電子電路故障診斷的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)融合探討

徐順 張娟

摘 要：模擬電路故障元件診斷具有一定程度的不確定性，針對(duì)這一問(wèn)題，文章提出了將BP網(wǎng)絡(luò)引入到融合數(shù)據(jù)中來(lái)解決其不確定性的方法。本文主要從電子電路故障診斷系統(tǒng)的組成及其與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)融合的原理出發(fā)，對(duì)模擬電路故障進(jìn)行了分析和診斷，最后提出了包括多級(jí)信息融合等在內(nèi)的基于信息融合和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的故障診斷方法，希望通過(guò)文章的論述，能夠?yàn)殡娮与娐饭收显\斷與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的融合提供參考。

關(guān)鍵詞：電子電路；故障診斷；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)融合；探討

引言：一直以來(lái)，行業(yè)內(nèi)對(duì)電子電路故障進(jìn)行診斷所應(yīng)用的都是線路切割法。在電路元件出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，其性能必將受到影響，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致信號(hào)無(wú)法輸出，而此時(shí)，與其相連的元件也必定會(huì)受到影響，此時(shí)如果應(yīng)用直接測(cè)試的方法對(duì)電子電路故障進(jìn)行測(cè)試，很難保證其效果的準(zhǔn)確性，因此，利用線路切割法便成為了行業(yè)內(nèi)的一個(gè)主要手段，這也方法具有其局限性，即其應(yīng)用過(guò)程十分麻煩，因此，必須提出一系列的措施對(duì)電子電路故障的診斷方法進(jìn)行優(yōu)化。

一、系統(tǒng)的組成及融合原理

文章支持將電子電路故障診斷與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)相融合。這一系統(tǒng)得以運(yùn)行的原理如下：首先，工作人員需要利用相關(guān)儀器探測(cè)出需要被診斷的各元件的電壓信號(hào)與溫度信號(hào)，繼而便可以利用模糊集理論對(duì)上述兩種信號(hào)進(jìn)行分析。通常情況下，針對(duì)不同的傳感器，工作人員需要用不同的隸屬值來(lái)對(duì)其元件發(fā)生故障的可能性進(jìn)行描述，此時(shí)可能出現(xiàn)以下兩種情況：一是鑒于元件與其連接元件之間的互相影響，在利用一種傳感器來(lái)對(duì)故障進(jìn)行判斷使，很可能會(huì)出現(xiàn)判斷誤差；二是兩種傳感器在對(duì)同一種元件進(jìn)行判斷時(shí)，會(huì)出現(xiàn)隸屬值不一致的狀況，通常其誤差都不會(huì)太大，但在少數(shù)情況下，其誤差值也可能會(huì)出現(xiàn)較大的差距，這會(huì)極大的增加工作人員對(duì)電子電路故障的判斷難度，因此，必須實(shí)施相應(yīng)的措施對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行解決。將電子電路故障的診斷與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)相結(jié)合能夠有效的解決上述問(wèn)題，兩者的結(jié)合是基于應(yīng)用模糊集與BP網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合而實(shí)現(xiàn)的，通過(guò)對(duì)BP網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，隸屬值之間的差距會(huì)得到有效的縮小，這對(duì)于故障的判斷與解決十分有利。

二、模擬電路故障分析與診斷

一般而言，工程技術(shù)領(lǐng)域?qū)δM電路故障的診斷通常需要通過(guò)對(duì)所接受的信號(hào)的判斷來(lái)得出裝備是否存在或即將出現(xiàn)故障，對(duì)不同設(shè)備故障的判斷需要應(yīng)用不同的故障診斷方法，總的來(lái)說(shuō)，所有故障診斷方法可以分為以下兩類：首先是常規(guī)的故障診斷方法。其次是現(xiàn)代化的故障診斷方法。相對(duì)于前者來(lái)說(shuō)，后者主要對(duì)故障的診斷主要是在對(duì)模糊理論應(yīng)用的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的，在技術(shù)上較為先進(jìn)。以下文章主要從信息融合才故障診斷中的應(yīng)用以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的故障診斷中的應(yīng)用兩點(diǎn)出發(fā)分析了有關(guān)模擬電路故障分析與診斷的問(wèn)題。

（一）信息融合在故障診斷中的應(yīng)用

所謂的信息融合主要指的是通過(guò)機(jī)器來(lái)模擬人腦處理信息的過(guò)程的一種形式框架，信息融合實(shí)現(xiàn)故障診斷主要是依靠數(shù)學(xué)理論與技術(shù)工具的結(jié)合來(lái)完成的，通過(guò)對(duì)這一手段的應(yīng)用，工作人員可以從中得到很多準(zhǔn)確性較高的信息，這對(duì)于故障的診斷與解決都具有著十分重要的參考價(jià)值。信息融合這一故障診斷方法的優(yōu)點(diǎn)是能夠通過(guò)對(duì)人腦處理信息過(guò)程的模擬來(lái)充分的對(duì)種種信息進(jìn)行綜合分析與利用，從而找出其中的種種聯(lián)系，相對(duì)于其他故障診斷方法來(lái)說(shuō)，這一方法在準(zhǔn)確性方面十分突出。除此之外，這一故障診斷方式還具有能夠同時(shí)對(duì)多維信息進(jìn)行采集的優(yōu)勢(shì)，這就極大的增強(qiáng)了系統(tǒng)的性能，在減少了信息模糊性的同時(shí)增加了其可信度。信息融合的故障診斷方式在具體應(yīng)用中需要根據(jù)與其他診斷方式的配合才能完成，這樣才能使各診斷方式的優(yōu)點(diǎn)能夠得以融合，缺點(diǎn)能夠相互彌補(bǔ)，以使故障診斷效果達(dá)到最好。

（二）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在故障診斷中的應(yīng)用

與信息融合的診斷方式原理類似，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的故障診斷方式也是對(duì)人腦中的功能的模擬，不同的是，前者是對(duì)人腦處理信息方式的模擬，而后者則是對(duì)人腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)與功能的模擬，相對(duì)于前者來(lái)說(shuō)，后者能夠?qū)崿F(xiàn)一個(gè)高度并行的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。總的來(lái)說(shuō)，在對(duì)這一故障診斷方法的應(yīng)用過(guò)程中，系統(tǒng)會(huì)將對(duì)故障反應(yīng)最為敏感的信號(hào)以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的形式輸出，以得到故障模擬訓(xùn)練樣本來(lái)完成網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，在此之后，便可以通過(guò)征兆集到非線性的映射來(lái)得出識(shí)別結(jié)果。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的故障診斷方式利用了對(duì)故障特征的輸入與輸出的手段使故障診斷的過(guò)程變得更加簡(jiǎn)單方便，較以往相比屬于一大進(jìn)步。

三、基于信息融合和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的故障診斷方法

（一）多級(jí)信息融合

多級(jí)信息融合主要包括數(shù)據(jù)級(jí)融合、特征級(jí)融合以及決策級(jí)融合三方面內(nèi)容，分別如圖：

（數(shù)據(jù)級(jí)融合）

（特征級(jí)融合）

（決策級(jí)融合）

首先，對(duì)于數(shù)據(jù)級(jí)融合來(lái)講，其主要原理是通過(guò)對(duì)原始觀測(cè)數(shù)據(jù)層中種種數(shù)據(jù)的直接分析來(lái)實(shí)現(xiàn)融合的。相對(duì)于其他融合手段來(lái)講，數(shù)據(jù)級(jí)融合層次較低，但其也具有一定的優(yōu)點(diǎn)，主要表現(xiàn)在能夠保持盡可能多的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)方面，這就使得其對(duì)信息的獲得更夠更加方便，但由于數(shù)據(jù)級(jí)融合在實(shí)時(shí)性方面存在漏洞，因此其對(duì)故障的診斷的準(zhǔn)確性也就得不到保證。

其次，相對(duì)于數(shù)據(jù)級(jí)融合來(lái)講，特征級(jí)融合在層次方面得到了一定程度的上升，但卻仍處于中間位置。特征級(jí)融合的主要原理是通過(guò)對(duì)原始數(shù)據(jù)的特征的提取及分析來(lái)實(shí)現(xiàn)融合的。對(duì)于已經(jīng)提取到的信息，數(shù)據(jù)級(jí)融合的方法能夠從時(shí)間和空間兩個(gè)角度來(lái)對(duì)其進(jìn)行分析與綜合，從而使分析的結(jié)果能夠更加全面準(zhǔn)確，總的來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)級(jí)融合的優(yōu)點(diǎn)是能夠最大程度的實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)時(shí)信息的處理，因此在實(shí)時(shí)性方面是能夠得到保證的。

最后，相對(duì)于前兩者來(lái)說(shuō)，決策級(jí)融合方式是融合過(guò)程中的最高級(jí)別，其主要原理是通過(guò)對(duì)各個(gè)目標(biāo)屬性的決策來(lái)實(shí)現(xiàn)決策結(jié)果的相互融合，并根據(jù)最后的融合結(jié)果來(lái)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的解決，想要對(duì)這一融合方式進(jìn)行利用，就一定要準(zhǔn)確分析數(shù)據(jù)級(jí)融合與特征級(jí)融合所提取出的數(shù)據(jù)特征，這是做好決策級(jí)融合的基礎(chǔ)。

（二）融合診斷算法

D—S合成法是融合診斷過(guò)程中的主要算法，它是通過(guò)給定的同一識(shí)別框架上的信度函數(shù)的合成來(lái)完成的，需要注意的是，上述信度函數(shù)需要擁有不同的證據(jù)。以下文章主要以兩個(gè)信度函數(shù)的組合為例來(lái)對(duì)組合規(guī)則進(jìn)行了闡述：

首先，工作人員需要對(duì)兩個(gè)信任函數(shù)及焦原進(jìn)行設(shè)定，又設(shè)：

合成之后的可信度分配函數(shù)如下：

通過(guò)對(duì)上述兩個(gè)函數(shù)的運(yùn)算可以得出可信度函數(shù)為：

通過(guò)對(duì)后兩個(gè)函數(shù)的運(yùn)算可以得出D—S融合前各模塊的基本可信度分配，通過(guò)對(duì)前兩個(gè)函數(shù)的運(yùn)算可以得出融合后各故障的基本可信度分配，將兩者結(jié)合，便可以實(shí)現(xiàn)對(duì)故障的判斷。

（三）診斷流程

具體診斷流程如圖所示：

對(duì)于圖中的信息融合部分來(lái)說(shuō)，可以對(duì)數(shù)據(jù)級(jí)融合、特征級(jí)融合及決策級(jí)融合進(jìn)行自由選擇，通過(guò)對(duì)流程圖中各流程的實(shí)施，在對(duì)故障進(jìn)行判斷時(shí)可以根據(jù)以下規(guī)則得出D—S診斷結(jié)果：

首先，要保證判定故障模式具有基本可信度分配。

其次，上述基本可信度分配必須大于不確定性基本可信度分配。

再次，判定故障類型基本可信度分配與其他基本可信度分配需要大于某一門閥。

最后，不確定性基本可信度分配要小于某一門閥。

結(jié)束語(yǔ)：

綜上所述，傳統(tǒng)的對(duì)電子電路故障進(jìn)行診斷的方式由于其固有的缺陷已經(jīng)無(wú)法適應(yīng)目前時(shí)代的發(fā)展，因此，將電子電路故障診斷與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)相融合已經(jīng)成為了目前行業(yè)內(nèi)發(fā)展的一個(gè)主要趨勢(shì)，通過(guò)對(duì)兩者的融合，故障診斷結(jié)果在準(zhǔn)確性及實(shí)時(shí)性方面都得到了有效的提高，由此可見，這一融合過(guò)程十分必要。

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作者簡(jiǎn)介：徐順，男，漢族，云南省宣威市，云南工商學(xué)院教師，研究方向：電子電路。