[發(fā)明專利]一種基于信息熵和動(dòng)態(tài)規(guī)劃的故障診斷樹生成方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010111357.2
• 申請(qǐng)日: 2020-02-24
• 公開（公告）號(hào): CN111274540A
• 公開（公告）日: 2020-06-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉震;杜立;梅文娟;楊成林;周秀云
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F17/16
• 分類號(hào): G06F17/16;G01R31/28
• 代理公司: 成都行之專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51220
• 代理人: 溫利平

1.一種基于信息熵和動(dòng)態(tài)規(guī)劃的故障診斷樹生成方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)、構(gòu)建故障測(cè)試模型H；

H＝{S,T,D,P,C}

其中，S表示待測(cè)系統(tǒng)出現(xiàn)的各種故障集，S＝{s₁,s₂,…,s_M}，M為故障總數(shù)；T表示待測(cè)系統(tǒng)的所有可用測(cè)點(diǎn)集，T＝{t₁,t₂,…,t_N}，N為可用測(cè)點(diǎn)總數(shù)；P表示待測(cè)系統(tǒng)發(fā)生某個(gè)故障的先驗(yàn)概率集，P＝{p₁,p₂,…,p_M}，p_i表示出現(xiàn)故障s_i的先驗(yàn)概率，i＝1,2,…,M；C表示與T對(duì)應(yīng)的測(cè)試代價(jià)集，C＝{c₁,c₂,…,c_N}；D為故障依賴矩陣，具體表示為：

其中，d_ij表示故障s_i在可用測(cè)點(diǎn)t_j下的測(cè)試信息，d_ij＝0或d_ij＝1，當(dāng)d_ij＝0時(shí)，表示待測(cè)系統(tǒng)中發(fā)生故障s_i時(shí)不能通過可用測(cè)點(diǎn)t_j檢測(cè)出來；當(dāng)d_ij＝1時(shí)，表示待測(cè)系統(tǒng)中發(fā)生故障s_i時(shí)能夠通過可用測(cè)點(diǎn)t_j檢測(cè)出來；

(2)、構(gòu)建動(dòng)態(tài)規(guī)劃列表；

在動(dòng)態(tài)規(guī)劃列表中創(chuàng)建一節(jié)點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)的故障模糊集包含整個(gè)電路系統(tǒng)中所有故障狀態(tài)，即S＝{s₁,s₂,…,s_N}，將該節(jié)點(diǎn)作為啟發(fā)式搜索的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，同時(shí)將該節(jié)點(diǎn)的可選測(cè)點(diǎn)集合T設(shè)置為全部測(cè)點(diǎn)，即T＝{1,2,3,…,M}；

(3)、通過啟發(fā)式搜索最優(yōu)測(cè)點(diǎn)；

(3.1)、判斷當(dāng)前故障集S內(nèi)是否只有一個(gè)故障，如果是，則故障隔離率設(shè)置為100％，期望測(cè)試代價(jià)設(shè)置為0，返回結(jié)果；如果不是，則進(jìn)入步驟(3.2)；

(3.2)、判斷當(dāng)前可用測(cè)點(diǎn)集T是否為空集，如果是，則故障隔離率和平均測(cè)試代價(jià)都設(shè)置為0，返回結(jié)果；如果不是，則進(jìn)入步驟(3.3)；

(3.3)、選出有效測(cè)點(diǎn)；

(3.3.1)、由故障依賴矩陣D、故障模糊集S和可選測(cè)點(diǎn)集合T，得到故障依賴的子矩陣D_sub，D_sub＝{d_ij|s_i∈S,t_j∈T}；刪除D_sub中測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的各個(gè)電路故障狀態(tài)為0和全為1的無效測(cè)點(diǎn)，得到具有隔離效果的測(cè)點(diǎn)集合T'；

(3.3.2)、根據(jù)故障依賴的子矩陣D_sub中各測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)依賴信息相同的情況下，保留測(cè)試代價(jià)最小的測(cè)點(diǎn)，得到有效測(cè)點(diǎn)集合T”＝{t₁,t₂,…,t_k,…,t_m}，其中，t_k為第k個(gè)有效測(cè)點(diǎn)；

(3.4)、初始化各個(gè)有效測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的啟發(fā)函數(shù)值；

(3.4.1)、對(duì)于某個(gè)有效測(cè)點(diǎn)t_k，在D_sub中剔除測(cè)點(diǎn)t_k所在的列，獲得的矩陣記為D_sub,k；

(3.4.2)、計(jì)算s_i在D_sub,k中對(duì)應(yīng)的行行向量與其他故障對(duì)應(yīng)的行向量的歐式距離，再選出其最小值作為故障s_i的最短距離dis_i；

(3.4.3)、計(jì)算測(cè)點(diǎn)t_k對(duì)應(yīng)的信息熵h_k；

其中，p_i故障s_i出現(xiàn)的概率；

(3.4.4)、重復(fù)步驟(3.4.1)～3.4.3)，計(jì)算出當(dāng)前所有有效測(cè)點(diǎn)的信息熵，并作為其啟發(fā)函數(shù)值；

(3.5)、根據(jù)各有效測(cè)點(diǎn)的啟發(fā)函數(shù)值搜索最優(yōu)測(cè)點(diǎn)

(3.5.1)、將所有信息熵值最大的有效測(cè)點(diǎn)放進(jìn)集合H中，同時(shí)初始化最優(yōu)故障隔離率FIR_opt＝0，最優(yōu)測(cè)點(diǎn)代價(jià)Cost_opt＝0；

(3.5.2)、判斷H當(dāng)前是否為空集，若為空集，將當(dāng)前最優(yōu)故障隔離率FIR_opt和最優(yōu)測(cè)點(diǎn)代價(jià)Cost_opt以及它們對(duì)應(yīng)的測(cè)點(diǎn)t_opt作為故障模糊集S的最優(yōu)故障隔離率、最優(yōu)代價(jià)以及最優(yōu)測(cè)點(diǎn)，記錄在動(dòng)態(tài)規(guī)劃列表中，并返回結(jié)果；若H中有測(cè)點(diǎn)，取出當(dāng)前測(cè)試代價(jià)最小的測(cè)點(diǎn)t_k，進(jìn)入步驟(3.5.3)；

(3.5.3)、根據(jù)有效測(cè)點(diǎn)t_k的故障依賴信息，將S分割為兩個(gè)子故障集S_0,k和S_1,k，具體為：

S_0,k＝{s_0,p|d_pk＝0}

S_1,k＝{s_1,p|d_pk＝1}

其中，d_pk表示第p個(gè)故障在第k個(gè)測(cè)點(diǎn)下的測(cè)試信息；

(3.5.4)、查看動(dòng)態(tài)規(guī)劃列表中是否存在關(guān)于S_0,k的最優(yōu)解，若該最優(yōu)解已經(jīng)存在，則記錄該最優(yōu)解下的故障隔離率FIR₀和最優(yōu)代價(jià)Cost₀；若該最優(yōu)解尚未解出，將S_0,k作為故障模糊集，進(jìn)入步驟(3.1)進(jìn)行啟發(fā)式搜索，直到獲得S_0,k的最優(yōu)測(cè)點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的故障隔離率FIR₀以及最優(yōu)代價(jià)Cost₀；

(3.5.5)、查看動(dòng)態(tài)規(guī)劃列表中是否存在關(guān)于S_1,k的最優(yōu)解，若該最優(yōu)解已經(jīng)存在，則記錄該最優(yōu)解下的故障隔離率FIR₁和最優(yōu)代價(jià)Cost₁；若該最優(yōu)解尚未解出，將S_1,k作為故障模糊集，進(jìn)入步驟(3.1)進(jìn)行啟發(fā)式搜索，直到獲得S_1,k的最優(yōu)測(cè)點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的故障隔離率FIR₁以及最優(yōu)測(cè)試代價(jià)Cost₁；

(3.5.6)、在待選測(cè)點(diǎn)t_k下，計(jì)算診斷樹的故障隔離率FIR和代價(jià)Cost：

FIR＝(FIR₀×n₀+FIR₁×n₁)/(n₀+n₁)

其中，n₀和n₁分別為S_0,k和S_1,k中故障狀態(tài)的個(gè)數(shù)；

(3.5.7)、如果待選測(cè)點(diǎn)t_k下診斷樹的故障隔離率FIR大于FIR_opt，或者FIR＝FIR_opt時(shí)Cost小于Cost_opt，則更新FIR_opt＝FIR，Cost_opt＝Cost_k，然后返回步驟(3.5.)；

(4)、生成故障診斷樹

(4.1)、初始化故障診斷樹(S，t，S₀，S₁)為空集，向故障診斷樹中添加根節(jié)點(diǎn)的故障集信息S＝{s₁,s₂,…,s_N}；

(4.2)、根據(jù)故障依賴矩陣D和最優(yōu)測(cè)點(diǎn)t，重新將S分解為通過故障集S₀和非通過故障集S₁兩個(gè)子集:

S₀＝{s_p|d_pt＝0}

S₁＝{s_p|d_pt＝1}

其中，s_p為S中包含電路系統(tǒng)中的所有故障狀態(tài)，d_pt為故障s_p在測(cè)點(diǎn)t下的測(cè)試信息；

(4.3)、將子集S₀設(shè)置為故障模糊集S，向故障診斷樹中添加該節(jié)點(diǎn)的左子節(jié)點(diǎn)，若子集S₀中故障個(gè)數(shù)不為1，則返回步驟(4.2)，否則得到故障診斷樹的左子樹；

(4.4)、將子集S₁設(shè)置為故障模糊集S，向故障診斷樹中添加該節(jié)點(diǎn)的右子節(jié)點(diǎn)，若子集S₁中故障個(gè)數(shù)不為1，則返回步驟(4.2)，否則得到故障診斷樹的右子樹。