基于LabVIEW及小波变换的电路系统故障诊断

中北大学信息探测与处理山西省重点实验室 迟珊珊 李 凯 杨晓虹 王含蕾



基于LabVIEW及小波变换的电路系统故障诊断

中北大学信息探测与处理山西省重点实验室 迟珊珊 李 凯 杨晓虹 王含蕾

【摘要】针对目前电路系统故障复杂、维修难度大等问题，设计了一种基于LabVIEW及小波变换的电路系统故障诊断方式。经实验探究，该方法能够有效的诊断出电路系统的故障，诊断率高，操作方便，具有很好的应用前景。

【关键词】故障诊断；小波变换；虚拟仪器；电路系统

0 引言

随着电子技术的迅速发展，电子设备印制电路板（PCB）功能更加强大，随之而来的是结构也越来越复杂，因而对电路板的故障诊断技术就提出了更高的要求[1]。据统计，在电子设备中有80%以上的故障来自模拟电路，随着模拟电路密集和复杂程度不断加强，可能出现的故障也越来越多[2]。如果能在方案设计初期对电路设计的正确性和稳定性进行验证，剔除可能存在的故障隐患，就能提高电路的稳定性，并在很大程度上帮助设计者提高设计水平。

本文提出了一种基于LabVIEW及小波变换的诊断方式。

1 基于小波变换的故障诊断

模拟电路的故障诊断可以看作是一种故障的识别分类。本文所述的故障诊断方法主要有两个过程：样本学习和实际诊断[3]。样本学习是将电路可能出现的故障作为样本，输入进经过拓扑结构设计的神经网络，然后对网络进行训练；实际诊断是把未知的故障状态输入进已经训练完毕的神经网络进行识别。

小波变换是法国物理学家J.Morlet在1974年提出的[4]，是一种全新的时频分析法。从滤波的角度看，正交小波分解信号是通过一个高通和一个低通滤波器进行滤波，低通实现函数的逼近，高通实现函数的细节抽取。

定义一个函数Ψ(x)：

本文采用二进制小波变换提取各频带小波系数绝对值之和作为故障特征，其过程如下：

（1）对电路中的响应信号进行N层多分辨分解，得到一个低频小波系数序列{li}，i=1，2，…，n。

（2）对低频序列和各层高频小波序列进行绝对值求和：

式中，n为低频序列的分量个数。

（3）以低频系数序列和各层高频系数序列绝对值之和构成小波特征向量：

2 实例分析

本文以一个两级放大电路的故障诊断为例，其主电路电路图如图1所示。

图1 两级放大电路

首先利用LabVIEW构建虚拟仪器平台，再通过数据采集卡进行数据的采集。采用LabVIEW对Multisim仿真软件进行调用，通过仿真测试得到仿真数据。再利用小波变换，对采集到的数据进行处理及分析，从而完成故障诊断。

采用小波变换，其核心是模式识别，主电路的故障诊断相当于一个模式识别与分类，主要步骤为对电压信号进行采样，然后采用小波包变换提取各频段的能量故障特征，再经由BP神经网络，最后完成诊断输出。

再采用训练函数trainlm利用Levenberg-Marquardt算法对网络进行训练，设置适当的训练次数与性能误差，对已建立的神经网络进行训练。训练结果显示，训练达到一定次数后，小波神经网络刚好收敛于期望输出，这时误差远未达到0.01。可见，此小波变换方法训练时间短，收敛速度快。

3 小结

本文主要提出了一种基于LabVIEW及小波变换的诊断方法。实验结果表明，此方法准确率和精确度较高，能够满足现在对故障诊断精度的要求。随着电子技术的复杂性与技术性的不断提高，电路故障的检测显得越来越重要，也必将在电子技术的发展过程中有一定的发展前景。

参考文献

[1]臧大进,曹云峰.故障诊断技术的研究现状及展望[J].西安文理学院学报:自然科学版,2011,14(1):33-39.

[2]周鹏,许钢,马骁瑜,等.精通LabVIEW信号处理[M].北京:清华大学出版社,2013.

[3]左昉,胡仁喜,闫聪聪,等.LabVIEW 2013中文版虚拟仪器从入门到精通[M].北京:机械工业出版社,2014.

[4]钟建林,何友,王红星.基于多频小波分析和D.S推理的电路故障诊断[J].电工技术学报,2010,25(8).

迟珊珊（1990－），女，黑龙江哈尔滨人，硕士研究生，主要研究方向：通信与信息系统。

作者简介：