基于FPGA的BGA焊点健康管理原理与实现

针对BGA封装的FPGA焊点故障频发的问题,提出了一种基于FPGA的BGA焊点失效监测模型及实现方法;对FPGA的BGA焊点失效原理进行了分析;基于IPC7095B确定了焊点易失效区域,并依据欧姆定律构建了检测模型;基于Xilinx的FPGA实现了对焊点健康信息的管理,并根据不同的检测标准对检测情况进行了比较     

基于信息增益率的WNB水下机器人故障分类

提高故障诊断能力对于确保水下机器人系统的稳定运行具有重要意义,故障分类是目前水下机器人故障诊断所面临的一个重要问题。针对水下机器人推进器系统数据特征,提出一种基于信息增益率的加权朴素贝叶斯故障分类算法。首先,计算故障训练样本的先验概率,将各属性的信息增益率作为权值;其次,构建基于增益率加权的朴素贝叶斯分类模型;然后,对检测的故障数据利用分类模型获取具有最大后验概率的故障模式,实现故障分类。与朴素贝叶斯算法和决策树算法相比,仿真实验结果表明基于信息增益率加权的朴素贝叶斯算法的分类成功率更高,能够有效地实现水下机器人的故障分类。     

基于FPGA技术的加速器切束控制系统设计

针对加速器驱动次临界系统(ADS)中强流质子直线加速器,即ADS注入器Ⅱ,设计了采用现场可编程门阵列(FPGA)切束技术的加速器快保护控制系统。当系统检测到束流异常故障信号时能快速切断束流,并上传故障信息,方便故障排查和后期数据分析。该控制器基于FPGA设计,可实现光纤通信、串口通信、逻辑电平信号输出等功能。其中,光纤通信功能用于控制斩波器电源快速切断束流;串口通信用于实时传输设备状态信息;逻辑电平信号输出用于控制继电器产生开关量信号去远程控制保护设备,以防止运行设备的损害。通过现场运行测试,切束响应时间在10 s之内,达到安全设计要求。     

基于融合技术的电子产品PHM系统研究

针对故障预测与健康管理(PHM)的复杂性,对融合技术进行了深入的分析和研究,提出了一种基于神经网络的特征融合方法,融合结果最大限度的给出决策分析所需要的特征信息,提高了故障诊断的可靠性;在预测方法上,提出了一种基于故障预兆监控与推理和失效物理(PoF)模型方法相融合的预测方法,充分利用了每种预测方法的优势,故障预兆监控与推理的方法能够提供故障诊断功能,而失效物理(PoF)模型的方法则有助于确定故障根源,融合预测方法能更加及时准确的预测故障;融合技术丰富了PHM的理论体系,提高了其实用价值。     

基于灰色预测和KID离群点检测的AUV故障诊断

提高故障诊断能力对于确保水下机器人AUV系统的稳定运行具有重要意义。针对水下机器人推进器系统,提出一种基于离群点检测的AUV故障检测方法。首先,将传感器采集的数据进行灰色预测处理;然后,提出了一种结合K-mean和DBSCAN的改进迭代聚类(Iterative K-mean DBSCAN,IKD)算法进行离群点检测;最后,与K-mean和DBSCAN算法相比,仿真实验结果表明基于灰色预测和KID离群点检测算法的故障检测准确率高,能够有效地实现水下机器人AUV的无监督故障诊断。     

基于拜占庭故障模式的空天飞行器GNC系统架构研究

针对空天飞行器对GNC系统的高可靠性需求,开展了基于拜占庭故障模式的GNC系统架构研究,采用四机三总线架构设计方案,通过系统内总线实现输入数据及输出数据多机冗余比对,防止拜占庭故障的发生,提升了系统可靠性,实现了系统自检测和故障的准确定位及隔离,并具有在线故障诊断、故障自修复功能,同时解决了高动态、强干扰环境下系统自主性较差的问题,提升了GNC系统可靠性和容错性;经分析,该系统架构能够满足空天飞行器在轨、再入复杂任务需求。     

基于节点导纳矩阵的模拟电路故障诊断

针对模拟电路故障诊断中的容差问题,提出了基于节点导纳矩阵(NAM)的模拟电路故障诊断方法。该方法以NAM为基础,提取被测电路(CUT)的故障特征向量。测试前,用仿真的方法生成被测电路中某一故障对应的故障样本子集,所有类别的故障样本子集构成故障样本集。测试时,测量被测电路的故障特征向量,并根据其与故障样本集中样本的相似性来判断电路发生的故障类型。由于电路的NAM对元件容差不敏感,所以可以很好地克服模拟电路故障诊断中的容差问题。实验结果证明了该方法的有效性。     

工业危害气体泄漏安全监护系统设计

针对基层保障人员装备保障过程中复杂故障诊断困难的问题,基于以网络为中心的架构和标准化诊断和维修信息描述,构建了一种装备现场级综合诊断系统。该系统利用便携式自动测试设备和远程技术支持系统灵活组织多种分布资源,通过网络把故障诊断的相关信息与专家知识提供给现场的保障人员,可以为保障现场解决装备复杂故障问题提供直接的、实时的、工程化的支持。     

基于SOPC技术的发射装置联调检测设备设计

为解决发射装置脱机状态下的综合检测问题,构建了基于片上可编程系统(SOPC)的发射装置联调检测设备。方案采用NiosⅡ软核处理器嵌入技术,并将处理器和外设接口控制逻辑集成在一块FPGA芯片中。FPGA内部程序模块设计使用VHDL语言描述,可重构性强,升级容易,移植性好。设备功能和性能达到设计要求,已在工厂装备修理中得到应用检验。     

HIAF-BRing电源样机模块故障联锁保护系统设计与实现

强流重离子加速器装置（HIAF）的增强器（BRing）二极铁电源样机采用多模块串并联的全储能快循环脉冲电源实现方案,电源功率达到MW级。由于电源规模庞大和功率巨大,为了在运行中迅速保护电源设备,设计并实现了一套双冗余的基于可编程逻辑控制器（PLC）、模块故障联锁板和现场可编程门阵列（FPGA）的模块故障联锁保护系统,利用硬件和软件同时对电源功率单元模块实施故障检测、故障传递和故障保护。设计完成后分别从电源联锁环路的响应时间、核心控制板故障引发电源环路联锁的总时间和设备故障响应等三个方面进行测试,测试结果表明,在电源发生故障时,模块故障联锁保护系统满足电源样机对实时性和可靠性的要求,达到设计目标。     

舰用压力测量系统故障诊断方法研究

针对舰员进行舰艇现场修理的需求,开展了舰用压力测量系统的故障诊断研究。分析了其基本组成和实装布置,归纳总结了常发生的典型故障,结合舰员级修理的特点,进行了详细的故障诊断需求分析。针对信号处理电路模块故障、压力传感器故障、压力测量通道接线故障三种典型故障类型,分别制定了具体的故障诊断方案。在故障诊断方案的基础上,基于虚拟仪器思想开展了故障诊断系统的硬件、软件设计。在通用硬件平台的基础上,为实现不同诊断对象的诊断,分别设计了相应的接口电路和信号调理电路。利用LabVIEW作为开发软件,编写了各故障类型的故障诊断子程序。软硬件联合调试结果表明,该故障诊断装置界面直观、操作简单、功能完善。     

基于自适应奇异观测器的连续系统故障诊断

针对连续系统的传感器与执行器故障诊断问题,提出一种自适应奇异观测器来进行故障估计,能同时估计系统中的传感器故障与执行器故障,并克服了以往研究中对故障、故障导数与系统干扰作上界已知假设的不足。利用H∞性能指标抑制了干扰对故障估计的影响;通过线性矩阵不等式来获得自适应奇异观测器的增益阵,从而很方便地完成故障诊断观测器的设计;采用Lyapunov泛函证明了观测误差动态系统是鲁棒渐近稳定的;最后通过仿真实例验证了所提方法的有效性。     

基于噪声滤波的非线性系统故障诊断方法研究

随着复杂系统故障诊断的要求不断增加,非线性滤波技术复杂系统诊断已越来越成为研究的热点与难点问题之一;针对传统的粒子滤波进行系统突变故障诊断的问题,文章提出了一种改进的噪声粒子滤波故障诊断新方法;方法给出了噪声粒子滤波统计模型,通过粒子滤波得到状态估计值,并得到全概率分布信息用于故障检测中;最后通过仿真实验以及数值模拟验证了文章提出的方法在复杂系统故障诊断中是有效的,同时具有较高的精确性。     

基于FPGA的无创伤血液成分光谱采集系统设计

血液成分检测是健康诊断的重要手段,常规的血液成分检测采用抽血的方法,不仅给病人带来痛苦,还存在交叉感染的风险。近红外光谱技术是无创伤血液成分检测中的研究热点。为满足近红外无创伤血液成分检测仪器对其光谱数据采集系统提出的高速、多通道和高信噪比的要求,设计了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的高速、多通道光谱数据采集系统。该系统采用Altera公司Cyclone IV系列的FPGA芯片作为其微控制器,控制两片8通道的A/D芯片并行采集16通道的人体血液脉搏波光谱信号,采集到的数据在FPGA的控制下首先缓存在FPGA内部建立的乒乓RAM中,然后转存至外部SRAM芯片中,最后经USB总线传输至计算机。实验结果表明,在19 531 Hz的采样频率下,该系统能够高速并行采集16个通道的信号,重复性信噪比可达40 000∶1。此外,在该采样率下,系统可以采集到高信噪比的人体血液脉搏波信号,采集速度能够达到每秒305幅光谱图。该系统满足近红外无创伤血液成分检测仪器对于光谱数据采集系统的基本要求。该研究的主要创新点为将FPGA应用于近红外无创伤血液成分检测仪器的数据采集系统中,FPGA能够同时控制两片AD芯片进行16路人体血液脉搏波数据的高速并行采集,解决了单片机作为微控制器时无法实现多通道大量数据高速采集和储存的问题,使仪器的采集速度大大加快;同时使用FPGA内部资源建立乒乓RAM进行数据的缓冲,实现了不同位数数据从AD芯片到SRAM芯片的无缝连续传输。     

复杂机载电子系统故障综合诊断技术研究

故障综合诊断技术一直是复杂机载电子系统研发过程中的关键部分,当前的故障诊断技术同时需要机内测试（BIT）和场外自动化测试设备（ATE）的测试结果才能得出诊断结果,诊断效率低,时间长并且不能在线诊断。针对新一代战斗机将更加依赖航空电子系统的趋势,迫切需要一种诊断时间短,且能够实现在线诊断的故障诊断技术。因此,一种基于模型的故障诊断方法被提出。该方法通过融合多信号模型和整数编码故障字典模型,模块间采用多信号模型,单个模块中采用整数编码故障字典模型,克服了多信号模型对测试信息的浪费和整数编码故障字典模型建模困难的缺点,并提出一种多目标测试优选方法,通过优化检测方案,充分发挥BIT的检测性能。该方法通过充分使用BIT的测试信息,摆脱了对场外ATE的依赖,实现了在线快速定位故障并识别故障模式。     

基于单幅图像的集成电路引脚共面性检测方法

集成电路(IC)芯片引脚的共面性检测是确保其贴装质量的关键。基于单幅图像提出一种IC引脚共面性检测方法。首先,基于单目视觉系统建立相机、光源和被测表面的关系模型;其次,给出发光二极管(LED)环形结构光源的光强标定方法,并通过实验确定被测IC引脚材质的相关参数;然后,基于建立的光强与图像灰度的关系模型给出高度信息的求解方法;最后,基于高度信息还原IC引脚及其焊点的表面三维形貌。实验结果表明,本文方法检测IC芯片引脚及其焊点的实验结果与实际测量结果相比,其高度测量误差小于±0.08 mm,相对误差为-2.6%,验证了本文方法的有效性。     

微电路FPGA的γ电离总剂量效应与加固技术

 讨论了Actel公司的FPGA芯片A1280XL在有偏置和无偏置条件下的γ电离总剂量效应，试验结果表明偏置条件对FPGA芯片电离总剂量效应有较大影响，在有偏置下FPGA芯片A1280XL失效阈最小，为12.16 Gy(Si)；无偏置时FPGA失效阈最大，为33.2 Gy(Si)。对芯片内部结构进行了辐射效应分析，并提出一些加固方法提高器件的抗总剂量能力，如电路设计中采用冗余技术来实现对故障的检测和隔离，以及选取适当的屏蔽材料对器件进行屏蔽。     

一种便携式信号电缆接地故障检测仪

铁路信号室里信号线的数量众多,如何准确定位芯线接地故障的位置是个亟待解决的问题。此文针对故障芯线阻容网络的接地模型,提出了单频幅相法的故障定位方法,即用故障芯线各个测试点的幅相信息来确定故障点的位置,并且为了解决单频幅相法操作上的局限性,提出了基于折合相位差的双频幅相法定位原理。介绍了一种以TMS320C5509A数字信号处理芯片为数据处理和控制核心的便携式信号电缆接地故障检测仪,给出了该系统的工作原理及硬件、软件实现方案。经实验室测试及系统联调,实验室条件下用信号发射装置和信号接收装置对模拟故障电缆进行测试,测试结果表明,设计的测试系统能够定位 接地电阻故障。该仪器达到了一定的精度,能较好地适用于工程现场的测试。     

基于LM-BP神经网络的气阀故障诊断方法

提出一种基于LM（Levenberg-Marquardt）算法优化的 BP (Back Propagation)神经网络的多级往复式压缩机压缩机气阀故障诊断方法。以6M25-185/314氢氮气压缩机的 6级压差和6级温差作为网络的输入向量,建立可对往复式压缩机一至六级气阀故障进行在线监测及故障诊断的LM-BP神经网络模型。以100组故障数据作为网络训练样本,30组数据作为网络检测样本进行故障诊断,结果表明,LM-BP神经网络相比于变梯度BP神经网络和RBF神经网络诊断更快速稳定且准确率达到96%以上。利用Matlab软件平台建立的LM-BP 神经网络故障诊断模型,模型简单便于在工程实际中应用。