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     

E级高性能计算机的维护故障诊断系统研究

E级计算机系统规模巨大,使得故障异常总量随之增多,导致诊断发现的难度增加,因此,迫切需要一套更加准确高效的实时维护故障诊断系统,对硬件系统进行全面的异常及故障信息实时检测、故障诊断及故障预测。传统故障诊断系统在面对数万节点规模的诊断时存在执行效率低、异常检测误报率高的问题,异常检测及故障诊断的覆盖率不足。对异常及故障检测、故障诊断与故障预测相关技术进行研究,分析技术原理及适用性,并结合E级高性能计算机实际工程需求,设计一套满足数E级高性能计算机需求的维护故障诊断系统。基于维护系统的结构组成设计可扩展的边缘诊断架构,将高性能计算机系统知识、专家知识与数理统计、机器学习相融合给出故障检测、诊断及预测算法,并针对专用场景建立预测模型。实验结果表明,该系统具有较好的可扩展性,能在10 s内完成对十万个节点规模系统的故障诊断,与传统故障诊断系统相比,异常检测某特定指标误报率从3.3%降低到几乎为0,硬件故障检测覆盖率从90.2%提升至96%以上,硬件故障诊断覆盖率从71%提升至约94%,能较准确地预测多个重要应用场景下的故障。     

基于FPGA的快速傅立叶变换(FFT)处理器的设计

文章针对目前数字信号处理中大量采用的快速傅立叶变换(FFT)算法采用软件编程来处理的应用现状,在对FFT算法进行分析的基础上,给出了用FPGA(Field Programmable Gate Array)实现的8点32位FFT处理器方案,并得到了系统的仿真结果.最后在Altera公司FLEX10K系列FPGA芯片上成功地实现了综合.     

部分可观Petri网结构信息在故障诊断中的应用

针对离散事件系统的故障诊断问题,本文提出了一种基于部分可观Petri网结构信息的诊断方法.它包括两个部分,第1部分利用故障变迁的可诊断子网确定故障变迁的可诊断性.第2部分在故障可诊断的基础上提出一种在线故障诊断方法:首先,利用Petri网的几种基本子网来分析故障变迁的可诊断子网的结构信息;其次,根据给定的可观测变迁序列和可诊断子网的结构特征来描述子网内部托肯的流动形式;最后,定义故障函数,并结合具体实例来描述故障变迁的发生情况.该故障诊断的方法基于部分可观Petri网结构信息,无需遍历系统状态空间,免去多项式级的计算复杂性,能够满足实时性的要求.     

基于多Agent的某型导弹故障诊断系统任务规划研究

针对基于多Agent的故障诊断系统任务规划问题,研究并给出了该系统任务描述方式和基于系统结构的任务分解方法以及针对诊断的任务分配方案;将诊断Agent的领域知识库建立在该武器系统3个分系统下的各基本结构级上,该方案综合考虑了故障的位置、参数类型和故障诊断率等信息,分配具有针对性,使系统基本实现了故障诊断任务的智能分配;同时这种分配方式的可扩展性、可修改性和灵活性较强,该方法在基于多agent的某型车载导弹故障诊断系统中得到了很好的应用。     

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。     

基于现场可编程门阵列的SMS4故障检测实现

硬件实现的SMS4加密算法计算过程中容易出现故障,为防止攻击者利用故障信息进行故障攻击从而破解SMS4算法,提出一种针对SMS4算法的故障检测方案。该方案首先分析了硬件实现的SMS4算法出现故障的位置及其影响,然后在关键路径上建立了3个检测点,通过实时监测检测点来定位算法执行过程中出现的故障。一旦成功检测到故障,立即重新执行算法以保证攻击者难以获取有效的故障信息。将提出的方案和原无故障检测的算法分别在Xilinx公司的Virtex-7和Altera公司的Cyclone Ⅱ EP2C35F76C6两个现场可编程门阵列(FPGA)上综合实现,在Virtex-7上,提出的带故障检测的方案比原算法占用逻辑资源增加30%,吞吐量相当;在EP2C35F76C6上比原算法增加0.1%的硬件资源,吞吐量达到原来的93%。实验结果表明,在尽量不影响吞吐量的前提下,提出的方案占用硬件资源小,并且可以有效地检测出故障,从而避免SMS4算法受到故障攻击。     

基于CPCI总线的航天器通信信号设备故障检测系统设计

针对当前航天器通信信号设备故障检测系统受到噪声影响,导致系统通信设备故障信号检测精准度低,检测时间长的问题,设计基于CPCI总线的航天器通信信号设备故障检测系统;CPCI故障模拟模块利用RS232串行线控制注入机,采用故障注入器执行故障注入CPCI总线,接收控制系统参数和指令,使用时钟分配芯片传输时钟信号,通过CPCI检测板卡模块,配合FPGA实现接口控制,完成系统硬件结构设计,利用任务间相互依赖关系,实现任务间相互检测,通过终端网工作站定期发送多路通信网相关信息,返回无疵点检测结果,采用二次相关算法,提取多通道通信故障信号详细信息,准确估算通信信号时延,排除多通道网络噪声影响造成的通信故障,完成系统软件部分设计;实验结果表明,基于CPCI总线的故障检测系统的故障信号检测时间仅为1.8 s,故障信号幅度最大为28 dB,最小为1 dB,与实际变化幅度一致,通信设备故障信号检测精准度较高,能够有效缩短通信设备故障信号检测时间。     

一种结合硬件特征的并行内存故障检测方案

针对March类内存检测算法越来越复杂、检测时间越来越长,且更适用于对嵌入式内存芯片的检测等问题,提出一种结合硬件特征的并行内存故障检测方案。该方案包括2种并行检测方法:(1)根据DDR2的结构和工作原理设计的芯片级并行,可以并行检测一个DDR2内部的多个内存芯片。(2)根据访存控制器的结构和工作原理设计的访存控制器级并行,可并行检测多个DDR2内存条。对于芯片级并行,访存带宽越大,即并行检测的芯片个数越多,并行效果越好,从1个芯片到并行检测8个芯片,内存的检测时间几乎是呈线性递减的。对于访存控制器级并行,访存控制器数量越多并行效果越好,从1个LMC到2个LMC,内存的检测时间几乎减少了一倍。实验结果表明,2种并行检测方法不仅能够成倍加快检测速度,而且更适用于用户对内存的检测。     

基于逻辑方程的飞机中央维护系统实时故障诊断方法

中央维护系统(CMS)是对飞机系统进行故障诊断和提供维护信息的主要系统,在提高飞机的测试性和维修性方面起着重要的作用.针对CMS实时故障诊断的问题,研究了基于逻辑方程的实时故障诊断方法.分析了CMS故障诊断功能需求,给出了CMS基于逻辑方程故障诊断的实现方法.通过构建逻辑方程规则知识库,提出了优化的匹配查找方法,并与预处理后的BIT信息匹配确定故障,提升了故障诊断效率.最后以飞机发动机电子控制系统的自检信息为例,建立逻辑方程知识库并进行故障诊断,结果表明该方法能快速准确诊断故障信息,为CMS实现故障诊断提供了有效的方案.     

基于MW-KECA与变量贡献SVDD的间歇过程故障检测系统

针对间歇过程的非线性和时变性特点以及故障易误报的问题,提出了一种将移动窗-核熵成分分析(MW-KECA)故障监测与基于变量贡献的支持向量数据描述(SVDD)故障诊断集合而成的故障检测系统.MW-KECA方法构建局部模型能有效处理数据的时变性,同时保留KECA优秀的非线性处理能力.故障诊断中以各变量对CS统计量-向量间角...     

FPGA时延故障检测技术研究

随着FPGA器件的应用越来越广泛,FPGA的测试和故障诊断技术得到了广泛重视和研究。FPGA的时延故障是FPGA内部故障中非常重要的一类故障类型,主要包含器件内部逻辑资源时延故障和连线资源时延故障。论文通过分析FPGA的内部结构和时延故障特性,研究FPGA内部逻辑资源时延和连线资源时延故障检测方法。利用Xilinx公司Virtex-Ⅱ系列FPGA完成时延故障检测方法验证,证明了FPGA时延故障检测的可实现性。     

基于粗集的工程机械现场故障信息预处理

针对工程机械远程(协同)诊断中现存的由于大量无序数据导致的故障信息传输阻塞、延迟等底层瓶颈问题,从工况监测、故障预测及诊断一体化角度,提出了基于粗集的现场故障信息预处理思想及框架;并在相关粗集知识的基础上,分别提出了装备工况监测和故障诊断的信息约简算法,结合混凝土运输车制动系统给予验证其有效性;在结论中对粗集进一步在故障诊断中的应用进行了探讨.     

FPGA 时延故障检测技术研究磁

随着 FPGA 器件的应用越来越广泛,FPGA 的测试和故障诊断技术得到了广泛重视和研究。 FPGA 的时延故障是 FPGA 内部故障中非常重要的一类故障类型,主要包含器件内部逻辑资源时延故障和连线资源时延故障。论文通过分析 FPGA 的内部结构和时延故障特性,研究 FPGA 内部逻辑资源时延和连线资源时延故障检测方法。利用 Xilinx 公司Virtex‐Ⅱ系列 FPGA 完成时延故障检测方法验证,证明了 FPGA 时延故障检测的可实现性。     

基于模型推理的系统级故障预测框架设计

针对装备实施故障预测过程中状态监测可达性的限制,提出系统级故障预测问题。通过参照国际标准化组织对故障预测的定义,界定系统级故障预测范畴,在此基础上应用基于模型推理的方法,构建系统级故障预测框架,实现从高层次系统监测信息中推理低层次难接近部件状态,更符合装备实际使用要求。     

基于多标签学习的旋转机械分级复合故障诊断

传统故障诊断方法大多是针对单一故障类型,然而在实际工业中多种故障会同时出现,即复合故障.针对复合故障诊断问题,一些学者引入多标签学习思想,多标签K近邻算法(ML-KNN)就是其中之一.然而ML-KNN算法作为一阶算法,只考虑标签与对应样本数据间的关系,却忽略了标签间的联系.针对该问题提出一种分级多标签学习算法,名为分层多标签K近邻算法(HML-KNN). HML-KNN算法将机械设备的退化阶段和故障类型分为两级,将第1级得到的标签信息进行转化,转化后的信息作为新特征放入第2级进行判断. HML-KNN算法是一种高阶算法,考虑了全局的标签信息,并在算法中包含了标签的特征转化,使得到的结果准确率更高.最后通过XJTU-SY数据集验证HML-KNN算法在处理复合故障诊断问题上的优越性.     

基于SOPC的音膜内外边缘实时检测

针对音膜检测中在线实时处理的要求,采用可编程片上系统(System On a Programmable Chip,SOPC)技术和IP(Intellectual Property)复用技术,介绍了基于SOPC的高速低功耗的音膜内外边缘实时检测方法。在Xilinx公司的Virtex-4系列的FPGA(Field Programmable Gate Array)芯片上实现了基于Sobel算子的音膜内外圆边缘检测。结果表明,该系统性能稳定可靠,可脱离PC进行独立工作,检测速度明显高于基于PC的视觉检测系统,达到在线检测实时性要求。     

主运煤流线协同控制系统的故障诊断设计

针对主运煤流线协同控制系统存在维护困难的问题,开发了一种主运煤流线协同控制系统故障诊断模块,从设备级诊断、系统级诊断、远程诊断3个方面介绍了系统故障诊断原理:设备级诊断记录相关传感器、本安电源等重要事件并传输给协同控制器;系统级诊断对系统各设备统一授时,由协同控制器运行故障诊断算法分析故障原因,并将分析结果推送至地面集控室;远程诊断是由地面集控室工程师或装备制造企业研发人员分析并确认故障原因,并通知巡检人员排除故障。     

基于模糊控制和大数据算法模型的电力运维故障诊断设备方法

针对现有技术中对电力运维故障检测灵敏度低、诊断误差大等问题,设计了一种新型故障诊断方案。该方案将PID模糊控制计算器与大数据算法模型相结合,并采用实时布线的方法减少诊断面积,基于改进型大数据算法模型提取电力运维设备故障数据特征,对电力运维设备运行工况构建诊断网络,通过分析电力运维设备工况的功能系统完成数据诊断。为了减少诊断误差,该研究设计了一种故障诊断设备,采用集成芯片化设计和算法程序,减小体积的同时保证检测结果的准确性。实验结果表明,该研究方法故障诊断误差小,准确率最高达到98.6%。     

基于FPGA的双机热备外设容错系统仿真设计

针对传统的继电保护冗余系统缺乏对敏感外设容错处理、切换速度慢等问题,提出了基于FPGA的双机热备外设容错系统。该系统由FPGA控制器、DSP控制器、双A/D模块、双继电器模块等外设组成,FPGA控制器完成双机外设模块的故障检测、双机实时切换,为DSP控制器提供A/D实时采样数据、继电器信号接口,DSP控制器对采样数据进行计算与分析,产生继电保护信号,FPGA控制器和DSP控制器通过"心跳"信号互相检测。FPGA控制器时序仿真波形表明:双机外设模块可以实现周期故障自检、双机快速切换。