基于改进的emd方法的模拟电路故障诊断研究

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1、基于改进的EMD方法的模拟电路故障诊断研究王震李志华邵新添河海大学能源与电气学院摘要：文屮主要进行模拟电路故障特征提取与神经网络结合的故障诊断研究。提出改进的经验模态算法（EMD）的故障特征提取方法。先通过Pspicc获取电路中的可测输出节点的电压作为故障特征提取的数据，并导入到MATLAB中，然后将数据进行EMD分解得到多个包含原数据信息的内在模函数（IMF）,以此来构建有效的故障特征向量，进而将得到的故障特征向量送入BP神经网络构建训练集与测试集，最后完成故障诊断。从仿真结果得到，此方法获得了较高的故障诊断正确率。关键

2、词：模拟电路;故障诊断;经验模态；特征提取;神经网络;作者简介：王震（1992-）,男，硕士研究生，研究方向为雷达系统、模拟电路故障诊断。收稿日期:2017-03-24基金：江苏省自然科学基金（BK20151500）ResearchonanalogcircuitfaultdiagnosisbasedonimprovedEMDmethodWANGZhenL[Zhi-huaSHAOXin-tianSchoolofEnergyandElectricalEngineering,HohaiUniversity:Abstract：In

3、thispaper,thefaultdiagnosisofanalogcircuitfaultfeatureextractioncombinedwithneuralnetworkispresented.Animprovedempiricalmodedecompositionalgorithm(EMD)forfaultfeatureextractionisproposed.FirstthroughthePspiceitobtainsmeasurableoutputnodevoltageinthecircuitasfaultf

4、caturcdata,whichisimportedintoMATLAB,andthenthedataisdecomposedbyEMDtoobtainapluralityofdata,whichcontainstheoriginalinformationoftheintrinsicmodefunction(IMF),inordertobuildeffectivefaultfeaturevector,thenthefaultfeaturevectorissentintoBPneuralnetworktobuildthetr

5、ainingsetandtestset,finallyitcompletesfaultdiagnosis.Thesimulationresultsshowthatthismethodhasahigheraccuracyoffaultdiagnosis.Keyword：analogcircuits;faultdiagnosis;EMD;featureextraction;neuralnetwork;Received：2017-03-240引言模拟电路故障诊断是上世纪60年代开始发展起来的，得到了人们越来越多的重视。在现代社会

6、生活屮，电子设备或系统在军工、自动化控制、测量仪表、通信、航天等很多科学领域以及家用电器中的应用越来越普遍。模拟电路故障诊断中，最受人们重视的环节之一就是提取有效的故障特征量，受到了最广泛的研究。经验模态分解(EmpiricalModeDecomposition,EMD)自被提出,得到广泛的应用与研究，适合于非线性、非稳态的信号序列处理。对信号分解时，基函数取决于信号本身且是幅度可变，频率可变的正余弦函数，它是由信号分解中自适应得到的。因此，有很好的分解效果。但是由于经验模式分解算法在进行三次样条插值构造包络线时，不能精准

7、确定信号端点处极值点的情况，即端点效应问题，往往会对信号分解产生严重影响。1经验模态算法的研究背景EMD对于分析非线性、非平稳的信号有着广泛的意义，与一些传统的通过对信号做积分变换的方法相比，它是通过三次样条插值函数将原始信号不同尺度的波动或趋势信息分解成一组信号，这些信号是不同特征尺度的数据序列，每一个特征尺度的序列称为本征模函数。因为每一个本征模函数都含有原信号的局部信息，所以通过对每一个本征模函数进行的研究就可以达到对原复杂信号信息提取的目的。EMD的初步理论以及本征模态函数的概念由1998年NE.Huang等人提出

8、，同时也提出了希尔伯特谱及边际谱概念并阐述了EMD的完备性与正交性的问题。其中本征模态函数必须满足两点：仃）对于整个函数曲线，其局部极值点数目与过零点数目必须满足相等或者只相差一个的条件。（2）在任意吋刻点所对应的曲线，其局部最大值的上包络线与局部最小值的下包络线的平均值必须为零。本文的工作是将原信号用