一种基于仿真分类模型的多探测点故障元器件定位方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及硬件电路故障诊断领域，特别涉及一种基于仿真分类模型的多探测点 故障元器件定位方法。
【背景技术】
[0002] 硬件电路故障诊断技术是一种应用现代化仪器设备和计算机系统等高新技术设 备，通过测试获取电路可及节点或端口的波形信息，推断该电路系统当前的状态，确定故障 元器件的部位，预测故障的发生，判别电子产品的质量并给出维修的提示的技术。应用故障 诊断技术可以及时发现设备的故障和预防恶性事故的发生，从而避免出现重大损失。
[0003] 传统的硬件电路故障诊断方法，大多以实际电路为依据进行反复的测试并结合故 障分析的经验知识实现故障电路中故障器件的定位。传统方法对故障分析人员的专业知识 要求较高，当电路系统比较庞大时，人为的进行故障分析并定位故障器件将耗费大量的时 间，无法适应工业生产大批量的硬件电路诊断的需求。并且，在传统方法由于故障分析人员 的不同，使故障电路诊断分析的精确度不一，而形成一定的故障隐患，从而可能导致更严重 的故障和经济损失。
[0004] 因此，需要一种故障电路分析诊断精确度高，故障元器件定位速度快的故障元器 件定位方法。
【发明内容】
[0005] 为解决上述技术问题，本发明提供一种基于仿真分类模型的多探测点故障元器件 定位方法。
[0006] 本发明的基于仿真分类模型的多探测点故障元器件定位方法的步骤包括，
[0007] 步骤一：基于待诊断电路各节点的正常电路仿真和单故障遍历的故障仿真所输出 的各节点的基准波形和若干个单故障波形，而构造各个节点的单故障波形记录集；
[0008] 步骤二：应用改进的二分K均值聚类算法分别将各节点的所述单故障波形记录集 分裂为若干个簇，并且每个簇表示一种故障模型；
[0009] 步骤三：基于各节点已分裂若干个簇的所述单故障波形记录集，而分别构建各节 点的三维故障分类模型；
[0010] 步骤四：获取待诊断电路各节点的探测波形，并将各节点的所述探测波形分别应 用到相应节点的所述三维故障分类模型中，得到所述待诊断电路在各节点具有的所述故障 模型，通过计算出所述待诊断电路具有的所有所述故障模型的交集，从而定位所述待诊断 电路的故障元器件。
[0011] 根据一种优选的实施方式，构造各个节点的单故障波形记录集的方法包括，
[0012] 第一步：选择各节点的采样时间段，而分别截取各节点的每个单故障波形以及基 准波形在所述采样时间段内的波形段，并设定各个节点的基准波形在所述采样时间段内的 波形段的最小值为相应节点的固定零值，设定各个节点的基准波形在所述采样时间段内的 波形段的最大值为相应节点的固定峰值；
[0013] 第二步：在所述采样时间段内的一个时间点分别提取各节点的每个单故障波形以 及基准波形的所述波形段上对应的幅值或者逻辑值，并利用提取的幅值或逻辑值，计算各 节点的每个单故障波形分别与相应节点的基准波形的距离DIS、相应节点的固定零值的距 离DISl和相应节点的固定峰值的距离DIS2 ;
[0014] 第三步：将各节点的每个故障波形的计算结果分别对应一个三维矢量 (DIS，DIS1，DIS2)，并且将每个节点所有对应的所述三维矢量（DIS，DIS1，DIS2)集合在一 起而构成各节点的所述单故障波形记录集。
[0015] 根据一种优选的实施方式，应用改进的二分K均值聚类算法将各节点的所述单故 障波形记录集分裂为若干个簇的方法包括，
[0016] 第一步：设定簇分裂停止阈值和簇分裂有效阈值th 2，以及最大随机分裂次数 η ；
[0017] 第二步：初始化簇表，初始簇包括相应节点的所述单故障波形记录集内的所有所 述三维矢量（DIS，DIS1，DIS2);并选择簇表中具有最大误差平方和的簇作为待分裂簇；
[0018] 第三步：将所述待分裂簇随机分裂成两个子簇，当前随机分裂次数加一，并计算所 述待分裂簇的误差平方和SSE tef_与所述簇分裂结果内的两个子簇的误差平方和的总和 SSEafteJ^差的绝对值；其中，
[0019] 所述绝对值小于所述簇分裂有效阈值th2，则不保留相应的所述簇分裂结果，所述 绝对值大于或等于所述簇分裂有效阈值th 2，则保留相应的所述簇分裂结果；
[0020] 判定当前随机分裂次数是否等于最大随机分裂次数n，若不等于，则再次执行本 步骤的相应操作；若等于，则从保留的簇分裂结果中，选择两个子簇的误差平方和的总和 SSEaftCT最小的所述簇分裂结果作为所述待分裂簇最终所述簇分裂结果；
[0021] 第四步：第三步中的所述待分裂簇最终所述簇分裂结果的两个子簇更新至所述簇 表；并计算出簇表中的簇的误差平方和的总和SSE total，其中，
[0022] 若SSEtotal小于所述簇分裂停止阈值th i，则停止簇分裂；
[0023] 若SSEtotal大于或等于所述簇分裂停止阈值th i，则在更新后的所述簇表中选择一 个新的待分裂簇，并继续执行第三步和本步骤的相应操作。
[0024] 根据一种优选的实施方式，将所述单故障波形记录集中每个簇分别设定成一种 故障模型，并分别对每个簇内的所述三维矢量（DIS，DIS1，DIS2)进行单故障类别标号，使 每一个标号与一种单故障模型对应，并且每一种所述故障模型包含至少一个所述单故障模 型。
[0025] 根据一种优选的实施方式，簇的误差平方和的计算公式为，
[0026]
[0027] 其中，SSE1表示第i个簇的误差平方和，Hi1表示第i个簇中包含的三维矢量个数， Fault · Veclj表示第i个簇中的第j个三维矢量，k · vec i表示第i个簇的三维质心矢量； 其中，第i个簇的三维质心矢量的计算公式为， CN 105137324 A 兄明书 3/17 页
[0028]
[0029] 其中，C1表示第i个簇中包含的三维矢量（DIS，DIS1，DIS2)的集合。
[0030] 根据一种优选的实施方式，基于各节点分裂为若干个簇的所述单故障波形记录 集，构建各节点的三维故障分类模型的步骤包括，
[0031] 各节点的所述单故障波形记录集的簇分裂停止后，分别计算各节点的所述单故障 波形记录集内各个簇的三维质心矢量，其中，每个簇的三维质心矢量分别与一种所述故障 模型对应；
[0032] 应用最近邻算法，并将各节点的所述单故障波形记录集内每个簇的三维质心矢量 作为所述故障模型分类的参照，而分别构建各节点的所述三维故障分类模型。
[0033] 根据一种优选的实施方式，定位待诊断电路的故障元器件的方法包括，
[0034] 第一步：通过探针探测待诊断电路的每个节点，分别获取所述待诊断电路的各个 节点的探测波形；
[0035] 第二步：选择每个节点的采样时间段，而分别截取每个节点的所述探测波形以及 基准波形在所述采样时间段内的波形段，并设定各个节点的基准波形在所述采样时间段内 的波形段的最小值为相应节点的固定零值，设定各个节点的基准波形在所述采样时间段内 的波形段的最大值为相应节点的固定峰值；
[0036] 第三步：在所述采样时间段内的一个时间点分别提取每个节点的所述探测波形以 及基准波形的所述波形段上对应的幅值或者逻辑值，并利用提取的幅值或逻辑值，计算每 个节点的所述探测波形分别与基准波形的距离dis、相应节点的固定零值的距离disl和相 应节点的固定峰值的距离dis2 ;
[0037] 第四步：将每个节点的所述探测波形的计算结果分别对应一个三维矢量 (dis，disl，dis2);并将每个节点的所述三维矢量（dis，disl，dis2)分别归类到相应节点 的所述故障波形三维分类模型中，而得出所述待诊断电路在各节点具有的所述故障模型， 通过计算出所述待诊断电路具有的所有故障模型的交集，从而定位所述待诊断电路的故障 元器件。
[0038] 根据一种优选的实施方式，得出所述待诊断电路在各节点具有的所述故障模型的 方法包括，
[0039] 应用最近邻算法，计算相应节点的所述单故障波形记录集的每个簇的三维质心矢 量与所述三维矢量（di