某型雷达故障知识获取新方法

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1、第 9卷? 第 19期? 2009年 10月 1671?1819(2009) 19?5814?04?科 ? 学 ? 技 ? 术 ? 与 ? 工 ? 程 Science Technology and Engineering?Vol?9? No ?19? Oct . 2009 ? ?2009?Sci ? Tech?Engng ?某型雷达故障知识获取新方法丁国宝? 娄建安? 崔? 伟(军械工程学院电气工程系, 石家庄 050003)摘? 要? 针对雷达电路故障知识获取难度大, 提出了进行仿真获取故障知识的新方法, 利用三个关键策略解决了仿真工作量及自动建立故障集的问题。实验结果证实了所提方法的可行性

2、。提出的方法可以降低知识获取的工作量以及对专家的依赖性, 在一定程度上实现知识获取的?自动化 。关键词? 雷达? ? 故障诊断? ? PSPICE中图法分类号?TN955 ; ? ? ? ? 文献标志码?B2009年 6月 22日收到第一作者简介: 丁国宝 ( 1983!), 男, 吉林九台人, 硕士研究生, 研究方向: 装备故障诊断, 装备系统仿真。? 雷达设备是典型的复杂大型电子设备, 为解决新装备配备少、 装备训练损耗大、 技术资料少、 维修困难等问题, 提出了通过仿真获取故障知识的新方法。故障仿真技术能够对系统中的任意环节提供虚拟故障分析。本文在总结通过仿真获取故障知识过程的一般过程的

3、基础上, 提出了计算机自动获取雷达电路故障知识的方法, 利用 PSPICE作为故障仿真平台, 分析雷达系统故障, PSPICE的仿真功能强大使得该方法几乎适用于雷达所有电路当中。1? 通过故障仿真获得电路故障知识的一般步骤? 故障仿真技术目前主要应用于火箭、 卫星、 电网等造价高, 规模大, 系统结构复杂的难以实地测量或拆卸的系统。故障仿真可以对系统中的任意环节进行模拟故障分析, 最大的优点在于可以分析那些无法在实验台上再现的故障, 其获取的故障知识的一般的步骤如下:( 1)根据用户需要, 对需要获取的故障知识进行分析, 收集原始资料。( 2)对系统进行分解, 确定故障的行为条件, 明确诊断任

4、务。( 3)根据行为条件人为设置故障进行仿真。( 4)对仿真的输出进行处理, 提取典型的特征。( 5)将提取的典型特征和对应的故障行为条件送入故障知识库, 形成故障知识。目前, 通过仿真获取知识这个途径在雷达故障诊断的实际应用中没有受到足够的重视, 这是因为即使是仿真也需要专业人员来进行, 而且对于雷达这样的大型电子设备来说可能的故障太多, 仿真任务过重。但是, 如果前述的整个过程可以交给计算机自动处理, 尽量减少人工干涉, 那么该途径就能达到真正实用的程度 1。2? 雷达故障知识获取自动化方法策略研究2 . 1? 分治策略分治法是最著名的通用算法设计技术, 很多非常有效的算法实际上就是这个通

5、用算法的特殊实现。分治法的设计思想是: 将一个难以直接解决的大问题, 分割成一些规模较小的相同问题, 以便各个击破, 分而治之。在雷达故障知识获取的过程中, 我们不难发现, 任何问题所需的计算时间都与其规模有着直接的关系。电路的规模越小, 解题所需的时间往往也越少, 从而比较容易处理。要想直接解决一个大规模复杂电路的问题, 有时候是相当困难的。此时, 分治法将发挥重大作用 2。在分治法最典型的运用中, 问题规模为 n的实例被划分为两个规模为 n /2的实例。更一般的情况下, 一个规模为 n的实例被划分为 k个规模为 n /k的实例, 其中 a个实例需要求解 (a和 k是常量, a1 , k 1

6、)。为了简化分析, 我们假设 n是 k的幂, 则运算时间 T (n) = aT (n /k) + f(n)。其中 f (n)是一个函数, 表示将问题分解为小问题和将结果合并起来所消耗的时间。反复应用分治手段, 可以使子问题规模不断的缩小, 最终使子问题缩小到很容易求出其解。再加上 PSPICE高版本的功能强大, 集成度大大提高, 电路图绘制完成后可以直接进行电路仿真, 并且可以随时分析, 观察仿真结果。我们可以将 PSPICE仿真中的基本元器件可以分为三大类: 无源元件, 电源和半导体器件。国家标准和其它一些通用标准对这些类别的元器件定义了具体的失效方式 (故障模式 )及失效率。因此,仿真中的

7、任一元器件, 都可以按其类别在各类标准中查到它所有可能的行为条件, 然后利用 PSPICE程序对每一个行为条件进行计算, 并将计算结果利用特制的转换软件取出, 产生各可及节点的电压参数 3。收集了所有类别的可能行为条件的信息, 计算机就能自动定义仿真中任一元器件的所有可能行为条件并按照这些行为条件进行仿真, 从而达到分而治之的目的。2 . 2? 判定树方法来判断同级内元器件对系统的危害程度? 判定树是一棵二叉树, 它的每个内节点表示一个形如 x# y的比较。指向该节点左儿子的边相应于x y, 标号为 。每进行一次比较将耗费一个单位时间。对于一个特定的规模为 n的输入, 算法的操作可以沿着判定树

8、中一条从根到叶子的路径来完成, 这样, 一遍操作中的键值比较次数就等于路径中边的数量。因此, 在最坏的情况下, 比较的次数就等于该算法的判定树高度。如果将判定树算法与雷达电路划分层次的策略结合起来, 无疑将给故障知识的获取注入新的活力。电路按照其抽象功能被划分为系统级、 ( 分系统级 )、 模块级、 电路级、 分立元器件级, 每个电路抽象层的基本组成单元称为元素。在同一级的各个元素之间, 利用判定树算法对每个元素进行有效的判断。判定树的根结点表示第一次比较, 根据比较结果, 将控制转向它的两个儿子中的一个。这样一直比较下去, 直到到达一个叶结点, 也就是本级的最底层元素。算法所要求的结果在叶结

9、点处得到。图 1是对雷达电路中任意同级内的三个元素a, b , c进行排序的一棵判定树 (见图 1)。图 1? 对 a , b, c三个元素排序的判定树我们可以根据上面的例子来分析这个算法的平均性能。我们可以用这个算法的平均比较次数来表示树叶子的平均深度, 也就是从根到叶子的平均路径长度。上面例子的平均深度是 ( 2+ 3+ 3+ 2+ 3+ 3) /6= 8/3 4。2 . 3? 雷达系统电路各级之间的 F MECA分析故障模式、 影响及危害性分析是对装备故障的一项最为全面和基础的故障分析方法。在进行FMECA分析时应按照逐级计算的方法, 遵循分立元器件级、 电路级、 模块级、 系统级自下而

10、上的顺序进行分析, 这样不仅可以分析出各元器件对系统的影响, 还可以深刻地反映出各单元、 子系统对系统的影响。为了更加准确的分析雷达系统中各子系统的工作情况、 相互影响及相互依赖关系, 需要建立可靠性 ( RBD)方框图, RBD方框图表明各子系统之间可靠性的关系, 明确其故障对系统更高一层性能的581519期丁国宝, 等: 某型雷达故障知识获取新方法?影响 5。由于电子设备的 FMECA 分析方法相同, 下面以某型雷达电视监视器中的同步分离电路为例具体分析 (见图 2), 其原理是利用同步脉冲与图像信号具有不同电平的特点, 控制该级晶体管的基极直流电位, 进行幅度分离。同步分离电路的核心是晶

11、体管 BG5 , 当同步脉冲到来时, 三极管 BG5导通, 输出同步脉冲。C10 , R18 , R19为输入网路, 调节基极电平, 高于黑色电平的图像信号到来时, 三极管截止无输出。这样就起到了将同步脉冲从视频全电视信号中分离出来的作用, 即幅度分离 6。图 2? 同步分离电路原理图从可靠性意义出发, 作出电视监视器中的同步分离电路的方框图 (见图 3), 各元件均为串联结构,任何一个元件发生故障都将导致该单元误输出或无输出。元件危害度 cmj:cmj= ?p?mj mj。图 3? 分离电路 RGB图各种电子元器件的故障率 ?p可通过可靠性预计得到, 同时可以需要根据实际情况加以修正。故障模

12、式频数比 ?j表示元件将以故障模式 j发生故障的百分比, 该元件所有故障模式对应的 ?j值的总和等于 1 。故障影响概率 j是分析人员根据经验判断得到的, 它是系统以故障模式 j发生故障而导致系统任务丧失的条件概率。 j的值通常按如下规则进行定量估计: 系统任务实际丧失, j= 1 ; 系统任务很可能丧失, 0?1 j 1 ; 系统任务有可能丧失, 0j 0?1 ; 系统任务无影响, j= 0 。在此基础上, 采用逐级的计算方法, 首先计算出第 i个元件的各种故障模式对系统的危害度, 然后计算出各种元件对系统的危害度。例如: 电阻 R18, 有两种故障模式: 第一, 开路: 导致电路误输出,

13、系统任务可能丧失, j=0?1 , 故障模式频数比 ?j= 91?9 %, 故障率 ?p=0?275 % 10- 6, 则元件危害度 c m j= ?p?mj mj= 0?2572 ; 第二, 漂移: 导致电路误输出, 系统任务可能丧失,j= 0?001 , 故障模式频数比 ?j= 8?1 % , 故障率 ?p=0?275 % 10- 6, 则 元 件 危 害 度 c mj= ?p?mj mj= 0?000 02 。按照这种方法可以将 R19, R20, BG5的危害度值求解出来, 从而也就知道了各种元器件的危害度次序。采用同样的方法可以分别计算出雷达系统中各子系统及各单元的危害度, 当系统发

14、生故障时,应根据各子系统 FMECA分析的危害度大小次序进行分析, 直至最底层的元器件。3? 结论本文通过引进新的算法! ! 分治法、 判定树与PSPICE仿真软件进行结合, 对雷达系统电路进行深层次的分析, 并给出了具体的应用实例, 尽管上述实例是针对可及节点电路进行的故障分析, 存在一定的局限性, 但是随着电路故障仿真研究的不断深入发展, PSPICE的巨大开发潜质已越来越被广大的故障诊断专家所重视, 在很多故障诊断领域中获得应用。参? 考? 文? 献1? 段? 敏, 张锡恩. 基于仿真的通用模拟电路故障知识获取平台.计算机工程与设计, 2006; 27( 1): 129! 1312? 王

15、晓东. 算法设计与分析. 北京: 清华大学出版社, 20053? 祁士勇, 高洪涛. PSPI CE在模拟电路故障诊断中的应用. 科技资讯, 2008 ; ( 13):4? LevitinA. Introduce to the design and analysis of algorithms ,secondedition. 北京: 清华大学出版社(下转第 5824页 )5816科? 学? 技? 术? 与? 工? 程9卷subordinate is serial communication?The experi ment result shows that the principal and

16、subordinate mode syste mcan realize wheelchair? s various kinds ofmovements and the controlling effect is good?Key words ?electric powered wheelchair?C8051F020?DSP2407A ?direct current per manentmagnetmotor(上接第 5813页 )An Object TrackingM ethod Based on CharacterM atching in Video SequenceJI AO Bo, LIRan1( School of Info System and Management , NationalUniversity of Defense Techno logy , Changsha 410073 , P?R?China;The Third Eng ineerScientific R esearch I nst