基于遺傳規(guī)劃的模擬電路故障測(cè)試最優(yōu)序貫搜索方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于模擬電路故障測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，更為具體地講，設(shè)及一種基于遺傳規(guī)劃 的模擬電路故障測(cè)試最優(yōu)序貫捜索方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 最優(yōu)序貫測(cè)試問題是模擬電路可測(cè)性設(shè)計(jì)和分析方法中的一個(gè)關(guān)鍵問題。最簡形 式的最優(yōu)序貫測(cè)試問題可W定義為一個(gè)四元組(5,9，1'，(3)。8={3〇,31，32^-，3。}表示所有 可能的故障集，其中so表示無故障狀態(tài)，sj表示任何一種可能發(fā)生的故障，m表示故障情況的 數(shù)量。P=[P(S0)，P(S1)，···，p(Sm)]T是W上故障集元素所可能發(fā)生的先驗(yàn)概率集合，p(S〇)表 示無故障所發(fā)生的概率。理論上先驗(yàn)概率和應(yīng)該為1，即
部分情況下直接 策略所得概率和可能并不滿足，需要通過歸一化來實(shí)現(xiàn)。Τ= [to, tl，t2,…，tn]表示的是所 有可用測(cè)點(diǎn)的集合，η表示測(cè)點(diǎn)數(shù)量。其中每個(gè)測(cè)點(diǎn)都可能檢測(cè)到一個(gè)或幾個(gè)故障，故障集S 和測(cè)點(diǎn)集Τ的所有元素整合到一起構(gòu)成一個(gè)依賴矩陣。矩陣中的每個(gè)元素 du表示當(dāng)某個(gè)故 障S潑生時(shí)，對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)ti的測(cè)試是否能通過，其中0表示測(cè)試不通過，1表示測(cè)試能通過。向量 C=k〇，Cl，C2,…，cn]中的每個(gè)元素 Cl對(duì)應(yīng)的是每個(gè)測(cè)點(diǎn)ti在檢測(cè)過程當(dāng)中所需花費(fèi)的代 價(jià)。
[0003] 單個(gè)故障被檢測(cè)出所需要的代價(jià)為其先驗(yàn)概率與檢測(cè)出它所花的所有測(cè)點(diǎn)的成 本和的乘積，因此整個(gè)序貫測(cè)試的總體代價(jià)所有故障被檢測(cè)出的所需代價(jià)總和的計(jì)算公式 可W表示為
。表1是測(cè)試依賴矩陣示例。
[0004]
[0005] 表 1
[0006] 表1表示的是由運(yùn)四元組構(gòu)成的一個(gè)依賴矩陣?yán)?，根?jù)運(yùn)個(gè)依賴矩陣可W看出 該系統(tǒng)無故障的概率為0.7,測(cè)試成本都為1。根據(jù)該矩陣可W很快將故障集S中的各個(gè)故障 隔離開來。圖1是表1所示模擬電路的一個(gè)故障診斷樹。如圖1所示，故障診斷樹中每個(gè)故障 集可W通過對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)的測(cè)試分割為兩個(gè)子故障集，Go表示該測(cè)點(diǎn)能夠成功檢測(cè)出對(duì)應(yīng)故障 點(diǎn)的故障狀態(tài)，No Go表示該測(cè)點(diǎn)無法檢測(cè)出對(duì)應(yīng)故障點(diǎn)的故障狀態(tài)。從圖1可W看出該依 賴矩陣的故障隔離率為100%，按照上述代價(jià)計(jì)算公式可W計(jì)算出圖1所示的測(cè)點(diǎn)選取方式 的所需代價(jià)為3.16。而一般來說，同一個(gè)依賴矩陣能完成故障隔離的序貫測(cè)試方法可W有 很多種，或者說表1所對(duì)應(yīng)的故障診斷樹可能有很多棵，圖1顯示的只是其中一棵。再考慮到 測(cè)點(diǎn)成本和故障發(fā)生概率，不難理解運(yùn)些樹所對(duì)應(yīng)的代價(jià)也會(huì)不同，總有某一種測(cè)點(diǎn)選擇 方法所帶來的測(cè)試代價(jià)是最小的，即最優(yōu)序貫測(cè)試。但是在實(shí)際應(yīng)用中，由于測(cè)點(diǎn)的數(shù)量較 多，如何快速準(zhǔn)確地捜索得到最優(yōu)序貫測(cè)試是一大難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于遺傳規(guī)劃的模擬電路故障 測(cè)試最優(yōu)序貫捜索方法，捜索得到能W最小測(cè)試代價(jià)隔離出盡可能多的故障的測(cè)點(diǎn)序列， 為模塊電路的故障測(cè)試提供指導(dǎo)。
[0008] 為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明基于遺傳規(guī)劃的模擬電路故障測(cè)試最優(yōu)序貫捜索方 法包括W下步驟：
[0009] S1:根據(jù)模擬電路的測(cè)試依賴矩陣隨機(jī)生成Q個(gè)故障診斷樹；
[0010] S2:令迭代次數(shù)w=l;
[0011] S3:計(jì)算每個(gè)故障診斷樹所對(duì)應(yīng)的測(cè)試代價(jià)的倒數(shù)，作為該故障診斷樹的個(gè)體適 應(yīng)度；
[0012] S4:根據(jù)各故障診斷樹的個(gè)體適應(yīng)度選擇得到父個(gè)體集合；
[0013] S5:將父個(gè)體集合中的個(gè)體隨機(jī)分為Q/2組，然后W組為單位，比較每組中的兩個(gè) 個(gè)體是否存在故障集相同的結(jié)點(diǎn)，如果某組中的兩個(gè)個(gè)體不存在故障集相同的結(jié)點(diǎn)，則該 組不進(jìn)行交叉操作，如果某組中的兩個(gè)個(gè)體存在故障集相同的結(jié)點(diǎn)，首先刪除大小等于M-1 或等于1的相同故障集，Μ表示故障集S中故障數(shù)量，在剩余的相同故障集中任意選擇一個(gè)故 障集，交換該故障集結(jié)點(diǎn)及其子樹；
[0014] S5:對(duì)于交叉后的每個(gè)個(gè)體，任意選擇一個(gè)測(cè)點(diǎn)結(jié)點(diǎn)，對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)記為t，從該測(cè)點(diǎn)結(jié) 點(diǎn)的可用測(cè)點(diǎn)集中選擇另外一個(gè)測(cè)點(diǎn)t/，t/ ^t，并且該測(cè)點(diǎn)t/能夠分割當(dāng)前測(cè)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的 故障集，將當(dāng)前測(cè)點(diǎn)t更換為測(cè)點(diǎn)t/，重新生成該測(cè)點(diǎn)結(jié)點(diǎn)下的子樹；
[00巧]S6:如果w=W，W表示最大迭代次數(shù)，進(jìn)入步驟S7，否則令w=w+l，返回步驟S3;
[0016] S7:從當(dāng)前的Q個(gè)故障診斷樹中選擇測(cè)試代價(jià)最小的故障診斷樹，作為最終故障診 斷樹。
[0017] 本發(fā)明基于遺傳規(guī)劃的模擬電路故障測(cè)試最優(yōu)序貫捜索方法，首先根據(jù)模塊電路 的測(cè)試依賴矩陣隨機(jī)生成若干個(gè)故障診斷樹，采用遺傳規(guī)劃的方法對(duì)故障診斷樹進(jìn)行選 擇、交叉和變異，其中W故障診斷樹所對(duì)應(yīng)的測(cè)試代價(jià)的倒數(shù)作為該故障診斷樹的個(gè)體適 應(yīng)度，根據(jù)故障診斷樹的特點(diǎn)，在交叉過程中僅交換故障集結(jié)點(diǎn)及其子樹，在變異過程中僅 選擇測(cè)點(diǎn)進(jìn)行變異，重新生成該測(cè)點(diǎn)結(jié)點(diǎn)下的子樹，經(jīng)過多次迭代后從當(dāng)前的若干個(gè)故障 診斷樹中選擇測(cè)試代價(jià)最小的故障診斷樹，作為最終故障診斷樹。本發(fā)明從故障診斷樹的 特點(diǎn)，對(duì)傳統(tǒng)的遺傳規(guī)劃方法進(jìn)行了改進(jìn)，從而可W準(zhǔn)確捜索得到W最小測(cè)試代價(jià)隔離出 最多的故障點(diǎn)的測(cè)點(diǎn)序列，為模塊電路的故障測(cè)試提供指導(dǎo)。
【附圖說明】
[0018] 圖1是表1所示模擬電路的一個(gè)故障診斷樹；
[0019]圖視遺傳規(guī)劃的樹狀結(jié)構(gòu)示例圖；
[0020] 圖3是本發(fā)明基于遺傳規(guī)劃的模擬電路故障測(cè)試最優(yōu)序貫捜索方法的具體實(shí)施方 式流程圖；
[0021] 圖4是本實(shí)施例中所采用的故障診斷樹生成方法；
[0022] 圖5是本發(fā)明中個(gè)體交叉的示例圖；
[0023] 圖6是本發(fā)明中個(gè)體變異的示例圖；
[0024] 圖7是采用本發(fā)明根據(jù)表1所示依賴矩陣所捜索得到的最優(yōu)故障診斷樹；
[0025] 圖8是采用本發(fā)明根據(jù)表2所示依賴矩陣所捜索得到的最優(yōu)故障診斷樹。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行描述，W便本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地 理解本發(fā)明。需要特別提醒注意的是，在W下的描述中，當(dāng)已知功能和設(shè)計(jì)的詳細(xì)描述也許 會(huì)淡化本發(fā)明的主要內(nèi)容時(shí)，運(yùn)些描述在運(yùn)里將被忽略。
[0027] 為了更好地說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，首先對(duì)本發(fā)明所基于的技術(shù)思想進(jìn)行說明：
[0028] 本發(fā)明是基于遺傳規(guī)劃來對(duì)模擬電路測(cè)試的最優(yōu)序貫進(jìn)行捜索。遺傳規(guī)劃是遺傳 算法的擴(kuò)展，是一種捜索尋優(yōu)技術(shù)，主要通過效仿生物的進(jìn)化和遺傳，根據(jù)優(yōu)勝劣汰的原 貝1J，使所要解決的問題從初始解一步步地逼近最優(yōu)解，主要進(jìn)化過程為種群初始化、挑選、 交叉和變異。
[0029] 遺傳規(guī)劃中的個(gè)體一般表現(xiàn)為樹狀結(jié)構(gòu)，有著靈活處理結(jié)構(gòu)和大小不預(yù)先確定問 題的優(yōu)點(diǎn)，一般常用于解決符號(hào)回歸問題。例如，個(gè)體y=A+Bx所對(duì)應(yīng)的樹狀結(jié)構(gòu)如圖2。圖2 是遺傳規(guī)劃的樹狀結(jié)構(gòu)示例圖。比較圖1和圖2,可W看出序貫測(cè)試問題中的故障診斷樹和 遺傳規(guī)劃個(gè)體表達(dá)都是采用二叉樹形結(jié)構(gòu)來表示的?；谶\(yùn)個(gè)啟發(fā)，本發(fā)明提出了采用遺 傳規(guī)劃來解決序貫測(cè)試問題的方法。將模擬電路的故障診斷樹也看成一個(gè)個(gè)體，然后采用 遺傳規(guī)劃的算法來進(jìn)化求出最優(yōu)個(gè)體解。
[0030] 圖3是本發(fā)明基于遺傳規(guī)劃的模擬電路故障測(cè)試最優(yōu)序貫捜索方法的具體實(shí)施方 式流程圖。如圖3所示，本發(fā)明基于遺傳規(guī)劃的模擬電路故障測(cè)試最優(yōu)序貫捜索方法包括W 下步驟：
[0031] S301:種群初始化：
[0032] 在本發(fā)明中，種群初始化是根據(jù)模擬電路的測(cè)試依賴矩陣隨機(jī)生成Q個(gè)故障診斷 樹，Q的大小根據(jù)需要確定。故障診斷樹的生成方法可W根據(jù)需要來選擇。根據(jù)圖1可知，在 故障診斷樹中，每個(gè)故障集都能被對(duì)應(yīng)的測(cè)點(diǎn)分割為子故障集。為了防止做無用功，減少測(cè) 試代價(jià)，在生成故障診斷樹應(yīng)當(dāng)注意兩點(diǎn)：
[0033] ?在分割某故障集的時(shí)所選測(cè)點(diǎn)必須不能與前面已被選過測(cè)點(diǎn)的重復(fù)；
[0034] ?如果某個(gè)測(cè)點(diǎn)被選取后沒有成功將故障集分割成兩部分，那么舍棄運(yùn)個(gè)測(cè)點(diǎn)， 重新選取，即便是沒有與前面測(cè)點(diǎn)重復(fù)的新測(cè)點(diǎn)。
[0035] 基于W上兩個(gè)原則，本實(shí)施例中提出了一種故障診斷樹生成方法。圖4是本實(shí)施例 中所采用的故障診斷樹生成方法。如圖4所示，本實(shí)施例中所采用的故障診斷樹生成方法包 括W下步驟：
[0036] S401:初始化參數(shù)：
[0037] 令根結(jié)點(diǎn)po為故障集，即p〇 = S，令層數(shù)初始值k = 0。
[0038] S402:統(tǒng)計(jì)第k層故障集結(jié)點(diǎn)數(shù)量化。
[0039] S403:判斷是否化=0，如果不是，進(jìn)入步驟S404，否則故障診斷樹生成結(jié)束。
[0040] S404:令故障集結(jié)點(diǎn)序號(hào)d = l。
[0041] S405:選擇測(cè)點(diǎn)：
[0042] 首先確定當(dāng)前測(cè)點(diǎn)結(jié)點(diǎn)的可用測(cè)點(diǎn)集Φ =T-r，1"表示當(dāng)前測(cè)點(diǎn)結(jié)點(diǎn)上層結(jié)點(diǎn)的 測(cè)點(diǎn)集合，也就是說，當(dāng)前測(cè)點(diǎn)不能與其上層結(jié)點(diǎn)中任何一個(gè)測(cè)點(diǎn)重復(fù)。從可用測(cè)點(diǎn)集Φ中 任意選擇一個(gè)可W分割故障集Skd的測(cè)點(diǎn)t，Skd即表示第k層第d個(gè)故障集結(jié)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的故障 集，令測(cè)點(diǎn)結(jié)點(diǎn)tkd = t，根據(jù)測(cè)點(diǎn)t的分割結(jié)果確定故障集Skd的子故障集Skd-left和Skdright，如 果不存在可W分割故障集Skd的測(cè)點(diǎn)，則不做任何操作。
[0043] S406:判斷是否(1<化，如果是，進(jìn)入步驟S407，否則進(jìn)入步驟S408。
[0044] S407:令d = d+l，返回步驟 S405。
[0045] S408:令 k = k+l，返回步驟 S402。
[0046] 根據(jù)本實(shí)施例中提出的故障診斷樹生成方法可能存在兩個(gè)或幾個(gè)故障構(gòu)成的模 糊組最終無法被分割的情況，運(yùn)種情況可能通過后續(xù)操作來進(jìn)行修正，也有可能由于測(cè)點(diǎn) 集T中測(cè)點(diǎn)不夠完備，最終仍然可能存在模糊組，因此應(yīng)當(dāng)盡可能多地將可使用的測(cè)點(diǎn)都加 入測(cè)點(diǎn)集T。
[0047] S302:令迭代次數(shù)w=l。