孫玖明+董超

摘 要：本文從兩個方面概述電子電路的故障，包括對電子電路故障開展檢測和分析的必要性以及自動化故障診斷技術(shù)在電子電路故障分析中的應(yīng)用。重點探討了電子電路故障分析理論以及應(yīng)用，包括基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本理論和故障診斷應(yīng)用、小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、量子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方面。以期為相關(guān)的理論研究和具體的實踐工作提供一定的借鑒。

關(guān)鍵詞：電子電路；故障

隨著電子工業(yè)以及電子電路系統(tǒng)集成技術(shù)的發(fā)展，電子電路的復(fù)雜性也隨之提升。因此，在對相關(guān)的電子電路設(shè)備進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng)的過程中，需要花費更多的時間、精力以及資金。開展電子電路故障分析，能夠?qū)I(yè)生產(chǎn)以及國民生活的方方面面產(chǎn)生重要的積極意義。在這個背景下，研究電子電路的故障分析的諸多問題，具有重要的現(xiàn)實意義和價值。

一、電子電路的故障概述

（一）對電子電路故障開展檢測和分析的必要性

隨著當(dāng)今電力電子技術(shù)的廣泛運用，各類高性能的電子電路設(shè)備和相關(guān)產(chǎn)品逐漸涌現(xiàn)，促進(jìn)對于設(shè)備維護(hù)性要求的提升。當(dāng)電子電路設(shè)備出現(xiàn)故障卻沒有得到及時的診斷和恢復(fù)時，一系列嚴(yán)重的后果會由此引發(fā)，輕則發(fā)生停機(jī)故障，重則威脅設(shè)備操作和檢修人員的生命安全，帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。因為電子電路設(shè)備在工程系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用，充當(dāng)電源以及控制器等核心角色，尤其是對于航空航天設(shè)備這種對于電子電路設(shè)備要求較高的應(yīng)用領(lǐng)域來說，必須定期進(jìn)行電子電路的自動化測試和診斷，開展必要的修復(fù)工作。除此之外，當(dāng)電路發(fā)生故障時，人工診斷技術(shù)的劣勢逐漸顯現(xiàn)出來，比如即時性弱、診斷精度低等。在對電子電路的故障進(jìn)行檢修、調(diào)試和替換的過程中無法發(fā)揮出獨特的優(yōu)勢。在這個背景下，自動診斷技術(shù)應(yīng)運而生，能夠很好地彌補(bǔ)人工診斷技術(shù)的不足。所以，針對先進(jìn)的自動故障診斷技術(shù)進(jìn)行深入的研究和應(yīng)用，已經(jīng)引起了世界范圍內(nèi)的關(guān)注。

（二）自動化故障診斷技術(shù)在電子電路故障分析中的應(yīng)用

對于電子電路中電路元件較多的情況，比如在某些新型靜止無功發(fā)生裝置中，存在數(shù)十個晶閘管，如果采用人工診斷方法，又費時又費力。自動化故障診斷技術(shù)的發(fā)展能夠?qū)崿F(xiàn)人力物力的大幅度節(jié)省。對于對電子電路設(shè)備可靠性以及容錯的要求較高的應(yīng)用領(lǐng)域來說，電子電路需要具備自測試、自診斷以及自我修復(fù)的功能。以上種種需求需要技術(shù)人員進(jìn)行電子電路工作狀態(tài)的動態(tài)在線監(jiān)視，進(jìn)行電子電路狀態(tài)的實時測試和診斷。當(dāng)某部分的電路發(fā)生故障時，自動診斷技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)在不對電路中其他部分的運作造成不利影響的基礎(chǔ)上，進(jìn)行故障的隔離定位以及修復(fù)，并且在以上流程結(jié)束后繼續(xù)投入使用。與此同時，在進(jìn)行在線故障診斷時，對故障所在的部位以及性質(zhì)進(jìn)行快速分析能夠?qū)崿F(xiàn)電子電路運行停機(jī)時間的有效縮短。在有利樂觀情況下，還有望進(jìn)行容錯電力電子系統(tǒng)的建立，實現(xiàn)系統(tǒng)可靠性的提升。

二、電子電路故障分析理論以及應(yīng)用

（一）基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本理論和故障診斷應(yīng)用

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在電子電路故障分析中的應(yīng)用主要遵循以下的流程。首先，在電子電路基本信息的基礎(chǔ)上進(jìn)行常見故障類型的分析。其次，將這些常見的故障類型以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)的形式進(jìn)行樣本輸出。再次，根據(jù)以上常見的故障類型，進(jìn)行電路相應(yīng)故障信號的提取，并且對以上提取的信號進(jìn)行相關(guān)的預(yù)處理，成為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的輸入樣本。最后，以網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行存儲電路故障信號以及故障類型之間映射關(guān)系的學(xué)習(xí)和存儲。并且利用相關(guān)的學(xué)習(xí)規(guī)則，對樣本開展訓(xùn)練，實現(xiàn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)值的獲取，最終將結(jié)果傳送到執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及顯示設(shè)備。在整個過程中，故障特征的提取以及預(yù)處理、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計是其中的兩個重要環(huán)節(jié)。

在對故障特征進(jìn)行提取的過程中，對于故障電路狀態(tài)信號的分析和處理以及預(yù)處理是主要的內(nèi)容。技術(shù)人員需要對獲取的電子電路故障的測試數(shù)據(jù)進(jìn)行分類和壓縮，這個過程需要遵循一定的規(guī)則。在對故障特征以及電路不同故障狀態(tài)下的統(tǒng)一故障特征進(jìn)行提取的時候，因為這個特征與故障狀態(tài)不存在相關(guān)關(guān)系，所以能夠?qū)崿F(xiàn)故障特征提取流程的簡化以及計算量的減少，大幅提升故障診斷速度。這個流程中蘊(yùn)含的基本步驟如下：首先，對故障電路進(jìn)行激勵。其次，采取合適的方法對電路的相應(yīng)響應(yīng)信號進(jìn)行測量。最后，預(yù)處理特征信號，實現(xiàn)從測量空間到特征空間的轉(zhuǎn)化。

（二）基于小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本理論和故障診斷應(yīng)用

從目前的電子電路故障分析實踐來看，對于線性系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測以及故障診斷而言，已經(jīng)有了很多較為科學(xué)合理的方法。但是，對于非線性電子電路系統(tǒng)故障分析來說，相關(guān)狀態(tài)監(jiān)控的方法較為有限，仍然需要進(jìn)一步探索。隨著人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)故障分析技術(shù)的發(fā)展，小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也應(yīng)運而生，能夠發(fā)揮對任意函數(shù)以及信號的有效逼近功能，實現(xiàn)非線性電子電路故障診斷以及實時監(jiān)控有效性的提升。但是，雖然小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)存在故障診斷率高等眾多優(yōu)勢，但是在外界噪聲提升的環(huán)境下，小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障分析系統(tǒng)的誤診斷率也會隨著提升。這對于某些要求較為苛刻的應(yīng)用領(lǐng)域來說，適用性不高。

（三）基于量子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本理論和故障診斷應(yīng)用

雖然人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)得到了長足的發(fā)展，但是當(dāng)故障模式之間存在著交叉數(shù)據(jù)的模式識別問題時，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢就無法充分發(fā)揮出來，誤診斷率較高。在這個背景下，將相關(guān)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的知識與量子計算理論相結(jié)合，具有十分開闊的發(fā)展前景。

量子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是量子計算與經(jīng)典神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的產(chǎn)物。在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)中融合量子計算理論，并且在訓(xùn)練過程中盡可能滲透這個理論?；蛘撸谶M(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及訓(xùn)練算法的設(shè)計時，直接進(jìn)行量子理論中某些原理以及概念的借用。以上兩種策略能夠?qū)崿F(xiàn)特征向量以及故障類型之間對應(yīng)關(guān)系的精確反映，提升故障診斷效率和正確率，降低誤診率。

三、總結(jié)

從我國目前的電子電路的故障分析實踐來看，相關(guān)理論的應(yīng)用情況得到了一定的提升，但是在非線性電路以及容差電路的故障診斷方面仍存在一定的缺陷，需要相關(guān)技術(shù)人員做出更為深入的探討和研究。

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