xiàn)在全球經(jīng)濟(jì)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的是時刻，這種低效率的工作方法已經(jīng)逐漸不適應(yīng)時代的發(fā)展要求了，在某種程度上是可以被淘汰的，但是，前提條件就是我們必須盡快找到一種更好的電路故障檢測方法來代替它。否則，還是得用順序檢測法。
3.3 比較檢測診斷法
在檢查數(shù)字電路故障時，比較法其實也是一種比較常用的檢測方法。一般要想快速的檢測出數(shù)字電路哪里出現(xiàn)問題，經(jīng)常就會對電路的各個關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行測試，得出具體的參數(shù)值，然后找來同樣的完好無損、能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)的電器，也測出每一個關(guān)鍵點(diǎn)的參數(shù)值，最后將兩組數(shù)值進(jìn)行比較，參數(shù)值不一樣的那個地方就是數(shù)字電路出現(xiàn)故障的地方。不過，能夠這樣很快就檢查出問題所在的情況并不多，大多數(shù)電路故障地方都在比較細(xì)小的地方。因為，在數(shù)字電路器材生產(chǎn)過程中，廠商一般都會針對電路板比較薄弱的地方多做幾道加工程序，確保質(zhì)量安全，而那些人們認(rèn)為不會發(fā)生故障的地方就沒有多注意，所以往往電路發(fā)生的故障并不在電路板的關(guān)鍵點(diǎn)上。因此，比較檢查法還算不上市完美的檢測方法，依然有它的缺陷存在。
3.4 替代檢測診斷法
有時候電路比較復(fù)雜，可能當(dāng)我們試了各種方法還沒有找到故障時，我們就應(yīng)該想到用替代法來檢查數(shù)字電路故障。所謂的替代檢測法就是將數(shù)字電路中的電子元件用同等型號的電路元件來替換掉，不過質(zhì)量一定要比元件好一些，否則質(zhì)量太差的話還是無法檢測出電路故障在哪里。當(dāng)高質(zhì)量的電路元件安裝到元電路板中，合上電源，看電路板是否能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)。若能正常運(yùn)轉(zhuǎn)則證明是元電路元件有問題，若不能，則證明原電路元件沒有問題。若是前者，數(shù)字電路故障檢測就能很快完成，但若是后者的話，就還需要再次進(jìn)行檢查與診斷?？傊娲鷻z測在某種程度上也是比較麻煩和費(fèi)時的。
4 提高數(shù)字電路故障檢測與診斷效率的對策
4.1 分塊測試診斷法
當(dāng)我們無法通過直接觀察檢測法檢測出數(shù)字電路故障時，用分塊檢測法是最好的檢測辦法之一。當(dāng)我們對某種電路板進(jìn)行檢查時 ，對其電路結(jié)構(gòu)、功能等要有一個事先的了解，根據(jù)實際情況，看怎樣組合比較簡單，然后就將電路分成若干個獨(dú)立的電路，分別進(jìn)行通電進(jìn)行測試，觀察測試結(jié)果找出有故障的那一部分電路，最后采取相應(yīng)的措施準(zhǔn)確找到數(shù)字電路故障點(diǎn)，診斷其原因，“對癥下藥”，解決問題。像這種分塊測試方法過程比較簡單，針對性也強(qiáng)，它能夠有效的提高數(shù)字電路故障檢測與診斷效率，更適合于比較復(fù)雜的數(shù)字電路故障檢測與診斷中。
4.2 電阻檢測診斷法
在日常生活中，當(dāng)我們看到某種電器冒煙兒或者散發(fā)異味時，首先要做的就是切斷電源，避免事故范圍擴(kuò)大。然后就是要檢查電路是否有短路現(xiàn)象，那么這個時候就需要用到電阻檢測診斷法。電阻檢測診斷法它的作用就是能夠檢測診斷出數(shù)字電路底板內(nèi)部和電路連接線之間是否是接觸不良或短路等情況，操作過程簡單，就算不是專業(yè)電路維修員也能夠很好的掌握與應(yīng)用。在碰到類似的事情時不至于驚慌失措，即使不花錢找專業(yè)維修人員自己就能夠輕松搞定。所以電阻檢測診斷法實用性比較強(qiáng)，適用人群比較廣，在數(shù)字電路故障檢測與診斷上效果比較明顯與突出，是提高數(shù)字電路故障檢測與診斷效率的好方法。
4.3 波形檢測診斷法
波形檢測診斷法對電路故障檢測與診斷人員的專業(yè)素質(zhì)要求比較高，要具備較高的電路維修理論知識，同時還要會使用示波器，這兩個條件缺一不可。其實，我們所說的波形檢測診斷法就是通過使用示波器對電路板的各級輸出波形進(jìn)行檢查，觀察它所輸出的波形是否是正常的，以此來檢測診斷出電路故障。目前，這種波形檢測診斷法被廣泛的應(yīng)用于脈沖電路中，準(zhǔn)確性高、安全系數(shù)高、效率也很高，是提高數(shù)字電路檢測與診斷效率的完美對策。
5 結(jié)語
在當(dāng)今科學(xué)技術(shù)騰飛的年代，數(shù)字電路已經(jīng)取得了飛速發(fā)展，為了能夠更好的將數(shù)字電路應(yīng)用到現(xiàn)代電路中，提高數(shù)字電路檢測與診斷技能、效率尤為重要。對于可能出現(xiàn)或者是已經(jīng)出現(xiàn)的電路故障要能夠及時預(yù)防與解決。因此，我們要不斷完善數(shù)字電路檢測與診斷技術(shù)，使之能夠更好的適應(yīng)時代的發(fā)展要求，為我們的生活提供更加便捷的服務(wù)。總之，本文主要是希望通過論述數(shù)字電路故障產(chǎn)生的原因、分析數(shù)字電路及其故障的特點(diǎn)、介紹目前我國對數(shù)字電路檢測與診斷所采取的方法以及建議來給現(xiàn)在正身處數(shù)字電路的工作者一些幫助。
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【關(guān)鍵詞】數(shù)字電路 故障檢測 診斷
當(dāng)前，隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化的建設(shè)，經(jīng)濟(jì)技術(shù)迅速發(fā)展，促使數(shù)字技術(shù)主導(dǎo)高科技產(chǎn)品層出不窮，同時已經(jīng)滲透到我們的日常生活中。但是在電子電路工作的過程中，會存在內(nèi)部或者外部原因造成電路出現(xiàn)各種問題，導(dǎo)致電路不能正常的工作。因此電子工程設(shè)計人員一項重要的任務(wù)就是要對工作電路進(jìn)行檢修、檢測以及故障的診斷與排除。在實際生活中，數(shù)字電路故障檢測與診斷在電路設(shè)計與生產(chǎn)的過程中具有重要的意義。對數(shù)字電路進(jìn)行檢修與診斷，對及時發(fā)現(xiàn)、修復(fù)數(shù)字電路中出現(xiàn)的問題具有重要影響。同時還能夠重新配置數(shù)字電路系統(tǒng)，有助于數(shù)字電路生產(chǎn)工藝的優(yōu)化與改進(jìn)。分析數(shù)字電路故障檢測與診斷，能夠提高數(shù)字電路的質(zhì)量、效率與可靠性。
1 數(shù)字電路以及故障的特點(diǎn)
數(shù)字信號主要是在時間與數(shù)值方面具有離散的信號，而數(shù)字電路就是用來處理和改變這些離散信號。其工作的原理就是利用這兩種狀態(tài)的元器件表示離散信號。這樣看起來較為復(fù)雜，但是基本的電路單元較為簡單。數(shù)字電路的元器件參數(shù)值方面具有較大的差異。因而不會出現(xiàn)由于電壓不高不低的電平。除去三態(tài)門之外，通常輸出的電平要么是低電平或者是高電平。因此，這兩種電平稱為了解數(shù)字電路的主要特征。由此可見，檢測事物存在一定的復(fù)雜性。并且其復(fù)雜性主要體現(xiàn)在待測電路存在大量的輸出與輸入變量，可能大于一百個變量。同時電路相應(yīng)又具有時序性，有的還存在組合型。所集成的電路元器件與門都被安裝在芯片里面，不能度邏輯電平、輸入輸出波形進(jìn)行檢測。類似模擬集成電路，僅僅可以在芯片的外部對其測試，而不能對數(shù)字IC內(nèi)部電路進(jìn)行測試。所以，必須及時尋找出一種能夠簡單的完成對芯片內(nèi)部進(jìn)行檢測的方法。
2 數(shù)字電路故障產(chǎn)生的原因
在數(shù)字電路運(yùn)行的過程中，產(chǎn)生故障的原因有很多種。但是較為常見的故障筆者認(rèn)為有這么幾種。首先，就集成數(shù)字電路而言，負(fù)載能力范圍具有一定性。常規(guī)與非門的輸出低電壓可以帶同類們的最大限度為10個。但是實際生活中這個輸出電壓所帶門遠(yuǎn)大于理論值。這樣就容易導(dǎo)致電路輸出低電壓，造成電路破壞，使得電路不能穩(wěn)定運(yùn)行。為避免這種情況的發(fā)生就需要使用負(fù)載的集成電路。其次，集成電路運(yùn)行效率較低。在集成電路運(yùn)行的過程中唯有第一組信號通過集成電路，并在電路內(nèi)部延時作用下穩(wěn)定輸出端時，另外一組信號才能進(jìn)入。由此可見，造成電路運(yùn)行效率低下的主要原因就在于電路內(nèi)部延時。如果輸入脈沖很高時也會導(dǎo)致輸出端不穩(wěn)定。檢測這一問題的過程相對復(fù)雜。因此，在設(shè)計邏輯電路時要采用運(yùn)行效率高的集成電路。
3 數(shù)字電路故障檢測與診斷策略
在數(shù)字電路檢修的過程中，針對其中的故障需要采取有效的診斷策略，提高數(shù)字電路運(yùn)行的效率。這樣不僅保證電路運(yùn)行的質(zhì)量，還能夠減少檢修的次數(shù)。
3.1 隔離故障檢測與診斷
在檢測數(shù)字電路問題的過程中，第一步就應(yīng)當(dāng)根據(jù)故障的基本特點(diǎn)，最大限度的減少問題的區(qū)域，也就是將故障診斷與檢測進(jìn)行隔離。這一環(huán)節(jié)對數(shù)字電路檢測具有十分重要的意義。在檢測的過程中，其檢測關(guān)鍵之處就是邏輯診斷與檢測。通常而言，如果電路信號消失，那么可以使用檢測探頭完成電路信號連接的線路實施診斷與檢測工作，從而快速找到消失的電路信號，并且檢測探頭上都安裝了邏輯存儲裝置。這樣就能夠?qū)?shù)字電路上具體的信號進(jìn)行診斷與檢測。如果出現(xiàn)電路信號，就會被檢測器上的邏輯儲存裝置記錄下來，并通過顯示器顯示出來。從這一點(diǎn)就充分說明了數(shù)字電路上的脈沖信號能夠被檢測與診斷。通過縮小點(diǎn)路鼓掌范圍，來找到電路故障的具置。另外一種就是能夠有效的診斷和檢測數(shù)字故障的方法就是邏輯分析。在檢測的過程中利用邏輯分析儀對數(shù)字電路的設(shè)備進(jìn)行檢測，分析電路運(yùn)行中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)以及其輸出情況。
3.2 定位檢測與診斷
在數(shù)字電路出現(xiàn)故障的過程中，其最為關(guān)鍵的步驟就是檢測故障，將故障進(jìn)行定位。一般情況下，在電路故障范圍縮小到一定范圍時，直至縮小到某一電路元件時，就能夠使用邏輯探頭、脈沖檢測儀等對數(shù)字電路的故障進(jìn)行分析，并就其產(chǎn)生的影響進(jìn)行分析。通過這種方法就能夠檢測出故障的具置。利用邏輯信號對數(shù)字電路的脈沖信號進(jìn)行檢測，分析電路輸出與輸入信號的情況。依據(jù)獲取的信號判定數(shù)字電路運(yùn)行的情況。研究表明，數(shù)字電路在日常的工作中，都會存在低電壓與高電壓。這兩者在運(yùn)行的過程中能夠互相轉(zhuǎn)換。使用邏輯探頭等儀器進(jìn)行檢測，如果有信號就能夠判斷出工作電路是正常。通常情況下，數(shù)字電路偶爾也會出現(xiàn)故障。因此，電路信號的時需不需要經(jīng)常檢測。
4 結(jié)語
總而言之，在數(shù)字電路獲得廣泛應(yīng)用的過程中，在一定程度上對提高電器使用與質(zhì)量具有重要的影響。同時也進(jìn)一步促進(jìn)了電器產(chǎn)品性能的提高。但是，在此環(huán)節(jié)中我們應(yīng)當(dāng)充分的認(rèn)識到，數(shù)字電路正常運(yùn)行離不開故障的檢測與診斷。重視數(shù)字電路檢測與診斷，能夠全面提高數(shù)字電路應(yīng)用水平與運(yùn)行質(zhì)量。
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作者簡介
馬均（1990-），男，咸陽師范學(xué)院物理與電子工程學(xué)院電子信息工程專業(yè)本科在讀。
關(guān)鍵詞 助航燈光；故障；檢測；診斷；程序；解調(diào)
中圖分類號[U8] 文獻(xiàn)標(biāo)識碼A 文章編號 1674-6708（2011）50-0144-01
機(jī)場助航燈光系統(tǒng)是飛機(jī)飛行安全的保障，是機(jī)場非常重要的一個目視助航設(shè)備。在一個中型的機(jī)場中，其助航燈光包括了跑道中線燈、跑道邊燈、進(jìn)近燈、末端等、順序閃光燈、坡度燈等共計上千盞燈。機(jī)場助航燈光系統(tǒng)保障著飛機(jī)的安全起降，安全問題不容許絲毫的差錯，助航燈光系統(tǒng)是否完好無損十分關(guān)鍵。在實際機(jī)場應(yīng)用中，如何保證助航燈光系統(tǒng)的正常工作，如何及時的檢測助航燈光系統(tǒng)的故障，也就變成保障安全的大問題。助航燈光系統(tǒng)中自動監(jiān)視功能就可以很好的滿足這一要求。我國目前較大規(guī)模機(jī)場使用的都是國外的助航燈光巡檢系統(tǒng)，自己在助航燈光巡檢監(jiān)控系統(tǒng)方面的研究還沒能形成成熟的系統(tǒng)，不能在實際中應(yīng)用。不斷學(xué)習(xí)，努力探索，尋求自己的助航燈光故障診斷系統(tǒng)，解決國內(nèi)機(jī)場的燃眉之急。
1 助航燈光故障檢測
助航燈光故障的檢測主要通過自動監(jiān)控，實行遠(yuǎn)程巡檢，它的主要硬件設(shè)計包括了單片機(jī)、過零檢測模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、調(diào)制及隔離變壓器模塊、晶閘管驅(qū)動模塊、進(jìn)水檢測模塊、串口通信模塊、單片機(jī)模塊等。
1.1 燈暗檢測和燈泡開路檢測
燈暗檢測實際上就是對燈電壓進(jìn)行檢測，檢測燈泡兩端的電壓。檢測燈電壓可以判斷燈泡的輸出功率，在使用6.6:6.6的隔離變壓器時，一次測電流和二次側(cè)電流是相同的。燈泡兩端的電壓反應(yīng)了燈泡輸出功率的大小，是判斷燈暗的一個替代參數(shù)。燈暗的原因要么是燈泡經(jīng)過長時間的使用，老化使得電阻減少，電壓降低，從而導(dǎo)致燈暗。要么是燈泡中的燈絲出現(xiàn)靠絲現(xiàn)象，使得線圈被短路減小電阻，降低兩端電壓，減少功率，導(dǎo)致燈泡發(fā)暗。而燈泡開路檢測則是對燈泡電流大小的檢測。一個比較穩(wěn)定的干路電流在隔離變壓器的一次側(cè)流過時，如果二次側(cè)有正常的負(fù)載也會流過一個比較穩(wěn)定的電流。當(dāng)開燈光級設(shè)置越低時，電流越小；或則當(dāng)負(fù)載的電阻越小時，電流越大。燈泡在使用過程中，新舊程度對電流的影響不大。而燈泡處于開路時，其負(fù)載電阻無窮大，電流就會急劇減小。在這一特點(diǎn)作用下，二次側(cè)電壓升高達(dá)到一定的數(shù)值時，通過對電路電壓進(jìn)行采用就可以判別燈泡是否斷芯。
1.2 上行信號的調(diào)制
上行信號是指遠(yuǎn)程巡檢單元向主控制單元上傳的信息，這是燈光巡檢中遠(yuǎn)程巡檢單元和主控制單元之間通過調(diào)解和調(diào)制進(jìn)行的有效通信中的一個方向。調(diào)制信號頻率是工頻50Hz，所以調(diào)制信號可以跨過隔離變壓器，然后上傳回主控單元。
1.3 上行信號的解調(diào)
經(jīng)過電壓互感器采樣，然后經(jīng)信號調(diào)理電路把調(diào)光器回路電壓分為兩路，一路過零檢測電路，進(jìn)入單片機(jī)；另一路經(jīng)差分放大器處理，然后進(jìn)行模數(shù)變換。進(jìn)行采樣12次，時間在2ms內(nèi)。12次數(shù)據(jù)分為4組值，每組數(shù)據(jù)求一個平均值。所得的3個平均值分別與單片機(jī)中預(yù)先計算好并存儲起來的對應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，有調(diào)制的信號，其數(shù)值相比沒有調(diào)制的信號明顯要小。在差處理下，就可以得出“1”、“0”信息。
2 助航燈光故障診斷系統(tǒng)設(shè)計
2.1 主控單元解調(diào)程序
主控單元過零檢測電路實時檢測正過零點(diǎn)后，經(jīng)過P3.3通道信號向單片機(jī)請求中斷，然后執(zhí)行中斷程序。單片機(jī)讀取轉(zhuǎn)換值，2ms內(nèi)進(jìn)行采樣12次，所得到的結(jié)果分成每組4個數(shù)據(jù)的3組，每組數(shù)據(jù)求其平均值，然后把求得的平均值與預(yù)先計算好并存儲好的數(shù)值進(jìn)行做差處理，如果差值大于設(shè)定值則為“1”，否則為“0”。重復(fù)過程3次，如果得到3個結(jié)果均為“0”，則說明沒有下達(dá)命令；如果得到3個結(jié)果均為“1”，則說明肯定有下達(dá)命令；如果得到結(jié)果中有一個為“1”，則返回，要求上位機(jī)重新發(fā)送命令。
2.2 遠(yuǎn)程巡檢單元調(diào)制程序
由P1.0和P1.2發(fā)送信號，經(jīng)P3.7通道把正過零點(diǎn)后信號送入單片機(jī)，觸發(fā)晶閘管開關(guān)。由于電壓上加載了調(diào)制信號，所以電壓輸出就產(chǎn)生了畸變。
2.3 遠(yuǎn)程巡檢單元故障定位程序
一個周期定位50ms，每個周期采樣10次，每次采樣之間間隔10ms，結(jié)果存放在寄存器中。每個周期采樣的10次結(jié)果計算平均值，然后與設(shè)定的值作比較。在比較中，采樣結(jié)果大于或則等于設(shè)定值，則燈已經(jīng)損壞。
3 實際應(yīng)用中的實驗與結(jié)果
選擇機(jī)場進(jìn)近燈做燈泡斷絲實驗，結(jié)果實驗的6盞燈判斷全部正確，沒有一盞誤報。而燈暗實驗中，電壓波動率在5%以下，也基本能滿足實際應(yīng)用的要求。進(jìn)水實驗中，通過實驗人員的實地檢查，檢測到進(jìn)水的隔離變壓器桶，其進(jìn)水深度確實達(dá)到了設(shè)定值，而沒有檢測到進(jìn)水的隔離變壓器桶，則均未發(fā)現(xiàn)進(jìn)水現(xiàn)象。以上實驗結(jié)果表明，助航燈光故障檢測準(zhǔn)確度高，傳輸數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，電源足夠穩(wěn)定，操作靈活方便，在實際機(jī)場的應(yīng)用中，能基本滿足助航燈光故障檢測與診斷的要求。
4 討論
當(dāng)然，筆者僅僅是從助航燈光故障檢測的基本原理出發(fā)，淺顯探析了其故障檢測的方面。而實際應(yīng)用中的助航燈光故障檢測，要復(fù)雜多樣得多，需要研究人員進(jìn)一步探索，進(jìn)一步完善才能達(dá)到實際應(yīng)用的客觀要求。而助航燈光故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計，筆者更是僅僅點(diǎn)出了其大致的工作原理，要達(dá)到實際設(shè)計應(yīng)用的要求，還需要全面細(xì)化，落實到細(xì)節(jié)，以及具體程序的編寫和完善工作。
參考文獻(xiàn)
關(guān)鍵字：數(shù)據(jù)包丟失；網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)；故障檢測；觀測器；殘差
中圖分類號：TP399文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1007-9599 (2011) 24-0000-03
Fault Detection and Diagnosis of Networked Control System
Zhuo Min
(Zhenjiang Electrical and Mechanical Branch of Jiangsu Union Technical Institute,Zhenjiang212016,China)
Abstract:A great deal of attention has been focused on a class of networked control systems (NCS) wherein the control loops are closed through communication networks.This family of systems is an integration of plants, sensors,controllers,actuators and communication networks of certain local field.In this paper,based on the condition of data packet dropout,firstly,a modeling approach of the system is presented,and the fault observer is modeled as a stochastic switching discrete-time linear system with delay.When a fault occurs,the observer residual can change rapidly and detect the occurrence of the fault.Finally,an illustrative example shows the effectiveness of the proposed method.
Keywords:Data packet dropout;Networked control system (NCS);Fault detection;Observer;Residual
與傳統(tǒng)的點(diǎn)對點(diǎn)控制系統(tǒng)相比，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)具有可實現(xiàn)資源共享、遠(yuǎn)程控制，具有較高的診斷能力和交互性好、增加系統(tǒng)柔性和可靠性、安裝維護(hù)方便、減少系統(tǒng)的布線等優(yōu)點(diǎn)。但由于網(wǎng)絡(luò)的介入，使得傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)面臨著新的挑戰(zhàn)，如網(wǎng)絡(luò)傳輸誘導(dǎo)時延、數(shù)據(jù)包丟失、時鐘異步等，因此在利用網(wǎng)絡(luò)作為信息的傳輸通道時，數(shù)據(jù)包丟失和時延等故障檢測問題受到了廣泛的關(guān)注[1-3]。
在故障診斷與容錯控制方面，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)和傳統(tǒng)控制系統(tǒng)有所不同。在數(shù)據(jù)傳輸中存在信息碰撞和網(wǎng)絡(luò)帶寬限制等問題，使得延遲和丟包問題在信息傳輸中發(fā)生，以致網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的故障診斷與容錯控制變的復(fù)雜[4]。網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的故障診斷與容錯控制是具有現(xiàn)實和理論意義的研究課題，關(guān)系到國家經(jīng)濟(jì)命脈和國防安全的戰(zhàn)略性需求，也是提升國家工業(yè)基礎(chǔ)水平、綜合實力和自主創(chuàng)新能力的重要舉措[5]。
NCS的數(shù)據(jù)包丟失和時延是NCS中的重要研究課題。鑒于此，文獻(xiàn)[6]針對一類具有數(shù)據(jù)包丟失和時延的NCS設(shè)計了保證閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的控制器?？紤]到NCS中同時存在數(shù)據(jù)包丟失和時延的情況，以建立NCS模型來構(gòu)建故障檢測器；最后通過數(shù)據(jù)仿真驗證了本文所描述問題的可行性。
一、網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)
網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)NCS(Networked Control Systems)，即將控制系統(tǒng)中至少一個或多個回路經(jīng)過計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)閉環(huán)的控制[7]。
如圖1所示的，網(wǎng)絡(luò)只存在于控制器和執(zhí)行器之間[8]，所以系統(tǒng)只具有控制時延 ，為上界已知的時變時延。假定NCS的被控對象模型為
(1)
其中， 是狀態(tài)向量； 是輸出向量； 是輸入向量； 是故障向量，正常情況下 是非零向量； ， ， 是適維常系數(shù)矩陣。
圖1 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)
Fig.1 Networked control systems
在網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中，通訊網(wǎng)絡(luò)并非是一個非常可靠的數(shù)據(jù)傳輸通道，會產(chǎn)生傳輸錯誤、網(wǎng)絡(luò)堵塞、節(jié)點(diǎn)競爭發(fā)送權(quán)失敗、連接中斷和時序錯亂等現(xiàn)象。雖然多數(shù)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議具有多次重發(fā)送數(shù)據(jù)機(jī)制，由于此機(jī)制受到時間的限制，所以在超過了設(shè)定的時間范圍時，便會導(dǎo)致數(shù)據(jù)包丟失。
正常情況下，實時反饋控制系統(tǒng)能夠接受一定數(shù)量的數(shù)據(jù)包丟失。但是對數(shù)據(jù)包丟失尋求正確的解決方法的研究以及對在數(shù)據(jù)包丟失時系統(tǒng)是否穩(wěn)定的探索是很有價值的。
二、狀態(tài)預(yù)測器的設(shè)計
網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的狀態(tài)可以直接反映系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，所以在NCS系統(tǒng)中基于狀態(tài)估計的故障診斷與容錯控制方法顯得特別突出。此方法可以歸納為以下兩種：一種基于觀測器的方法，另一種基于濾波器的方法。本文的研究是基于預(yù)測器的方法。
不考慮噪聲等外部擾動時，被控對象的離散模型可以表示為：
(2)
令 = ，表示不確定時延 引起的不確定項。式(2)寫為：
(3)
假設(shè) 非奇異和( ， )能觀測，被控對象的狀態(tài)觀測器就可以采用下列模型：
(4)
由于系統(tǒng)存在網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時延[0， ]， 時刻傳輸?shù)接^測器的信號為：
。 (5)
由式(3)可得
(6)
由式(5)和(6)，得到觀測方程為
(7)
定義估計誤差
(8)
則估計誤差方程為
(9)
由于 和 均已知，則式(9)可以表示為
(10)
其中，
由于 由不確定時延 引起，因此誤差方程含有不確定項 ，且 有界。
三、存在數(shù)據(jù)丟包的故障檢測
數(shù)據(jù)包丟失能夠影響到閉環(huán)NCS狀態(tài)矩陣的結(jié)構(gòu)和NCS的控制性能，特別是其穩(wěn)定性。因此，關(guān)于在NCS中數(shù)據(jù)包丟失對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響成為關(guān)注的熱點(diǎn)。
在NCS中，一是由于通信機(jī)制和網(wǎng)絡(luò)帶寬的限制造成的數(shù)據(jù)包，另一種是為達(dá)到某種目的而采取的主動丟包。本文是基于前者提出的故障檢測方法。
當(dāng)在傳感器與控制器之間發(fā)生數(shù)據(jù)包丟失時，NCS結(jié)構(gòu)可以用圖2表示
圖2 具有數(shù)據(jù)包丟失和時延的NCS
Fig.2 NCS with network-induced delay and packet dropout
圖2中隨機(jī)變量 表示第 個周期是否有傳感器數(shù)據(jù)到達(dá)控制器，即
是獨(dú)立的Bemoulli隨機(jī)變量。在傳感器與控制器之間，由于數(shù)據(jù)時延能夠被看作在本周期未接收到有效數(shù)據(jù)，便可判斷發(fā)生了數(shù)據(jù)包丟失。
若原系統(tǒng)的控制率為 ，則由式(2)可得
(11)
假設(shè)事件1和事件2發(fā)生的概率分別為 和 ，亦即
(12)
事件1 時刻傳感器數(shù)據(jù)沒有到達(dá)控制器端，在控制器端建立觀測器
(13)
定義觀測器狀態(tài)估計誤差 ，無故障時，其狀態(tài)估計誤差方程為
(14)
對于式(14)，引入增廣向量 ，可得
(15)
式(15)中含有 的兩個滯后項，引入 ，可得
(16)
事件2 時刻控制器收到來自傳感器的數(shù)據(jù)，建立觀測器
(17)
則無故障時，觀測器狀態(tài)估計誤差方程為
(18)
按照事件1中同樣的方法，可得
(19)
有式(12)，(16)和(19)，可得如下的隨機(jī)切換系統(tǒng)
(20)
其中，
， ，
四、故障檢測設(shè)計
定理1：基于如下的觀測器，殘差系統(tǒng)（10）漸進(jìn)穩(wěn)定，
其中 ， ， 定義省略。 為卡爾曼濾波增益，誤差協(xié)方差矩陣為 ，且
。
下面，我們將通過數(shù)值例子說明所得到結(jié)果的有效性。
五、數(shù)字示例和仿真結(jié)果
本文通過第2和3部分對狀態(tài)觀測器和存在數(shù)據(jù)丟包的故障檢測進(jìn)行了研究和描述，我們假定以下系統(tǒng)
(21)
其中 ， ， ， 。假設(shè)Markov鏈的轉(zhuǎn)移概率矩陣已知為 ，干擾信號 為任意的隨機(jī)數(shù)。使用Matlab仿真工具，可得如下結(jié)果。圖3顯示為網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的狀態(tài)響應(yīng)。
圖3 系統(tǒng)狀態(tài)響應(yīng)
Fig.3 State response of system
圖4 傳感器故障時的仿真結(jié)果
Fig.4 Simulation result with sensor fault.
注：1-系統(tǒng)的實際輸出；2-觀察期輸出；3-殘余量
Note：1system actual；2observer output；3residual
當(dāng)傳感器故障發(fā)生在8.8秒時，系統(tǒng)的實際輸出、觀測器輸出和殘余量如圖4所示。從中我們可以觀察到，殘差量在8.8秒迅速增加，并且無延遲，表明了該傳感器在此時出現(xiàn)了故障。
六、結(jié)論與展望
本文針對長時延的NCS，假定傳感器和控制器之間存在數(shù)據(jù)包丟失，執(zhí)行器與控制器之間存在時變控制時延等現(xiàn)象。針對此類NCS，本課題研究了有無故障兩種情況下可能出現(xiàn)的結(jié)果，并且設(shè)計了故障觀測器。
本文概述了近年來常用的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)基于模型的故障診斷方法，建立恰當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)模型，將數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)簡化為對控制系統(tǒng)產(chǎn)生的若干影響因素，并將一般的故障診斷與容錯控制方法與理論推廣應(yīng)用到網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中來。
對一般的控制系統(tǒng)來說，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的故障診斷與容錯控制并不完善。首先多數(shù)的研究主要針對某一特定性能的設(shè)計，缺少對系統(tǒng)整體與總體性能的研究；其次現(xiàn)有模型對網(wǎng)絡(luò)時滯具有嚴(yán)重的依賴性，而且在非線性系統(tǒng)中難以實現(xiàn)。NCS的故障診斷與容錯控制方法有很多，本文僅總結(jié)和歸納了一部分。
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