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一、概述
現代化工業技術發展突飛猛進，現代工業自動化程度越來越高，系統規模也越來越大，簡單控制系統已經不能達到工業生成的需求，大規模、綜合性、復雜的自動化系統運用越來越廣[1]。自動化設備和系統結構的日益復雜和集成化，使得系統發生故障的機率也增加，故障的產生會毀壞設備，影響系統正常運轉，甚至造成人員傷亡。國內外由于設備故障所引起的設備損壞、鍋爐爆炸、道路塌陷，不僅造成經濟損失也造成人員傷亡，社會影響及其惡劣。為了達到以人為本同時維護經濟的目的，可以加強系統的穩定性、可靠性、魯棒性和安全性，但任何設備都不可能無限期使用，這就需要防患于未然，因此故障檢測技術應運而生。
二、故障檢測重要性
故障檢測技術是是一門多學科融合交叉性學科[1]，如：信號提取則依賴于傳感器及檢測技術；信號降噪離不開信號處理技術；狀態估計和參數估計方法以系統辨識理論為基礎；魯棒故障診斷涉及到魯棒控制理論知識；此外數值分析、概率與數理統計等基礎學科也是故障檢查和診斷不可缺少的方法。多門學科知識的支撐確保了故障診斷技術的迅速發展，在工業領域也應用廣泛，如化工生產、冶金工業、電力系統、航空航天、機器人等生產的各個領域。
三、故障檢測技術經濟效益
數據顯示[2]，故障檢測技術與經濟發展息息相關，對故障檢測技術的研究與發展越來越多，在工業生產中也得到了應用和推廣。通過故障診斷技術的推廣，大大降低了設備維修費用，各國在故障診斷技術上的投入也逐漸增加。日本對故障檢測與診斷技術的投入占其生產成本的5.6%，德國和美國所占比例分別為 9.4%和7.2%。在冶金工業生產中，我國每年承擔的設備維修的費用就高達 250 億元，金額龐大，然而如果應用故障檢測與診斷技術，每年可以減少事故發生率同時也能節約 10%～30%的維修費用。因此故障檢測能帶來經濟效益，不容小覷。
四、故障檢測的分析方法
（一）狀態估計法
狀態估計法一般分為兩步：首先求取殘差，再從殘差數據中提取故障特征從而實現故障診斷。目前狀態估計法的故障檢測診斷方法方興未艾，如H2估計[3]、魯棒故障檢測與反饋控制的最優集成設計方法[4]等。
（二）等價空間法
低階的等價向量在實現過程中較易實現但性能不佳，而高階的等價向量能夠得到較理想的性能參數，但以較大的計算量和計算時間為代價。為了解決上述問題，文獻[5]采用窄帶IIR濾波器運用于等價空間法中，在幾乎不改變計算量的前提下，提高系統檢測性能，但此方法會產生較高的漏報率。
（三）參數估計法
參數估計法是因為模型參數和相應的物理參數的特點不同，分別統計這兩類參數的變化特性來分析和確定故障。物理參數攜帶重要的信息，具有物理含義，因此，可以分析物理參數的特點，如果異?？梢源_定故障位置。與狀態估計法比較，參數估計法能更有效的故障確定。參數估計法研究越來越豐富，故障診斷方法新成果倍出[6]。
（四）熱門的分析方法
（1）小波分析技術
小波分析由于具有時頻域局部化特性[7]，可任意調節時間窗和頻率窗，因此突變信號能夠檢測出來。但是，小波基選取一直是在小波信號分析沒能解決的問題，也是研究的一個難點，針對同一信號采用不同的小波基進行分析其分析結果往往不同。通過小波分析可以檢測信號的奇異點，在信號降噪和信號分析中應用廣泛。小波變換是結合時域和頻域的分析方法，特征提取方便，在故障檢測中應用較廣。小波分析對單一的故障源檢測效果明顯，但較復雜情況，如多故障源效果不佳。
（2）神經網絡技術
神經網絡技術是根據模式識別理論，采用分類器理論，用神經網絡進行故障分析和診斷。采用人工神經元網絡進行故障診斷一般有四種方式[8]：神經元網絡計算殘差；神經元網絡分析殘差；神經元網絡進一步分析確定故障點；神經元網絡自學習過程進行自適應誤差補償。
（3）小波包分析和神經網絡結合技術
用有限元法建立系統動力學模型[9]，再根據系統采集信號進行小波包分解，建立基于小波包能量譜指標。把信號指標作為改進BP神經網絡的輸入特征參數，用分步識別方法進行識別。
（五）展望
故障檢測技術運用廣泛，用單一方法進行處理存在準確度和精確度的問題，因此可以考慮多學科技術結合的方法，進一步提高準確度和精確度。
參考文獻：
[1] 周東華， 胡艷艷. 動態系統的故障診斷技術. 自動化學報. 2009， 35（6）.
[2] 周福娜. 基于統計特征提取的多故障診斷方法及應用.[博士學位論文].上海：上海海事大學， 2009.
[3] Fadali M S， Colaneri P， Nel M. H2robust fault estimation for periodic systems[C]MProc. American Control Conference，Denver， Colorado，2003： 2973-2978.
[4]鐘麥英，張承慧， Ding S X.一種魯棒故障檢測與反饋控制的最優集成設計方法[J].自動化學報， 2004， 30（2）： 294-299.
[5] Ye H， Wang G Z， Ding S X. An IIR filter based parity space approach for fault detection[C] Proc. the15th IFAC World Congress， Barcelona，2002.
[6] Abidin M S Z， Yusof R， Kahlid M， et al. Application of a model based fault detection and diagnosis using parameter estimation and fuzzy inference to a DC-servomotor[C] Proc.2002 IEEE International Symposium on Intelligent Control， Vancouver， Canada，2002：783-788.
[7]李青鋒，繆協興，徐余海.連續復小波在工程檢測數據處理中的應用[J].中國礦業大學學報，2007，36（1）：22-26.
【關鍵詞】暖通空調系統；故障檢測；故障診斷；類型
一、暖通空調系統故障類型
暖通空調系統的故障大體可分成兩大類：硬故障和軟故障，既有局部性也有全面性，對整個HVAC系統的影響大小也不盡相同。硬故障是指機械設備和運轉部件完全喪失功能所產生的故障，例如皮帶斷裂、傳感器失效、閥門不受控制和風機停止運行等故障。從故障產生時間的角度分析，這些故障應當歸為突發故障，且故障影響效果比較嚴重，所以檢測和診斷的難度系數不大。軟故障的實質是說設備和部件的機械功能降低或局部失效等，比如部件或管道結垢、堵塞，局部泄露、儀表穩定性降低等等。軟故障基本都是循序漸進的，在產生的最初時期所表現的特征不太明顯，因此在初級階段很難被發現，實際上，這類故障的產生是因為系統參數漸漸惡化，從某方面或者某種角度來講，軟故障的危害性要遠遠大于硬故障的危害性，所以，軟故障的監測力度要適當加強，并且要做好預防工作，其對空調系統的意義和作用是不言而喻的。
暖通空調在運行一段時間之后，系統故障的產生一般都是偶然且不確定的，所以，故障的屬性具有任意性，且發展情況與平衡過程具有隨機性。從HVAC系統整個結構入手分析，所涉及的設備都是由子設備和基礎構件按照一系列的標準組合而成的，層次性和系統性極強，所以故障產生時就會因為層次深度的不一樣而造成不一樣的影響。除此之外，考慮到系統是由多個相關的子設備綜合而成的，一些子設備發生故障也可能是因為其相關環節或者設備產生故障而引發的，這種現象稱為故障的傳導性。根據系統故障產生的位置不一樣，既可以說是設備故障也可以說是傳感器故障，既可以說是硬故障也可以說是軟故障，因為這些故障參雜在一起很難分辨，所以空調系統的診斷和檢測就十分的復雜。
二、暖通空調系統故障檢測與診斷分析
1、暖通空調系統診斷方法
暖通空調故障診斷方式主要有兩種：一種是在線方式，即故障診斷系統實時地監測設備的工作狀態，基于適時的在線故障檢測與診斷算法，給出系統的故障信息，包括故障程度、故障所屬模塊、故障位置、故障報警等。另一種是離線方式，即構建計算機輔助決策支持系統，幫助系統迅速發現故障，制定合理有效的系統維修方案。
（1）基于知識的專家系統
建立專家系統診斷模塊，包括專家系統知識故障診斷庫，并可根據經驗和知識的積累以及在獲得了新的、可靠的故障診斷規則時或發現原有某條規則不足甚至錯誤時，能自動進行添加、修改和更新。 專家系統診斷模塊由知識獲取系統、知識庫、推理機和輸人、輸出系統構成。
（2）基于規則的故障樹
利用專家知識、工程師的經驗和知識庫建立基本故障診斷樹，并可生成新的故障診斷樹，用戶則選擇相適應的故障診斷樹來執行故障診斷。
故障樹分析是在復雜系統中作故障診斷的一種有力工具。用這種方法診斷的效率較高且不容易漏檢，例如該模塊能根據系統故障現象，逐次向下展開，查詢有關的節點和樹枝，直到找出故障的發生原因及處理對策。
（3）基于人工神經網 B P改進算法的模式識別
該模塊由 B P改進算法的網絡、網絡結構參數及推理診斷等組成，主要用于完成模式識別和故障診斷。專家系統診斷與故障樹診斷兩種方法的相互結合，可以有效地解決過去已發生過的各種故障的診斷；但對于以前沒有發生過的故障，不具備處理能力，因為知識庫中缺乏相應的診斷知識。采用人工神經網絡（ A N N） 模式識別技術是一種較好的方案。它根據新的樣本進行自動學習和訓練以更新故障診斷知識，并可添加到專家系統知識庫中。A N N的故障初始樣本來自已有的故障實例，這些實例可通過故障機理分析或專家經驗獲得，此外還可在應用中逐步添加、刪除和更新。
2、故障檢測與診斷的應用
隨著科技的進步，現在的故障檢測和診斷手段嵌入了動態的控制系統體系，完善了檢測和診斷的技術。制定一些模型數值或者一些經驗數據，當傳感器測量得到的實際運行過程中的參數和由模型得到的計算值在診斷軟件中進行對比和評估，它們之間的差值作為傳送的數據，送到故障診斷分析其中的問題，如果這個差值逐漸的增大時，就說明了這個系統發生故障的可能性就會增加。根據檢測系統的分析，就會將故障的診斷結果及時傳送出去進行顯示。這些故障診斷由輸入的數據類型、復雜程度、性質等進行分區，較難的診斷就會需要長時間來完成，或者由更高層次的診斷設備來完成。
暖通空調系統故障的檢測方法。在以前，我們所用的方法就是用直接、解析和時序三種冗余法來進行檢測?；诙磕Ｐ头ㄔ谙嗤那闆r下可以通過比較實際系統或者仿真的模型運行狀態來進行檢測和診斷系統故障，但是在執行的時候需要具體的、精確的數據模型來進行檢測。還有一些基于定型模型法、基于統計學法、人工神經網絡法和模式識別法等可以對暖通空調系統的故障來進行檢測。
按照故障的級別和故障的優先級不同，不同故障在不同的診斷層次上來診斷。在分布式控體系（DCS）中，駐留在不同層級上的故障診斷工主要由輸入數據的類型、性質、復雜程度和診斷具使用的頻率來區分，復雜的、需要更多知識和能的故障診斷（如診斷周期需要一天或一個月的將由更高層次的診斷工具（或計算機）來完成，由現在傳感器性能的提高，大量的、低端的故障診傾向于在傳感器中就地解決。
三、結束語
綜上所述，通過故障預測與診斷，使暖通空調設備按優化程序運行，是降低建筑能耗和提高經濟的途徑之一。因此，加強對故障的預測與監控，能夠減少故障的發生，延長設備的使用壽命，同時也能夠給業主提供持續的、舒適的室內環境，這對提高用戶的舒適性、提高建筑的能源效率、增加HVAC系統的可靠性、減少經濟損失將有重要的意義。
參考文獻：
[1] 李志生，張國強，劉建龍. 故障檢測與診斷技術在暖通空調領域的應用和展望[J]. 流體機械. 2006（06
【關鍵詞】數字電路;故障;排查與診斷;分析
1.數字電路出現故障的常見的原因
數字電路是處理和變化這些離散信號的電路，工作原理主要是應用兩個元器件來表示離散信號，其中的每一個元器件的參數值都有很大的差異，所以在實際的應用的時候，數字電路雖然能夠發揮很強大的功能，但是數字電路出現故障的狀況是一件十分常見的事情，下文詳細的介紹數字電路出新故障的原因。
1.1 數字電路元件出現老化造成故障
任何東西在長時間的使用之后都會出現或多或少的損壞，其中數字電路中使用的材料都是金屬材質，在長期的使用過程中，電路元件變得老化，電路材料參數性能也逐漸的下降，使得數字電路受到天氣以及溫度等狀況影響變大，非常容易造成數字電路出現故障。
1.2 數字電路元器件出現接觸不良的狀況造成故障
數字電路由于接觸不良而出現故障是最常見的問題，造成數字電路接觸不良的原因是多種多樣的，數字電路在日常生活中的使用經常會出現非專業人士保管不善，或者是電器的外殼損壞導致數字電路的元件長時間的暴露在空氣之中，造成數字電路出現進水或者是電器內部的焊點被氧化的狀況，這些問題的出現都會導致數字電路出現故障。
1.3 數字電路設備所處的工作環節不穩定造成了故障
數字電路的安全使用是需要一定的環節條件的，但是在實際的應用中，電路設備的使用環境并不是十分的完美，數字電路所處的工作環境時常達不到設備工作的狀態，例如實際的溫度、磁場的改變等等，這些因素都會導致數字電路發生故障，導致數字電路不能正常的工作。
1.4 數字電路內的元件過了使用期造成故障
數字電路內部的電路元器件都存在著保質期的，關于保質期的常識并不是所有的數字電路的使用者都了解的，所以造成故障也比較常見。數字電路內的元器件只有在規定的年限內才能發揮出最佳的效果，倘若元器件過了使用期限，數字電路內部會出現超負荷的狀況，元器件也會出現老化、性能降低等現象，導致數字電路故障的發生率增加。
2.數字電路故障檢測與診斷的方法
2.1 采取有效的方法將故障檢測的過程與診斷這兩個過程分開
在對數字電路進行故障檢測之前，應當先對數字電路常見的故障的特征進行了解，在對其中一些基本特征進行對比之后，可以盡可能的縮小數字電路故障排查的范圍，當然在初步對比故障的基本特征之后并不能武斷的確認數字電路的故障，而是要進一步的進行診斷，使得這兩個過程能夠有效的隔離。使用邏輯檢測與診斷對數字電路中出現的故障進行初步的確認。例如：當數字電路的信號消失之后，可以借助檢測探頭在電路的連接點上進行檢測與診斷，也可以在發現數字信號之后能夠使用脈沖存儲器進行存儲，可以有效的縮小數字電路的護長范圍。
2.2 使用分塊測試法對數字電路進行診斷
目前對于數字電路中出現的故障檢測方法中最常使用的方法就是直接觀察法，使用直接觀察法進行故障檢測，故障檢測的準確率有所下降，對于故障的排查以及處理的效率很低，所以采用分塊檢測法是代替直接觀測法最有效的方法。使用分塊測試診斷法的時候，應當對數字電路的設計結構有一個初步的了解，并根據電路的實際情況，將電路分為若干個獨立的電路，分別進行通電測試，通過觀測結果對數字電路的故障狀況進行分析，之后便可以提出具有針對性的數字電路的故障的解決方法，能夠有效地提高數字電路故障檢測與診斷的效率，在復雜的數字電路的故障檢測與診斷中應用也十分的廣泛。
2.3 使用電阻檢測診斷的方法進行診斷
在日常的使用中，數字電路一旦出現任何的異狀的時候，首先需要做的就是要切斷電源，之后進行短路與否的檢驗，這時候最常使用的方法就是使用電阻檢測診斷法。電阻檢測法能夠有效的檢測出數字電路底板內部和電路連接之間是否有接觸不良或短路的狀況，在使用此方法的時候操作過程非常的簡單，即便不是專業的電路維修人員也能夠輕松的完成數字電路故障檢測的事情。使用電阻檢測法的時候，一定要注意的就是用電安全，在切斷電源的基礎上進行檢測裝置的設計安裝，之后再一一進行故障檢測。
2.4 使用波形檢測方法進行故障檢測
波形檢測診斷方法對數字電路進行故障的檢測以及診斷對于檢測人員的專業素養要求很高，要求維修人員能夠熟練的掌握電路維修的相關的理論知識和擁有一定的實際操作經驗，熟練地使用示波器觀察電路故障檢測過程中所反映出的波形，也就是數字電路故障檢測過程中在示波器上顯示的數字電路板的各級輸出波形的狀況，觀察示波器上所出現的波形是否表現正常，在這樣的過程中得到的數字電路故障檢測的結果更加的具有科學性以及具有說服力，在使用波形檢測診斷法進行數字電路故障檢測的時候，數字電路內多數是脈沖電路，由于脈沖電路的復雜程度，其他的檢測方法并不是十分的準確與科學，所以波形檢測診斷法形成的檢測結果更加的準確，在進行故障檢測的過程中對于維修人員的安全保障性能也是最強的，不僅提高了數字電路故障檢測與診斷的效率，也有助于制定數字電路維修策略，制定的策略也更加的具有針對性。
3.總結
當今時代科學技術飛速的發展，對于數字電路的研究的投入也變得更大，數字電路在生活中的使用也變得更加的普遍，但是數字電路的使用出現的問題也困擾著現代人，所以為了更好地使用數字電路，提高使用效率，就一定要選擇有效的方法對于數字電路中出現的故障進行檢測與診斷，因此應當針對數字電路產生的原因進行研究，并且積極地進行故障檢測的技術，使得數字電路的使用能夠更加順時代的發展，使得數字電路能夠為現代人們的生活提供更多的便捷服務。
參考文獻
[1]郭希維，蘇群星，谷宏強.數字電視測試中的關鍵技術研究[J].科學技術與工程，2008.
關鍵詞：數字電路 故障檢測與診斷 原因 現狀 對策
中圖分類號：TN79 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2013）11-0214-02
21世紀的今天，隨著全球經濟一體化格局的形成，經濟技術迅速發展，以數字技術為主導的高科技產品層出不窮，并且已滲透到我們生活的各個方面，遍布于每一個角落。然而，在我們的生活如此數字技術的當下，電子工程技術人員在設計、安裝、維修、調試數字電路的過程中或多或少都會遇到各種事故。因此，掌握正確的數字電路故障檢測與診斷方法對于保障數字電路的有效開發與生產是極為重要的。
1 數字電路故障產生的原因
1.1 電路元器件的老化
無論什么東西在使用的過程中因為摩擦等一些原因，在一定程度上都說到了損壞，對于電路元器件來說尤其如此。因為電路元器件大都是金屬材質，在長期不斷使用的過程中，就會導致部分元器件老化和參數性能下降，除此之外，有的電路元器件也會在遇到高溫或極冷的天氣狀況下改變參數值。
1.2 電路元器件接觸不良
由電路元器件接觸不良導致的數字電路故障是最常見的原因。在日常生活中，可能會因為使用不當或者保管不善，破壞電器外殼使得電路元件暴露在空氣中或者一不下心使電器進水等情況發生，那么電器內部的焊點就會被氧化，以至于導致電路板故障的發生。
1.3 電路設備工作環境不健全
每一樣設備的順利使用都是有一定的條件的，但是并不是所有設備都能夠在健全的工作環境中，所以，一旦工作環境達不到電路設備的要求時，例如，溫度、適度、電子磁場等改變，數字電路就會發生故障，那么設備也就無法實現正常工作了。
1.4 電路元件過了使用期
電路元器件都是有保質期的，只有在規定的年限內使用才能發揮它功效。如果過了使用期限，電路元器件就會負荷不了，就會出現元器件老化、性能指標降低等現象。所以說電器元件使用過程超出期限，設備的故障發生率就會增加。
2 數字電路及其故障的特點
所謂的數字信號是在時間上和數值上都離散的信號，而數字電路就是用來處理和變化這些離散信號的電路。它的工作原理主要就是利用兩個狀態的元器件來表示離散信號，看似很復雜，其實它的基本電路單元十分的簡單。在數字電路中的每一個元器件的參數值都有較大的差異性，所以絕對不會出現電壓不高不低的電平，除了三態門之外，輸出的要么是高電平要么就是低電平。所有對高電平和對低電平的區分了解能夠我們更好的了解數字電路的特征。
如果把數字電路按照邏輯功能來劃分，可以分為時序邏輯電路和組合邏輯電路兩種。從功能上來說，時序邏輯電路它是由具有儲存功能的觸發器所組成的電路來進行記憶和表達功能，但是關鍵得是儲存電路的輸出狀態必須反映到輸出端上，并且要與輸出端共同作用才能決定時序電路的輸出。另一個組合邏輯電路顧名思義就是由各種電路組合而成。不過組合邏輯電路在輸出時，都是有那個時刻輸入的信號來決定的，它與原電路的輸出狀態并沒有直接的關系。
在數字電路的檢測和診斷過程中一定要按照它所規定的順序來想電路施加測試，并挨個觀察數字電路的反應狀態，看其是否正常。之所以要這樣一步步仔細的檢測那是因為數字電路的測試對象實在是多了，電路的輸入、輸出變量甚者有時候可以達到上百個，而且每一個都有可能出現偏差，如不逐一檢測很難找到問題所在。此外，數字電路它還存在一定得物理缺陷，構成集成電路的門和記憶元件是封存在芯片里面的，以至于無法直接觀察電路輸入、輸出的波形以及很難檢測它們的邏輯電平，所以也就沒辦法快速查出數字電路的故障之所在。因此，研究出簡單可行的測試電路故障的方法迫在眉睫，需要大家的共同努力。當然，也只有當數字電路故障檢測方法解決之后，數字電路才能得到更好的應用。
3 數字電路故障檢測與診斷方法的現狀
3.1 直接觀察檢測診斷法
直接檢查法就是通過直接的觀察來推斷電路大致在那個部分出現了問題。這種方法相對于比較適合有一定經驗的電路維修員，他們通過詢問顧客電路故障發生時出現了哪些現象來判斷發生電路故障的大致原因，這樣既方便有簡潔，省去了中間的很多過程，為客戶和自己都節省了時間，是一舉兩得的好事。例如，電視機突然不亮了，我們在檢測之前應該首先觀察一下外觀是否破損，用手感覺一下外殼溫度是否過高，其次看插頭是否斷開或與插班接觸不良，然后用鼻子問一下電視機有沒有異味等等，通過用這些直觀的方法來判斷電視機大概是哪一個部位出了問題啊，最后著手檢測。雖然這種方法比較快速，但對于經驗不足的電路維修員來說，還是不要貿然使用，否則可能是既浪費了時間也還是沒有找到電路故障發生的原因，得不償失。
3.2 順序檢測診斷法
現在應用于數字電路故障檢測的數字檢測法一般分為兩種。一種是在輸入端加上信號，從輸入級開始向輸出級檢測，當信號中斷或者是出現異常時也就找到了數字電路的故障所在地。第二種方法是在輸入級到輸出級的過程中加上信號，一旦出現信號不對的情況，就立馬停下，然后以此為據點想下一級進行電路故障檢測。雖然這種數字電路檢測方法準確性比較高，但是需要花很長時間。在現在全球經濟高速運轉的是時刻，這種低效率的工作方法已經逐漸不適應時代的發展要求了，在某種程度上是可以被淘汰的，但是，前提條件就是我們必須盡快找到一種更好的電路故障檢測方法來代替它。否則，還是得用順序檢測法。
3.3 比較檢測診斷法
在檢查數字電路故障時，比較法其實也是一種比較常用的檢測方法。一般要想快速的檢測出數字電路哪里出現問題，經常就會對電路的各個關鍵點進行測試，得出具體的參數值，然后找來同樣的完好無損、能夠正常運轉的電器，也測出每一個關鍵點的參數值，最后將兩組數值進行比較，參數值不一樣的那個地方就是數字電路出現故障的地方。不過，能夠這樣很快就檢查出問題所在的情況并不多，大多數電路故障地方都在比較細小的地方。因為，在數字電路器材生產過程中，廠商一般都會針對電路板比較薄弱的地方多做幾道加工程序，確保質量安全，而那些人們認為不會發生故障的地方就沒有多注意，所以往往電路發生的故障并不在電路板的關鍵點上。因此，比較檢查法還算不上市完美的檢測方法，依然有它的缺陷存在。
3.4 替代檢測診斷法
有時候電路比較復雜，可能當我們試了各種方法還沒有找到故障時，我們就應該想到用替代法來檢查數字電路故障。所謂的替代檢測法就是將數字電路中的電子元件用同等型號的電路元件來替換掉，不過質量一定要比元件好一些，否則質量太差的話還是無法檢測出電路故障在哪里。當高質量的電路元件安裝到元電路板中，合上電源，看電路板是否能夠正常運轉。若能正常運轉則證明是元電路元件有問題，若不能，則證明原電路元件沒有問題。若是前者，數字電路故障檢測就能很快完成，但若是后者的話，就還需要再次進行檢查與診斷?？傊?，替代檢測在某種程度上也是比較麻煩和費時的。
4 提高數字電路故障檢測與診斷效率的對策
4.1 分塊測試診斷法
當我們無法通過直接觀察檢測法檢測出數字電路故障時，用分塊檢測法是最好的檢測辦法之一。當我們對某種電路板進行檢查時 ，對其電路結構、功能等要有一個事先的了解，根據實際情況，看怎樣組合比較簡單，然后就將電路分成若干個獨立的電路，分別進行通電進行測試，觀察測試結果找出有故障的那一部分電路，最后采取相應的措施準確找到數字電路故障點，診斷其原因，“對癥下藥”，解決問題。像這種分塊測試方法過程比較簡單，針對性也強，它能夠有效的提高數字電路故障檢測與診斷效率，更適合于比較復雜的數字電路故障檢測與診斷中。
4.2 電阻檢測診斷法
在日常生活中，當我們看到某種電器冒煙兒或者散發異味時，首先要做的就是切斷電源，避免事故范圍擴大。然后就是要檢查電路是否有短路現象，那么這個時候就需要用到電阻檢測診斷法。電阻檢測診斷法它的作用就是能夠檢測診斷出數字電路底板內部和電路連接線之間是否是接觸不良或短路等情況，操作過程簡單，就算不是專業電路維修員也能夠很好的掌握與應用。在碰到類似的事情時不至于驚慌失措，即使不花錢找專業維修人員自己就能夠輕松搞定。所以電阻檢測診斷法實用性比較強，適用人群比較廣，在數字電路故障檢測與診斷上效果比較明顯與突出，是提高數字電路故障檢測與診斷效率的好方法。
4.3 波形檢測診斷法
波形檢測診斷法對電路故障檢測與診斷人員的專業素質要求比較高，要具備較高的電路維修理論知識，同時還要會使用示波器，這兩個條件缺一不可。其實，我們所說的波形檢測診斷法就是通過使用示波器對電路板的各級輸出波形進行檢查，觀察它所輸出的波形是否是正常的，以此來檢測診斷出電路故障。目前，這種波形檢測診斷法被廣泛的應用于脈沖電路中，準確性高、安全系數高、效率也很高，是提高數字電路檢測與診斷效率的完美對策。
5 結語
在當今科學技術騰飛的年代，數字電路已經取得了飛速發展，為了能夠更好的將數字電路應用到現代電路中，提高數字電路檢測與診斷技能、效率尤為重要。對于可能出現或者是已經出現的電路故障要能夠及時預防與解決。因此，我們要不斷完善數字電路檢測與診斷技術，使之能夠更好的適應時代的發展要求，為我們的生活提供更加便捷的服務?？傊疚闹饕窍Ｍㄟ^論述數字電路故障產生的原因、分析數字電路及其故障的特點、介紹目前我國對數字電路檢測與診斷所采取的方法以及建議來給現在正身處數字電路的工作者一些幫助。
參考文獻
[1]張蘭，徐紅兵.一種新的數字電路故障定位算法研究[J].電子科技大學學報，2009.
[2]郭希維，蘇群星，谷宏強.數字電視測試中的關鍵技術研究[J].科學技術與工程，2008.
[3]朱大奇，電子設備故障診斷原理與實踐[M].電子工業出版社，2008年9月.
[4]孫春輝，淺談數字電路故障檢測方法與技巧[M].技術開發，2010年5月第3期.
【關鍵詞】數字電路 故障檢測 診斷
當前，隨著全球經濟一體化的建設，經濟技術迅速發展，促使數字技術主導高科技產品層出不窮，同時已經滲透到我們的日常生活中。但是在電子電路工作的過程中，會存在內部或者外部原因造成電路出現各種問題，導致電路不能正常的工作。因此電子工程設計人員一項重要的任務就是要對工作電路進行檢修、檢測以及故障的診斷與排除。在實際生活中，數字電路故障檢測與診斷在電路設計與生產的過程中具有重要的意義。對數字電路進行檢修與診斷，對及時發現、修復數字電路中出現的問題具有重要影響。同時還能夠重新配置數字電路系統，有助于數字電路生產工藝的優化與改進。分析數字電路故障檢測與診斷，能夠提高數字電路的質量、效率與可靠性。
1 數字電路以及故障的特點
數字信號主要是在時間與數值方面具有離散的信號，而數字電路就是用來處理和改變這些離散信號。其工作的原理就是利用這兩種狀態的元器件表示離散信號。這樣看起來較為復雜，但是基本的電路單元較為簡單。數字電路的元器件參數值方面具有較大的差異。因而不會出現由于電壓不高不低的電平。除去三態門之外，通常輸出的電平要么是低電平或者是高電平。因此，這兩種電平稱為了解數字電路的主要特征。由此可見，檢測事物存在一定的復雜性。并且其復雜性主要體現在待測電路存在大量的輸出與輸入變量，可能大于一百個變量。同時電路相應又具有時序性，有的還存在組合型。所集成的電路元器件與門都被安裝在芯片里面，不能度邏輯電平、輸入輸出波形進行檢測。類似模擬集成電路，僅僅可以在芯片的外部對其測試，而不能對數字IC內部電路進行測試。所以，必須及時尋找出一種能夠簡單的完成對芯片內部進行檢測的方法。
2 數字電路故障產生的原因
在數字電路運行的過程中，產生故障的原因有很多種。但是較為常見的故障筆者認為有這么幾種。首先，就集成數字電路而言，負載能力范圍具有一定性。常規與非門的輸出低電壓可以帶同類們的最大限度為10個。但是實際生活中這個輸出電壓所帶門遠大于理論值。這樣就容易導致電路輸出低電壓，造成電路破壞，使得電路不能穩定運行。為避免這種情況的發生就需要使用負載的集成電路。其次，集成電路運行效率較低。在集成電路運行的過程中唯有第一組信號通過集成電路，并在電路內部延時作用下穩定輸出端時，另外一組信號才能進入。由此可見，造成電路運行效率低下的主要原因就在于電路內部延時。如果輸入脈沖很高時也會導致輸出端不穩定。檢測這一問題的過程相對復雜。因此，在設計邏輯電路時要采用運行效率高的集成電路。
3 數字電路故障檢測與診斷策略
在數字電路檢修的過程中，針對其中的故障需要采取有效的診斷策略，提高數字電路運行的效率。這樣不僅保證電路運行的質量，還能夠減少檢修的次數。
3.1 隔離故障檢測與診斷
在檢測數字電路問題的過程中，第一步就應當根據故障的基本特點，最大限度的減少問題的區域，也就是將故障診斷與檢測進行隔離。這一環節對數字電路檢測具有十分重要的意義。在檢測的過程中，其檢測關鍵之處就是邏輯診斷與檢測。通常而言，如果電路信號消失，那么可以使用檢測探頭完成電路信號連接的線路實施診斷與檢測工作，從而快速找到消失的電路信號，并且檢測探頭上都安裝了邏輯存儲裝置。這樣就能夠對數字電路上具體的信號進行診斷與檢測。如果出現電路信號，就會被檢測器上的邏輯儲存裝置記錄下來，并通過顯示器顯示出來。從這一點就充分說明了數字電路上的脈沖信號能夠被檢測與診斷。通過縮小點路鼓掌范圍，來找到電路故障的具置。另外一種就是能夠有效的診斷和檢測數字故障的方法就是邏輯分析。在檢測的過程中利用邏輯分析儀對數字電路的設備進行檢測，分析電路運行中產生的數據以及其輸出情況。
3.2 定位檢測與診斷
在數字電路出現故障的過程中，其最為關鍵的步驟就是檢測故障，將故障進行定位。一般情況下，在電路故障范圍縮小到一定范圍時，直至縮小到某一電路元件時，就能夠使用邏輯探頭、脈沖檢測儀等對數字電路的故障進行分析，并就其產生的影響進行分析。通過這種方法就能夠檢測出故障的具置。利用邏輯信號對數字電路的脈沖信號進行檢測，分析電路輸出與輸入信號的情況。依據獲取的信號判定數字電路運行的情況。研究表明，數字電路在日常的工作中，都會存在低電壓與高電壓。這兩者在運行的過程中能夠互相轉換。使用邏輯探頭等儀器進行檢測，如果有信號就能夠判斷出工作電路是正常。通常情況下，數字電路偶爾也會出現故障。因此，電路信號的時需不需要經常檢測。
4 結語
總而言之，在數字電路獲得廣泛應用的過程中，在一定程度上對提高電器使用與質量具有重要的影響。同時也進一步促進了電器產品性能的提高。但是，在此環節中我們應當充分的認識到，數字電路正常運行離不開故障的檢測與診斷。重視數字電路檢測與診斷，能夠全面提高數字電路應用水平與運行質量。
參考文獻
[1]李源.在《數字電路》實驗教學中提高學生動手能力的嘗試[J].井岡山醫專學報，2011，12（04）：56-57.
[2]張萬里，楊燁，李毅，等.數字電路常見故障類型與檢測方法及技巧分析[J].數字技術與應用，2012，10（6）：98-99..
[3]楊聚慶，劉嬌月，劉三，等.數字電路系統設計與制作的一般方法[J].洛陽工業高等?？茖W校學報，2013，8（04）：79-90.
作者簡介
馬均（1990-），男，咸陽師范學院物理與電子工程學院電子信息工程專業本科在讀。
關鍵詞 助航燈光；故障；檢測；診斷；程序；解調
中圖分類號[U8] 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2011）50-0144-01
機場助航燈光系統是飛機飛行安全的保障，是機場非常重要的一個目視助航設備。在一個中型的機場中，其助航燈光包括了跑道中線燈、跑道邊燈、進近燈、末端等、順序閃光燈、坡度燈等共計上千盞燈。機場助航燈光系統保障著飛機的安全起降，安全問題不容許絲毫的差錯，助航燈光系統是否完好無損十分關鍵。在實際機場應用中，如何保證助航燈光系統的正常工作，如何及時的檢測助航燈光系統的故障，也就變成保障安全的大問題。助航燈光系統中自動監視功能就可以很好的滿足這一要求。我國目前較大規模機場使用的都是國外的助航燈光巡檢系統，自己在助航燈光巡檢監控系統方面的研究還沒能形成成熟的系統，不能在實際中應用。不斷學習，努力探索，尋求自己的助航燈光故障診斷系統，解決國內機場的燃眉之急。
1 助航燈光故障檢測
助航燈光故障的檢測主要通過自動監控，實行遠程巡檢，它的主要硬件設計包括了單片機、過零檢測模塊、模數轉換模塊、調制及隔離變壓器模塊、晶閘管驅動模塊、進水檢測模塊、串口通信模塊、單片機模塊等。
1.1 燈暗檢測和燈泡開路檢測
燈暗檢測實際上就是對燈電壓進行檢測，檢測燈泡兩端的電壓。檢測燈電壓可以判斷燈泡的輸出功率，在使用6.6:6.6的隔離變壓器時，一次測電流和二次側電流是相同的。燈泡兩端的電壓反應了燈泡輸出功率的大小，是判斷燈暗的一個替代參數。燈暗的原因要么是燈泡經過長時間的使用，老化使得電阻減少，電壓降低，從而導致燈暗。要么是燈泡中的燈絲出現靠絲現象，使得線圈被短路減小電阻，降低兩端電壓，減少功率，導致燈泡發暗。而燈泡開路檢測則是對燈泡電流大小的檢測。一個比較穩定的干路電流在隔離變壓器的一次側流過時，如果二次側有正常的負載也會流過一個比較穩定的電流。當開燈光級設置越低時，電流越?。换騽t當負載的電阻越小時，電流越大。燈泡在使用過程中，新舊程度對電流的影響不大。而燈泡處于開路時，其負載電阻無窮大，電流就會急劇減小。在這一特點作用下，二次側電壓升高達到一定的數值時，通過對電路電壓進行采用就可以判別燈泡是否斷芯。
1.2 上行信號的調制
上行信號是指遠程巡檢單元向主控制單元上傳的信息，這是燈光巡檢中遠程巡檢單元和主控制單元之間通過調解和調制進行的有效通信中的一個方向。調制信號頻率是工頻50Hz，所以調制信號可以跨過隔離變壓器，然后上傳回主控單元。
1.3 上行信號的解調
經過電壓互感器采樣，然后經信號調理電路把調光器回路電壓分為兩路，一路過零檢測電路，進入單片機；另一路經差分放大器處理，然后進行模數變換。進行采樣12次，時間在2ms內。12次數據分為4組值，每組數據求一個平均值。所得的3個平均值分別與單片機中預先計算好并存儲起來的對應數據進行比較，有調制的信號，其數值相比沒有調制的信號明顯要小。在差處理下，就可以得出“1”、“0”信息。
2 助航燈光故障診斷系統設計
2.1 主控單元解調程序
主控單元過零檢測電路實時檢測正過零點后，經過P3.3通道信號向單片機請求中斷，然后執行中斷程序。單片機讀取轉換值，2ms內進行采樣12次，所得到的結果分成每組4個數據的3組，每組數據求其平均值，然后把求得的平均值與預先計算好并存儲好的數值進行做差處理，如果差值大于設定值則為“1”，否則為“0”。重復過程3次，如果得到3個結果均為“0”，則說明沒有下達命令；如果得到3個結果均為“1”，則說明肯定有下達命令；如果得到結果中有一個為“1”，則返回，要求上位機重新發送命令。
2.2 遠程巡檢單元調制程序
由P1.0和P1.2發送信號，經P3.7通道把正過零點后信號送入單片機，觸發晶閘管開關。由于電壓上加載了調制信號，所以電壓輸出就產生了畸變。
2.3 遠程巡檢單元故障定位程序
一個周期定位50ms，每個周期采樣10次，每次采樣之間間隔10ms，結果存放在寄存器中。每個周期采樣的10次結果計算平均值，然后與設定的值作比較。在比較中，采樣結果大于或則等于設定值，則燈已經損壞。
3 實際應用中的實驗與結果
選擇機場進近燈做燈泡斷絲實驗，結果實驗的6盞燈判斷全部正確，沒有一盞誤報。而燈暗實驗中，電壓波動率在5%以下，也基本能滿足實際應用的要求。進水實驗中，通過實驗人員的實地檢查，檢測到進水的隔離變壓器桶，其進水深度確實達到了設定值，而沒有檢測到進水的隔離變壓器桶，則均未發現進水現象。以上實驗結果表明，助航燈光故障檢測準確度高，傳輸數據準確，電源足夠穩定，操作靈活方便，在實際機場的應用中，能基本滿足助航燈光故障檢測與診斷的要求。
4 討論
當然，筆者僅僅是從助航燈光故障檢測的基本原理出發，淺顯探析了其故障檢測的方面。而實際應用中的助航燈光故障檢測，要復雜多樣得多，需要研究人員進一步探索，進一步完善才能達到實際應用的客觀要求。而助航燈光故障診斷系統的設計，筆者更是僅僅點出了其大致的工作原理，要達到實際設計應用的要求，還需要全面細化，落實到細節，以及具體程序的編寫和完善工作。
參考文獻
關鍵字：數據包丟失；網絡控制系統；故障檢測；觀測器；殘差
中圖分類號：TP399文獻標識碼：A文章編號：1007-9599 (2011) 24-0000-03
Fault Detection and Diagnosis of Networked Control System
Zhuo Min
(Zhenjiang Electrical and Mechanical Branch of Jiangsu Union Technical Institute,Zhenjiang212016,China)
Abstract:A great deal of attention has been focused on a class of networked control systems (NCS) wherein the control loops are closed through communication networks.This family of systems is an integration of plants, sensors,controllers,actuators and communication networks of certain local field.In this paper,based on the condition of data packet dropout,firstly,a modeling approach of the system is presented,and the fault observer is modeled as a stochastic switching discrete-time linear system with delay.When a fault occurs,the observer residual can change rapidly and detect the occurrence of the fault.Finally,an illustrative example shows the effectiveness of the proposed method.
Keywords:Data packet dropout;Networked control system (NCS);Fault detection;Observer;Residual
與傳統的點對點控制系統相比，網絡控制系統具有可實現資源共享、遠程控制，具有較高的診斷能力和交互性好、增加系統柔性和可靠性、安裝維護方便、減少系統的布線等優點。但由于網絡的介入，使得傳統的控制系統面臨著新的挑戰，如網絡傳輸誘導時延、數據包丟失、時鐘異步等，因此在利用網絡作為信息的傳輸通道時，數據包丟失和時延等故障檢測問題受到了廣泛的關注[1-3]。
在故障診斷與容錯控制方面，網絡控制系統和傳統控制系統有所不同。在數據傳輸中存在信息碰撞和網絡帶寬限制等問題，使得延遲和丟包問題在信息傳輸中發生，以致網絡化控制系統的故障診斷與容錯控制變的復雜[4]。網絡控制系統的故障診斷與容錯控制是具有現實和理論意義的研究課題，關系到國家經濟命脈和國防安全的戰略性需求，也是提升國家工業基礎水平、綜合實力和自主創新能力的重要舉措[5]。
NCS的數據包丟失和時延是NCS中的重要研究課題。鑒于此，文獻[6]針對一類具有數據包丟失和時延的NCS設計了保證閉環系統穩定的控制器?？紤]到NCS中同時存在數據包丟失和時延的情況，以建立NCS模型來構建故障檢測器；最后通過數據仿真驗證了本文所描述問題的可行性。
一、網絡控制系統
網絡化控制系統NCS(Networked Control Systems)，即將控制系統中至少一個或多個回路經過計算機網絡實現閉環的控制[7]。
如圖1所示的，網絡只存在于控制器和執行器之間[8]，所以系統只具有控制時延 ，為上界已知的時變時延。假定NCS的被控對象模型為
(1)
其中， 是狀態向量； 是輸出向量； 是輸入向量； 是故障向量，正常情況下 是非零向量； ， ， 是適維常系數矩陣。
圖1 網絡控制系統
Fig.1 Networked control systems
在網絡控制系統中，通訊網絡并非是一個非?？煽康臄祿鬏斖ǖ?，會產生傳輸錯誤、網絡堵塞、節點競爭發送權失敗、連接中斷和時序錯亂等現象。雖然多數的網絡協議具有多次重發送數據機制，由于此機制受到時間的限制，所以在超過了設定的時間范圍時，便會導致數據包丟失。
正常情況下，實時反饋控制系統能夠接受一定數量的數據包丟失。但是對數據包丟失尋求正確的解決方法的研究以及對在數據包丟失時系統是否穩定的探索是很有價值的。
二、狀態預測器的設計
網絡控制系統的狀態可以直接反映系統的運行狀況，所以在NCS系統中基于狀態估計的故障診斷與容錯控制方法顯得特別突出。此方法可以歸納為以下兩種：一種基于觀測器的方法，另一種基于濾波器的方法。本文的研究是基于預測器的方法。
不考慮噪聲等外部擾動時，被控對象的離散模型可以表示為：
(2)
令 = ，表示不確定時延 引起的不確定項。式(2)寫為：
(3)
假設 非奇異和( ， )能觀測，被控對象的狀態觀測器就可以采用下列模型：
(4)
由于系統存在網絡誘導時延[0， ]， 時刻傳輸到觀測器的信號為：
。 (5)
由式(3)可得
(6)
由式(5)和(6)，得到觀測方程為
(7)
定義估計誤差
(8)
則估計誤差方程為
(9)
由于 和 均已知，則式(9)可以表示為
(10)
其中，
由于 由不確定時延 引起，因此誤差方程含有不確定項 ，且 有界。
三、存在數據丟包的故障檢測
數據包丟失能夠影響到閉環NCS狀態矩陣的結構和NCS的控制性能，特別是其穩定性。因此，關于在NCS中數據包丟失對系統穩定性的影響成為關注的熱點。
在NCS中，一是由于通信機制和網絡帶寬的限制造成的數據包，另一種是為達到某種目的而采取的主動丟包。本文是基于前者提出的故障檢測方法。
當在傳感器與控制器之間發生數據包丟失時，NCS結構可以用圖2表示
圖2 具有數據包丟失和時延的NCS
Fig.2 NCS with network-induced delay and packet dropout
圖2中隨機變量 表示第 個周期是否有傳感器數據到達控制器，即
是獨立的Bemoulli隨機變量。在傳感器與控制器之間，由于數據時延能夠被看作在本周期未接收到有效數據，便可判斷發生了數據包丟失。
若原系統的控制率為 ，則由式(2)可得
(11)
假設事件1和事件2發生的概率分別為 和 ，亦即
(12)
事件1 時刻傳感器數據沒有到達控制器端，在控制器端建立觀測器
(13)
定義觀測器狀態估計誤差 ，無故障時，其狀態估計誤差方程為
(14)
對于式(14)，引入增廣向量 ，可得
(15)
式(15)中含有 的兩個滯后項，引入 ，可得
(16)
事件2 時刻控制器收到來自傳感器的數據，建立觀測器
(17)
則無故障時，觀測器狀態估計誤差方程為
(18)
按照事件1中同樣的方法，可得
(19)
有式(12)，(16)和(19)，可得如下的隨機切換系統
(20)
其中，
， ，
四、故障檢測設計
定理1：基于如下的觀測器，殘差系統（10）漸進穩定，
其中 ， ， 定義省略。 為卡爾曼濾波增益，誤差協方差矩陣為 ，且
。
下面，我們將通過數值例子說明所得到結果的有效性。
五、數字示例和仿真結果
本文通過第2和3部分對狀態觀測器和存在數據丟包的故障檢測進行了研究和描述，我們假定以下系統
(21)
其中 ， ， ， 。假設Markov鏈的轉移概率矩陣已知為 ，干擾信號 為任意的隨機數。使用Matlab仿真工具，可得如下結果。圖3顯示為網絡控制系統的狀態響應。
圖3 系統狀態響應
Fig.3 State response of system
圖4 傳感器故障時的仿真結果
Fig.4 Simulation result with sensor fault.
注：1-系統的實際輸出；2-觀察期輸出；3-殘余量
Note：1system actual；2observer output；3residual
當傳感器故障發生在8.8秒時，系統的實際輸出、觀測器輸出和殘余量如圖4所示。從中我們可以觀察到，殘差量在8.8秒迅速增加，并且無延遲，表明了該傳感器在此時出現了故障。
六、結論與展望
本文針對長時延的NCS，假定傳感器和控制器之間存在數據包丟失，執行器與控制器之間存在時變控制時延等現象。針對此類NCS，本課題研究了有無故障兩種情況下可能出現的結果，并且設計了故障觀測器。
本文概述了近年來常用的網絡控制系統基于模型的故障診斷方法，建立恰當的數學模型，將數據網絡簡化為對控制系統產生的若干影響因素，并將一般的故障診斷與容錯控制方法與理論推廣應用到網絡控制系統中來。
對一般的控制系統來說，網絡控制系統的故障診斷與容錯控制并不完善。首先多數的研究主要針對某一特定性能的設計，缺少對系統整體與總體性能的研究；其次現有模型對網絡時滯具有嚴重的依賴性，而且在非線性系統中難以實現。NCS的故障診斷與容錯控制方法有很多，本文僅總結和歸納了一部分。
參考文獻：
[1]方華京,方翌煒,楊方.網絡化控制系統的故障診斷[J].系統工程與電子技術,2006,28(12):1858-1862
[2]Hao Y,Ding S X,Fault detection of networked control systems with networked-induced delay[C].The 8th Int Conf on Control,Automation,Robotics and vision.Kunming:IEEE Press,2004:294-297
[3]Bao Y,Dai Q Q,Cui Y L,et al.Fault detection based on robust states observer on networked control systems[C].Int Conf on Control and Automation.Budapest:IEEE Press, 2005:1237-1241
[4]霍志紅,方華京.一類隨機時延網絡控制系統的容錯控制研究[J].信息與控制,2006,35(5):584-587
[5]邱占芝,張慶靈,楊春雨.網絡控制系統分析與控制[M].科學出版社,2009
[6]Turner J R.Towards a theory of project management:The nature of the project goverance and project management[J].Int J of Project Management,2006,24(2):93-95
[7]Fang Huajing,Ye Hao,Zhong Maiying.Fault diagnosis of networked control systems[J].Annual Reviews in Control,2007,31:55-68
