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基于SLPS的模拟电路故障样本自动获取技术

导读: 故障样本数据的获取是模拟电路故障诊断中最基本的步骤。为了实现短时间内多次进行故障注入、获取大量样本数据,提出了基于SLPS的样本数据自动获取技术。利用SLPS将PSpice与Matlab结合,采用Matlab编程,实现故障模拟电路仿真数据获取的自动化。

  随着电子技术的迅速发展,电子设备的性能得到了很大的提高。模拟电路是电子设备中最易发生故障的薄弱环节,所以对其进行故障诊断具有重要意义。模拟电路故障诊断中最基本的是故障样本数据的获取。最常用的是利用Matlab和PSpice联合仿真提取故障样本数据。PSpi ce是一款电路仿真软件,可以得到精确的仿真结果;Matlab由主开发环境、工具箱、simulink仿真环境等内容组成,具有强大的数据处理功能。将PSpice和Matlab结合,利用各自优势完成模拟电路故障样本的获取,为故障特征提取做准备。

  PSpice软件运行的数据结果以out或txt文本形式输出,包括输入文件,元件模型参数等内容。吴昊用的方法是先用Str2num函数去掉。out文件中不相干内容,再通过textread函数读取所需内容。满高华先用任选项设置(options)来简化。out文件内容,再用feof等函数读取有价值数据。杨博文先将。txt文件中的第一行字段名删除并保存为。dat格式,再用importdat函数提取有用数据。

  上述方法都需要等PSpice仿真文件形成以后再进行数据操作,且后续操作的前提是电路文件不变。如若用故障字典法、神经网络或遗传算法等方法来进行模拟电路故障诊断,需要一次次的手动注入故障再进行仿真获取故障样本数据。尤其是利用遗传算法时需要成千上万次的样本提取,会消耗大量时间,所以故障注入及故障样本数据获取的自动化显得尤为重要。文中采用基于SLPS的模拟电路故障样本获取技术,实现了故障注入,样本提取的自动化。

  1 基于SLPS的模拟电路故障样本获取流程

  1.1 SLPS功能简介

  SLPS是Cadence Design Systems公司针对PSpice模拟仿真器与Mathworks公司的Matlab建模工具推出的接口软件。该接口可用于电路系统的仿真。SLPS主要是链接PSpice至Matlab中的simulink仿真器。对于完整的机电系统的电子仿真,用户可通过一个原型来实现一个系统设计。

  1.2 故障样本获取技术流程

  故障样本获取技术流程图如图1所示。

 

图1 故障样本获取技术流程图

  1)在PSpiee中建立正常电路

  在PSpice内部绘制电路图,设置参数选项。并运行一次仿真,产生。cir文件。

  2)建立simulink子系统,加入SLPS模块

  在Matlab中新建model文档,打开slpslib,加入SLPS模块,链接其输入输出,运行产生。mdl文件。并产生相应的SLPS_*.cir、SLPS_ *.net文件。在Matlab的Command Window窗口中输入open_system(*)即可打开系统查看,并手动修改设置参数。simulink中simulation-confignration parameters选项可按电路设置slover、max step size,仿真时间等参数,确定仿真时间内的采样点数。数据结果输出的方式可在simulink下sink中选择,选择simout将仿真数据输出到workspace工作区浏览器进行处理。

  3)建立电路故障表

  按照电路元件编号有序列出所有可能存在的故障,建立电路故障表。

  4)运行程序自动读取故障表获取故障样本数据编写。m文件,运行程序自动读取故障表,调用子系统生成故障电路样本数据。

  2 程序设计实现流程

  上述流程中1)~3),是自动获取技术实现前的准备工作,而4)是自动获取技术的关键步骤。具体的程序设计实现流程如图2所示。

 

图2 程序设计流程图

  1)读取故障表并进行故障注入 读取故障表,按照故障表逐个设置故障。研究发现。cir文件中又调用了。net文件,实验证明,直接修改。net文件内容即可修改元器件名称及参数形成故障电路。编写。m文件,用fopen语句打开。net文档并修改其元件参数,形成故障电路。

  2)在Matlab中调用系统并运行 用load_system命令重新载入修改参数后的系统,sim命令运行系统。

  3)输出故障样本数据 将输出的故障样本数据存储在一个矩阵中,每一列为一个故障样本,行数由周期内采样点数和采样时间决定。矩阵列数由故障表内故障个数决定,为故障样本个数。

 

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