模糊神经网络在模拟电路故障诊断中的应用

文/赵志立

近代电路理论发展至今，科

学家们获得了许多意想不到的成

就，其中在近代电路理论中占重

要地位的利用模糊神经理论对模

拟电路故障诊断就是科学百花园

中一朵灿烂的奇葩。大规模模拟

电路在今天的应用已经极其广泛，

但是由于其自身线路的原因，带

有非线性、容差性、复杂性等不

利因素，之前针对普通线路的一

般修复诊断方法已经无法满足当

前电路发展和工程建设的需要。

近年来，模糊神经网络这一个新

方法悄然出现，给模拟电路诊断

注入了新的生命力，不仅开辟了

新的诊断方式，更对电路故障诊

断具有重大意义。

摘 要

法回避，电子设备仪器精密、造价高，故障量

巨大接而导致的是维修和保养难度增加、耗费

加大。但为了电子设备能顺利运行，这些发费

又是必不可少的，所以采取有效的新方法势在

必行。

2 模糊神经网络故障诊断模型

2.1 模糊神经元设计

科学家们参考人类等动物的神经网络结

构，引入模糊神经元的设计，在庞大而复杂的

电路中，将传统的神经网络模糊化，利用原来

本有的神经网络结构，给与神经元分析信息的

能力。模糊神经元分为两种，一是采用模糊规

则直接构造神经网络；二是保持原有的神经网

络结构，让模糊化后的神经元和非模糊的神经

元既能反映神经元，又有模糊信息处理的能力，

即既可以输出又可以反馈。

2.2 设计模糊神经网络

模糊神经系统主要有三种结构，分别是

松散型结合、并联型结合、串联型结合3 种结

构模式，使用这三种结构构建出来的提供模糊

规则库，既可以进行模糊输入、又可以进行模

糊推理等工作。又因为电路系统具有连续量、

容差性的特点，无法建立模糊规则库。而用模

糊神经网络代替模糊规则库部分，就可以网络

中形成和存储模糊规则，便可以实现诊断。而

从网络的拓扑结构来分析，模糊神经和普通神

经并没有多大的区别，为了和模糊逻辑呼应，

模糊神经系统网络通常被称为模糊规则层，这

个层是进行模糊神经系统诊断的主要部分结构

之一。

3 模糊神经网络在模拟电路故障诊断中

的应用

3.1 故障字典法的使用

参考数字电路的诊断方法，修复人员们

发明了模拟电路的故障字典法，这是当今模拟

电路最具有实用性、效益性的修复模拟电路方

法。它包括直流和交流两种。修复之前必须做

测前工作，根据已经确定的故障集检索并找出

何时的信号的可测节点，由此方法收集出一套

所有电路节点的电压值，并储存得到一部对应

的模拟电路故障字典，根据已有的正常电压值

和故障时的电压值进行比较，就可以得到相应

的故障节点，发现位置并作出相应修复措施。

3.2 元件参数识别法的使用

要使用这个方法首先必须用方程解得所

有元件的参数值，设为正常情况下的参数值，

假如发生故障，则先测量元件的参数值，再与

之前设定的参数值进行对比，超过元件参数的

容差范围就说明这个元件发生故障，反之则是

正常工作的元件。此方法多用于软故障诊断，

但是由于电路规模越来越大，导致所需检测的

数量也比较大，工作了巨大，所以这个方法在

实际运用中仍比较少。

3.3 故障验证法的使用

此种方法需要修复人员熟悉电路故障的

常态，并富有经验，在故障发生时，首先预测

故障发生位置和故障电路，进行数据的测试收

集，对比自己的预测和数据之间的关系，如果

正是故障位置，则预测准确，进行修复，但如

果错误就必须不断重复此种方法，会耗费大量

时间延误修复的时效性。但是目前，大量学者

研究发现了K 故障诊断法、网络撕裂法等有

效的诊断方法，减少了预测的误差性，有效地

促进了维修工作。

4 结论

模糊神经网络为模拟电路诊断主要是准

确定位故障位置，修复故障电路，以保证电子

设备的正常运转。但由于模拟电路的连续性、

容差性等特征导致其容易发生故障，且故障是

极难修复的，因此许多的修复方法应运而生，

在已知的结构之中，激励信号和电路的响应来

确定故障的位置，模糊神经网络是当今研究的

热门课题之一，现代电子设备应用广泛，并且

已经到达了不可缺少的地位，电子设备的使用

使人类文明向前跨越了一大步，但是电子元件

却容易故障，耽误生产生活等方面工作的顺利

进行。随着科学技术的快速发展，其研究成果

已经初步展现，不仅对电子设备的维护和保养

具有重要意义，更是推动了信息化时代的发展，

对人类社会的不断进步发展具有重要的积极意

义。

参考文献

[1] 郭富强. 基于大规模模拟电路软故障诊

断[J]. 陕西理工学院学报（ 自然科学

版）,2014(04).

[2] 韩宝如. 基于集成模糊神经网络的容差

模拟电路故障诊断方法[J]. 现代电子技

术,2013(04).

作者简介

赵志立（1987-），男，江苏省南京市人，大

学本科学历。研究方向为电子科学与技术。

作者单位

南京模拟技术研究所 江苏省南京市 210016