BIT技术在装备控制系统故障诊断中的应用

模拟电压信号分压

由于装备控制系统的模拟量电压范围为±120V，因此将每一路模拟信号输入到A/D转换通道之前，为了减少转换误差，希望送来的模拟信号在A /D转换输入的允许范围内尽可能大，这就要求对采集到的信号的幅值进行必要的调整，对信号进行滤波、降压等信号调理，选择合适的放大倍数，使信号进入模数转换之前的电压符合A/D转换器的要求。

模拟电压信号调理模块是一个多路范围为±120V电压信号的调理模块,用以将其外部输入的不同幅值的电压信号调整到0～5V范围内，以保证 A/D转换精度。通常要用分压网络分压，电路如图2所示。



分压网络的电压衰减量为输出电压与输入电压之比，也等于R1C1的并联阻抗Z1与R2C2的并联阻抗的分压比。分压网络的分压比为：



只要分压网络元件参数满足R1C1=R2C2的关系，分布电容的影响就可不予考虑。因此输入到A/D转换器件的电压值为：



为了减小对电源的影响，通常R2和R1的值较大，而A/D的输入阻抗Ri的值并非无穷大，所以实际输入到A/D转换器的电压为：



如果A/D的输入阻抗Ri和R2接近，将给测量带来较大误差。解决的方法是在分压网络与A/D间加一射极跟随器，由于射极跟随器的输入阻抗Ri 近似无穷，对R2的影响不大，可有效的解决此问题。

模拟电压信号采集

经过模拟电压信号分压后，其外部输入的不同幅值的电压信号被调整到0~5V范围内，由于BIT系统中的微处理器其内包含了高性能的8路12位 ADC采集系统，可直接实现装备控制系统模拟信号的A/D采样，采集系统由模拟多路开关、温度传感器、采样保持电路(T/H)、ADC、+2.5V参考电压和ADC转换校正控制逻辑组成(见图3)。



频率信号测量

本设计中被测频率信号为2kHz，其测量是采用8254定时计数的方式测量。

由于标准输入时钟脉冲的频率为4MHz，而装备系统需要测量的信号频率为2kHz，其测量即是一个8254定时0.01S并对信号进行计数20 的测量。由定时计数初值的公式可得N=T×f=0.01(s)×4MHz=40000，设计采用计数器1、2级联作为定时器，由于我们要统计0.01s内的信号发生次数，也就是说计数器1、2级联定时，每到0.01s就通知中断INT3，所以其工作方式设置如下：计数器1为模式2，计数器2为模式0。设计数器1的计数初值为N1，计数器2的计数初值为N2，且保证N1×N2=40000，然后将各自初值送入各自寄存器通道即可。

时间信号测量

在硬件连接上，计时采用中断计时法，由于装备系统设备要求，计时最大量为8S，所以测量计时量需要二个计数器级联为32位来工作，硬件设计上仍是级联计数器1和计数器2，GATE1与GATE2均通过反相器接的P1.0口，CLK1端接标准频率脉冲4MHz，其硬件设计见图4。计时具体计算方法为：
其中计数器1和计数器2的计数初值均为0xFFFF，计数器1、2中当前计数值=N1×N2。



故障知识库的建立

在建造故障诊断专家系统知识库时，如何组织和处理专家经验知识和相关的技术文献知识，决定着故障诊断的有效性和准确性，我们把诊断过程中获取的装备控制系统故障模式、故障原因以故障树的形式组织起来，并通过对该故障树进行定性分析，得出故障树的最小割集，并将原故障树在最小割集的基础上简化，最后把相关的概念、事实以及它们之间的关系知识按关系模式表的结构组织起来，生成诊断知识库。在装备控制系统的故障诊断中，依据设备故障树，形成关系知识规则的步骤如下：(1)故障树逻辑简化，减少中间事件;(2)引进多个不相容独立事件，代替故障树中相容事件;(3)将故障树的事件转化为概念命题;(4)分解故障树为一系列单输出分支—a输入定义为关系规则前提，与门转化为关系规则的前提组合条件、或门转化为并列规则的前提、非门转化为单结论的非规则以表示互斥关系，b输出定义为关系规则结论，c重复Step a。

计算故障树的最小割集

为了便于规则的描述，故障树描述的规则必须只含最小割集的底事件。

本文采用下行法计算割集。这个算法的特点是根据故障树的实际结构，从顶事件开始，逐级向下寻找，找出割集。因为只从上下相邻两级来看，与门只增加割集阶数(割集所含底事件数目)，不增加割集个数;或门只增加割集个数，不增加割集阶数，所以规定在下行过程中，顺次将逻辑门的输出事件置换为输入事件，遇到与门就将其输入排在同一行(输入事件的交(布尔积))，遇到或门就将其输入事件各自排成一行(输入事件的并(布尔和))，这样直到全部换成底事件为止，这样得到的割集通过两两比较，划去那些非最小割集，剩下即为故障树的全部最小割集。图5是装备控制系统中A/D板故障树的割集计算，表1表示下行法求割集的过程。由表可知A/D板的最小割集为{B1}、{B2}、{B3}、{B4，B5}。