本發(fā)明屬于模擬電路故障診斷技術(shù)領(lǐng)域，更為具體地講，涉及一種模擬電路模糊組識(shí)別方法。

背景技術(shù)：
模糊組定義為一組元件，對(duì)于被測模擬電路的測試方程沒有唯一解。通俗地講就是這組元件能產(chǎn)生相同的輸出。確定模擬電路的模糊組信息是進(jìn)行模擬電路測試性設(shè)計(jì)和故障診斷的首要任務(wù)。模糊組信息是由被測模擬電路特性決定的，與測試方法無關(guān)。目前模糊組識(shí)別方法主要有兩種。一種是通過對(duì)測試方程組(不同測點(diǎn)的傳輸函數(shù))進(jìn)行QR分解，判定模糊組信息。該類方法受到QR分解誤差的影響，隨電路規(guī)模變大，其精度急劇下降。另一種方法是對(duì)測試方程組進(jìn)行符號(hào)化表示，避免了QR分解誤差。其基本思想是首先建立所有測點(diǎn)上的傳輸函數(shù)方程組。模擬電路的傳輸函數(shù)方程組中的方程可以表示為：其中，p＝[p1,p2,…,pR]T表示潛在故障源參數(shù)向量，上標(biāo)T表示轉(zhuǎn)置，k表示方程數(shù)，即測點(diǎn)數(shù)目，l表示測點(diǎn)序號(hào)，s表示復(fù)頻率，m表示最大階數(shù)，nl表示分子的項(xiàng)數(shù)；bj(p)、bm(p)表示方程的系數(shù)，是p的多項(xiàng)式。對(duì)于方程組(1)中的每個(gè)方程，分別對(duì)各個(gè)故障源參數(shù)pr∈p進(jìn)行求導(dǎo)。得到如式(2)所示的矩陣B。被測電路的可測性指標(biāo)與矩陣B的秩相等，并且它是獨(dú)立于復(fù)頻率s的?？蓽y性矩陣B可以通過以下形式表示。其中和Bj,(j＝1,2,…,m-1)，是公式(1)中已計(jì)算出的故障診斷方程的系數(shù)。該系統(tǒng)的雅可比矩陣等同于矩陣B，如果B的秩等于未知參數(shù)的數(shù)目，則該元器件的值可以唯一地確定。如果測試性，即矩陣B的秩小于未知參數(shù)R的數(shù)量，則不是所有故障都能區(qū)分，矩陣的秩就反映了模糊組信息。符號(hào)分析法的計(jì)算相較于傳遞函數(shù)來說要容易很多，但是測試方程的分母中復(fù)頻率s的系數(shù)必須等于1，且仍然不能擺脫對(duì)傳輸函數(shù)的依賴關(guān)系。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種模擬電路模糊組識(shí)別方法，該方法無需傳輸函數(shù)，通過仿真得到的測點(diǎn)電壓即可得到模擬電路中各元件的圓方程，通過比較圓方程的特征參數(shù)即可識(shí)別出模糊組。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明對(duì)被測模擬電路中元件的電壓進(jìn)行理論推導(dǎo)，得出結(jié)論：對(duì)于每個(gè)故障源，在任意故障源參數(shù)下，在同一測點(diǎn)產(chǎn)生的電壓的實(shí)部和虛部均滿足同一個(gè)圓方程，通過比較每個(gè)故障源對(duì)應(yīng)的圓方程特征參數(shù)，即可判斷故障源是否能夠被區(qū)分。根據(jù)該結(jié)論提出本發(fā)明模擬電路模糊組識(shí)別方法，具體包括以下步驟：S1：對(duì)模擬電路進(jìn)行無故障仿真，得到測點(diǎn)t的無故障電壓j表示虛數(shù)單位；S2：令d＝1；S3：將第d個(gè)故障源元件的參數(shù)xd更改為xd1和xd2分別進(jìn)行仿真，得到測點(diǎn)t的故障電壓，分別記為S4：如果則令圓特征參數(shù)wd＝1、vd＝-Kd、rd＝0，否則求解如下方程組得到圓特征參數(shù)wd、vd、rd：S5：判斷是否d＝NF，NF表示故障源數(shù)量，如果是，進(jìn)入步驟S6，否則令d＝d+1，返回步驟S3；S6：比較每個(gè)故障源對(duì)應(yīng)的圓特征參數(shù)，將三個(gè)參數(shù)均相同的故障源歸為一個(gè)模糊組。本發(fā)明模擬電路模糊組識(shí)別方法，通過理論推導(dǎo)出模擬電路元件故障電壓所具有的一般特性：實(shí)部虛部滿足圓方程，根據(jù)該特性提出模糊組識(shí)別方法：對(duì)于各個(gè)故障源，先進(jìn)行無故障仿真得到測點(diǎn)的無故障電壓值，再在兩個(gè)故障條件下進(jìn)行仿真得到兩個(gè)故障電壓值，根據(jù)三個(gè)電壓值求解圓方程組得到圓特征參數(shù)，比較每個(gè)故障源對(duì)應(yīng)的圓特征參數(shù)，將三個(gè)參數(shù)均相同的故障源歸為一個(gè)模糊組。本發(fā)明無需傳輸函數(shù)，其實(shí)現(xiàn)方法簡單，并模糊組識(shí)別結(jié)果與測試方法無關(guān)，精度與傳輸函數(shù)和符號(hào)分析法相同。附圖說明圖1是模擬電路圖；圖2是圖1所示模擬電路的等效電路圖；圖3是圖1所示模擬電路的電壓源作用示意圖；圖4是圖1所示模擬電路的故障源作用示意圖；圖5是本發(fā)明模擬電路模糊組識(shí)別方法的具體實(shí)施方式流程圖；圖6是實(shí)施例中模擬電路示意圖；圖7是根據(jù)表1中圓方程特征參數(shù)繪制得到的各故障源對(duì)應(yīng)的特征圓。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行描述，以便本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明。需要特別提醒注意的是，在以下的描述中，當(dāng)已知功能和設(shè)計(jì)的詳細(xì)描述也許會(huì)淡化本發(fā)明的主要內(nèi)容時(shí)，這些描述在這里將被忽略。為了更好地說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容和發(fā)明點(diǎn)，首先對(duì)本發(fā)明的理論推導(dǎo)過程進(jìn)行說明。圖1是模擬電路圖。如圖1所示，模擬電路N由獨(dú)立電壓源激勵(lì)。表示選定測點(diǎn)上獲得的電壓相量，x為無源元件。根據(jù)替代定理，x可以被替換為與其端電壓相同的獨(dú)立電壓源，得到等效電路。圖2是圖1所示模擬電路的等效電路圖。根據(jù)戴維寧定理，有：其中，是圖2中a和b端口開路電壓相量；Z0是a和b之間的戴維寧阻抗值，Zx為元件x的阻抗值。根據(jù)戴維寧定理，和Z0的值獨(dú)立于Zx，且僅由無故障元件參數(shù)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)確定。圖2中與圖1中是相等的。圖2中，模擬電路N由和共同激勵(lì)。根據(jù)疊加原理，圖2中的電壓等于和單獨(dú)作用時(shí)輸出電壓的代數(shù)和。圖3是圖1所示模擬電路的電壓源作用示意圖。圖4是圖1所示模擬電路的故障源作用示意圖。如圖3和圖4所示，電壓源和故障源單獨(dú)作用時(shí)，輸出電壓分別用和表示，根據(jù)疊加原理有：其中，H′(jω)和H″(jω)分別為電源端口和元件x所在端口到輸出端口的傳遞函數(shù)，且與元件x的參數(shù)值無關(guān)。將公式(4)代入公式(5)，消去經(jīng)過化簡得到輸出電壓對(duì)故障源阻抗值Zx的函數(shù)關(guān)系如下：從上式可以得到戴維寧等效阻抗Z0與Zx的關(guān)系如下：不失一般性，將每個(gè)相量用直角坐標(biāo)表示：其中，j是虛數(shù)單位。因?yàn)镠′(jω)、H″(jω)和Z0都獨(dú)立于Zx，所以R0、X0、α和β也獨(dú)立于Zx。將(8)式代入(7)式得到：假定元件x是電阻，記Zx＝Rx，根據(jù)式(9)兩邊實(shí)部和虛部相等，得到：聯(lián)立(10)中的兩個(gè)方程消掉Rx，得到如下式公式：消掉(11)式中的分母，不難推出：由于假定戴維寧等效電壓為電源產(chǎn)生的輸出電壓為故障電路的輸出電壓實(shí)部和虛部可以如下表示：將式(13)代入式(12)，得到下式：式(14)可以表示為：(Uor-w)2+(Uoj-v)2＝r2(15)其中，式(15)表示Uor-Uoj平面上圓心為(w,v)半徑為r的圓方程。由于R0，X0，α和β獨(dú)立于x的值，因此w和v也獨(dú)立于元件x。即無論元件x的參數(shù)取何值，式(15)總是成立，即對(duì)于每個(gè)故障源，在任意故障源參數(shù)下在同一測點(diǎn)產(chǎn)生的電壓的實(shí)部和虛部均滿足同一個(gè)圓方程。因此，圓方程(15)是可以同時(shí)應(yīng)用于軟故障和硬故障的故障模型。且與測試方法無關(guān)。以上結(jié)論是假定故障源(元件x)為電阻獲得的，如果故障源是電容或者電感，可以推導(dǎo)得到相同結(jié)論。當(dāng)被測電路無故障，輸出電壓為其實(shí)虛部分別表示為和由于式(15)獨(dú)立于元件x的參數(shù)，所以和一定滿足該式，即所有故障源的特征軌跡都經(jīng)過點(diǎn)根據(jù)以上分析可知，對(duì)于被測模擬電路的同一個(gè)測點(diǎn)，在不同元件故障條件下，即不同故障源條件下，測點(diǎn)測得電壓的實(shí)部和虛部各自對(duì)應(yīng)一個(gè)圓方程。那么通過比較每個(gè)故障源對(duì)應(yīng)的圓方程特征參數(shù)，即可判斷故障源是否能夠被區(qū)分，即如果兩個(gè)故障源條件下得到圓方程的三個(gè)特征參數(shù)有一個(gè)及以上不同，那么這兩個(gè)故障源屬于不同模糊組，如果三個(gè)特征參數(shù)完全相同，則屬于同一個(gè)模糊組。根據(jù)以上理論推導(dǎo)得到的結(jié)論，就可以對(duì)模擬電路的故障源進(jìn)行模糊組識(shí)別。但是在實(shí)際情況下，圓方程(15)的顯示表達(dá)式較難獲得，因此本發(fā)明提出通過模擬電路仿真來得到圓方程特征參數(shù)。眾所周知，兩點(diǎn)確定一條直線，三點(diǎn)就能確定一個(gè)圓(方程)。因此，只需要對(duì)故障源進(jìn)行三個(gè)不同故障源的元件參數(shù)的仿真就能算出它對(duì)應(yīng)的圓方程的三個(gè)特征參數(shù)。如果仿真得到的三個(gè)故障電壓處于一條直線上，那么對(duì)應(yīng)的故障特征可以表達(dá)為某一斜率的直線，否則就由式(15)確定。圖5是本發(fā)明模擬電路模糊組識(shí)別方法的具體實(shí)施方式流程圖。如圖5所示，本發(fā)明模擬電路模糊組識(shí)別方法包括以下步驟：S501：無故障仿真：對(duì)模擬電路進(jìn)行無故障仿真，得到測點(diǎn)t的無故障電壓S502：令d＝1。S503：故障源故障仿真：將第d個(gè)故障源的元件參數(shù)xd更改為xd1和xd2分別進(jìn)行仿真，得到測點(diǎn)t的故障電壓，分別記為參數(shù)xd1和xd2是根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置的，一般設(shè)置xd1＜xd，xd2＞xd。S504：計(jì)算圓特征參數(shù)：如果則令圓特征參數(shù)wd＝1、vd＝-Kd、rd＝0，否則求解如下方程組得到圓特征參數(shù)wd、vd、rd：S505：判斷是否d＝NF，NF表示故障源數(shù)量，如果是，進(jìn)入步驟S506，否則令d＝d+1，返回步驟S503。S506：比較每個(gè)故障源對(duì)應(yīng)的圓特征參數(shù)，將三個(gè)參數(shù)均相同的故障源歸為一個(gè)模糊組。即具有不同參數(shù)的元件是可區(qū)分的。具有相同參數(shù)的元件在當(dāng)前測點(diǎn)下是不可區(qū)分的。實(shí)施例為了說明本發(fā)明的實(shí)施過程與效果，以一個(gè)實(shí)際電路為例進(jìn)行仿真驗(yàn)證。圖6是實(shí)施例中模擬電路示意圖。如圖6所示，本實(shí)施例中的模擬電路為一個(gè)帶通濾波電路，測點(diǎn)t為元件R1和元件R2、C1之間的節(jié)點(diǎn)。首先對(duì)電路進(jìn)行無故障仿真，得到測點(diǎn)t的無故障電壓為依次對(duì)每個(gè)故障源進(jìn)行兩次故障仿真。然后根據(jù)無故障電壓和故障電壓計(jì)算得到各故障源對(duì)應(yīng)的圓方程特征參數(shù)。以第1個(gè)故障源電阻R1為例，其正常電阻值為20kΩ，本實(shí)施例的故障仿真中將其兩次故障仿真的電阻值分別設(shè)為10kΩ和40kΩ，測點(diǎn)t測得的故障電壓分別為由于三點(diǎn)不在一條直線上，即：因此將仿真得到的電壓代入式(16)計(jì)算電阻R1的圓方程特征參數(shù)。表1是實(shí)施例中模擬電路各故障源的故障仿真輸出電壓和模型參數(shù)表。表1圖7是根據(jù)表1中圓方程特征參數(shù)繪制得到的各故障源對(duì)應(yīng)的特征圓。如圖7所示，所有故障源對(duì)應(yīng)的特征圓均經(jīng)過無故障電壓圖7中有6個(gè)不同的圓，說明本實(shí)施例中的7個(gè)故障源被分為了6個(gè)模糊組，其中電阻R4和電阻R5有相同的特征圓，屬于一個(gè)模糊組，其他元件各屬于一個(gè)模糊組。表2是本實(shí)施例的模糊組信息。模糊組故障源圓特征參數(shù)(w、v、r)1R1(0.5000,0.1768),0.53042R2(0.4281,0.0791),0.43533R3(0.2952,-0.4046),0.19024R4,R5(-0.4296,-1.0800),1.16275C1(0.3574,-0.1687),0.22096C2(0.4096,-0.1079),0.2549表2根據(jù)傳輸函數(shù)和符號(hào)分析法對(duì)本實(shí)施例中的模擬電路進(jìn)行模糊組識(shí)別，其結(jié)果和表2中所示結(jié)果一致?？梢?，本發(fā)明方法的精度與傳輸函數(shù)和符號(hào)分析法相同，但是本發(fā)明的優(yōu)勢在于無需使用傳輸函數(shù)，其實(shí)現(xiàn)方法簡單，并模糊組識(shí)別結(jié)果與測試方法無關(guān)。盡管上面對(duì)本發(fā)明說明性的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，以便于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員理解本發(fā)明，但應(yīng)該清楚，本發(fā)明不限于具體實(shí)施方式的范圍，對(duì)本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，只要各種變化在所附的權(quán)利要求限定和確定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，這些變化是顯而易見的，一切利用本發(fā)明構(gòu)思的發(fā)明創(chuàng)造均在保護(hù)之列。