一种考虑激励测试的诊断关系矩阵生成方法

摘要

本发明是一种考虑激励测试的诊断关系矩阵生成方法，用于产品有激励测试的故障诊断。本方法获取描述测试与激励关联关系的矩阵ET、获得描述激励源与故障可达关系的矩阵FE，根据矩阵ET和FE，获得描述激励测试与故障关联关系的矩阵FT

说明书

技术领域

本发明属于测试性技术领域，具体涉及相关性理论下的考虑激励测试的诊断关系矩阵生成方法。

背景技术

故障-测试相关性矩阵，简称相关性矩阵或D矩阵，是被测对象的组成单元故障与测试相关性的一种表示形式，不仅可以用于产品的测试性分析，还可直接利用其进行故障诊断。在产品的故障与测试信息已知的情况下，利用功能框图和信号流程分析可得到产品的D矩阵。

在实际应用中，产品的测试通常包括两类：有激励测试(简称激励测试)和无激励测试。激励测试指在测试时必须施加激励信号才能得到有效测试结果，无激励测试指无须施加激励信号即可直接执行的测试。

如图1所示，为激励测试的基本原理图，在设备正常工作的情况下，以一定的方式向设备输入端输入一个模拟信号，对其作直通测试，以监视有无故障发生，具体流程如下：微型计算机发出激励信号给N个简单循环单元SRU(1)～SRU(N)，SRU(N)返回响应信号给微型计算机。如图2所示，为激励测试BIT(机内自测试，Built In Test)常见解决方案，BIT计算机输出测试信号给系统内的各个电路模块，系统内的软件和硬件模块按照信号传递进行输出，最后反馈给BIT计算机。

目前的测试性建模方法并未区分有激励测试和无激励测试，将所有测试都当作无激励测试处理。虽然通过功能绑定的建模方式能够得到正确的D矩阵关系，但在应用D矩阵进行诊断时，由于没有对激励测试进行标识和说明，导致诊断测试时没有施加相关激励，测试结果不准确，最终导致基于D矩阵的诊断结果不正确。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种考虑激励测试的诊断关系矩阵生成方法，在建立诊断关系矩阵时考虑激励测试，获取描述测试与激励关联关系的矩阵ET、描述激励源与故障可达关系的矩阵FE、描述激励测试与故障关联关系的矩阵FT₁、描述故障与激励测试可达关系的矩阵FT₂等，通过合成计算，得到最后描述故障、测试、激励复合关系的矩阵D，根据该复合关系矩阵，进行故障诊断。

本发明提供的一种考虑激励测试的诊断关系矩阵生成方法，包括以下几个步骤：

步骤1：首先获得系统的激励与激励测试的关联关系矩阵ET，然后获得系统的激励与故障的可达关系矩阵FE，根据矩阵ET和FE，获得描述激励测试与故障关联关系的矩阵FT₁。

设系统中存在m个部件、l个激励测试、k个激励，用F_i表示第i个部件故障，m、l、k均为正整数；所获得的矩阵FT₁为m×l的矩阵，矩阵FT₁的元素z_ij(i≤m，j≤l)如下：

z_ij＝1，表示系统中，与某测试T_j绑定的激励，能够传递到故障F_i；

z_ij＝0，表示系统中，与某测试T_j绑定的激励，不能够传递到故障F_i。

步骤2：根据故障和激励测试的信号流关系，建立描述故障与激励测试可达关系的矩阵FT₂；所述的矩阵FT₂为m×l的矩阵，矩阵FT₂的元素ft_ij(i≤m，j≤l)如下：

若ft_ij＝1，表示故障F_i的信号能够通过路径传递到激励测试T_j；

若ft_ij＝0，表示故障F_i的信号不能传递到激励测试T_j。

步骤3：将矩阵FT₁与FT₂中对应位置的元素作与运算，得到描述故障与激励测试一阶相关性关系的矩阵D_e；当矩阵D_e中的元素de_ij取值为1时，代表同时满足两个条件：1)故障F_i的信号能通过信号路径传递到激励测试T_j；2)故障F_i所在的部件能够接收到与激励测试T_j关联的激励信号。

步骤4：对被测系统根据故障与非激励测试的信号流关系，建立描述故障与非激励测试一阶相关性关系的矩阵FT₃；设系统中的非激励测试有n-l个，n为正整数。

步骤5：将D_e、FT₃、ET合成得到描述故障、测试、激励复合关系的矩阵D。

矩阵

步骤6：利用矩阵D对被测对象进行测试诊断。

本发明的优点和积极效果在于：

(1)本发明方法形成的复合关系矩阵D，不仅能正确表达故障与测试的相关性关系，还能描述测试与激励的关联关系，能够有效支持包含激励测试的系统诊断；

(2)本发明方法避免了采用功能绑定方法进行建模，降低了模型的复杂性和分析难度。

附图说明

图1是激励测试的基本原理示意图；

图2是激励测试BIT常见解决方案的示意图；

图3是本发明建立考虑激励测试的D矩阵的流程示意图；

图4是本发明实施例的某放大电路原理图；

图5是本发明实施例的某放大电路相关性图形模型。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明是一种考虑激励测试的诊断关系矩阵生成方法，流程如图3所示，包括以下几个步骤：

步骤一：根据描述激励与激励测试的关联关系的矩阵ET，以及描述激励与故障可达关系的矩阵FE，得到描述激励测试与故障关联关系的矩阵FT₁。

步骤1.1，获取描述激励与激励测试的关联关系的矩阵ET。

在存在激励测试的系统中，激励与激励测试的对应关系是给定的，激励测试只有在施加对应的激励信号时才能得到有效测试结果，ET表示激励与激励测试之间的关联关系。若系统存在l个激励测试T₁,T₂,…,T_l，k个激励E₁,E₂,…,E_k，则系统的激励—激励测试关联矩阵ET如(1)所示：

其中，矩阵ET为k×l的矩阵，行代表激励，列代表激励测试，矩阵ET中的元素et_ij为：

若et_ij＝1(i≤l，j≤k)，表示激励测试T_j与激励E_i存在关联关系；

若et_ij＝0(i≤l，j≤k)，表示激励测试T_j与激励E_i不存在关联关系。

步骤1.2，获取描述激励与故障可达关系的矩阵FE。

若被测单元/系统由m个部件(或称单元)组成，各部件故障用F_i表示，被测系统中有k个激励点。根据系统功能框图和信号流程分析可得到描述激励与故障间的可达关系的矩阵FE。

其中，矩阵FE为m×k的矩阵，行代表部件，列代表激励，矩阵FE中的元素fe_ij(i≤m，j≤k)描述激励E_j与故障F_i的可达关系：

若fe_ij＝1(i≤m，j≤k)，表示激励E_j能通过信号流传递到故障F_i的所在部件；

若fe_ij＝0(i≤m，j≤k)，表示激励E_j不能通过信号流传递到故障F_i的所在部件。

步骤1.3，运算获取描述激励测试与故障关联关系的矩阵FT₁。

根据FE和ET，可以得到描述激励测试和故障关联关系的矩阵FT₁，该矩阵可由FE与ET通过矩阵相乘的运算得到，算法如下：

由上，可知矩阵FT₁为m×l的矩阵，矩阵FT₁的元素z_ij(i≤m，j≤l)物理含义为：

z_ij＝1(i≤m，j≤l)，表示系统中，与某测试T_j绑定的激励，能够传递到故障F_i；

z_ij＝0(i≤m，j≤l)，表示系统中，与某测试T_j绑定的激励，不能够传递到故障F_i。

对于一个激励测试，能够有效测试到一个故障信号的充要条件是：与该激励测试绑定的激励信号能够传递到该故障单元，即激励测试与故障的关联性取值为1，同时，该故障信号能够传递到该激励测试，即故障到测试的可达性取值为1，在下面步骤2说明。FT₁描述了激励测试与故障的关联性，在此基础上，须继续补充故障信号与测试之间的可达性关系。

步骤二：根据故障和激励测试的信号流关系，建立描述故障与激励测试可达关系的矩阵FT₂。若系统中存在m个故障模式，l个激励测试，由系统功能框图和信号流程分析，可以得到系统的故障—激励测试可达矩阵FT₂如下：

其中，矩阵FT₂为m×l的矩阵，矩阵FT₂的元素ft_ij(i≤m，j≤l)用来描述故障F_i与激励测试T_j之间的信号可达关系，如下：

若ft_ij＝1(i≤m，j≤l)，表示故障F_i的信号能够通过路径传递到激励测试T_j；

若ft_ij＝0(i≤m，j≤l)，表示故障F_i的信号不能传递到激励测试T_j。

FT₂描述了故障源与激励测试之间的可达关系。

步骤三：建立故障—激励测试关联可达矩阵D_e。

在得到FT₁和FT₂的基础上，合成得到描述故障与激励测试相关性关系的矩阵D_e，其定义如下：

D_e由矩阵FT₁与FT₂运算合成，将矩阵FT₁与FT₂中各对应位置的元素做与运算，D_e中的元素de_ij(i≤m，j≤l)计算为：

若z_ij＝1，且ft_ij＝1，则de_ij＝1；若z_ij＝0，或ft_ij＝0，则de_ij＝1。否则，若z_ij与ft_ij取值不同，则de_ij＝0。

D_e为m×l的矩阵，元素de_ij描述了激励测试能够正确测试到故障信号的条件，当de_ij＝1时，代表同时满足下面两点：

1)故障F_i的信号能通过信号路径传递到激励测试T_j，即故障到测试可达；

2)故障F_i所在的单元能够接收到与激励测试T_j关联的激励信号，即激励测试与故障关联。

当de_ij＝0时，代表不能同时满足上面两点。

步骤四：根据故障和非激励测试的信号流关系，建立描述故障与非激励测试相关性的矩阵FT₃。

故障与非激励测试之间不存在激励信号的限定关系，因此只需根据系统功能框图和信号流程，进行传统的故障和测试间的一阶相关性分析，即采用传统不考虑激励测试的D矩阵获取方法即可得到FT₃。假设被测系统由m个部件组成，各部件故障用F_i表示，共有n-l个非激励测试，则其描述其故障与非激励测试的相关性矩阵FT₃定义如下：

式中：第i行矩阵F_i＝[d_i1>i2 …>in]表示故障F_i与各个非激励测试T_j(j＝1,2,…,n-l)的相关性；第j列矩阵T_j＝[d_1j>2j …>mj]^T表示非激励测试T_j与各部件故障F_i(i＝1,2,…,m)的相关性；矩阵FT₃中各元素：

d_ij＝1(i≤m，j≤n-l)时，表示非激励测试T_j能测得故障F_i，即T_j与F_i相关；

d_ij＝0(i≤m，j≤n-l)时，表示非激励测试T_j不能测得故障F_i，即T_j与F_i不相关。

步骤五：合成得到描述故障、测试、激励复合关系的矩阵D。

为了对被测系统进行测试诊断，诊断矩阵需包含故障与激励测试、故障与非激励测试、测试与激励的复合关系。将ET、D_e、FT₃组合得到描述故障、测试、激励间复合关系的矩阵D，如下形式：

具体D的矩阵可表示如下：

其中，E₁,E₂,…,E_k为激励，T₁,T₂,…,T_l为激励测试，T_l+1,T_l+2,…,T_n为非激励测试，F₁,F₂,…,F_m为故障。根据矩阵D，可以对包含激励测试的被测对象进行准确测试诊断。

步骤六：根据矩阵D，对被测对象进行测试和诊断。

步骤6.1，根据描述故障、测试激励复合关系的矩阵D，进行激励测试，得到测试结果。

按照矩阵D中列的顺序，按顺序逐个执行T₁至T_l测试。执行每一个激励测试时需要加入相应的激励，其中：

激励测试T_j(1≤j≤l)执行时须添加的激励为et_ij＝1(1≤i≤k)所对应的激励。

系统添加对应的激励信号后，执行测试，得到T_j的测试结果。

按照矩阵D中的列顺序，逐一添加激励，得到所有激励测试的测试结果。

步骤6.2，根据矩阵D，进行非激励测试，得到测试结果。

所有激励测试执行完毕后，执行所有非激励测试。

根据矩阵D，执行测试T_l+1至T_n，得到各个非激励测试的测试结果。

步骤6.3，将激励测试与非激励测试的结果合成，与矩阵D对照诊断，得到诊断结果。

将步骤6.1与步骤6.2所得到的各个测试的测试结果按照矩阵D中各列的顺序合成为向量。

将该向量与矩阵D中各行进行比对，若与第y行(1≤y≤m)所有元素重合。则得出诊断结果为故障模式(或模糊组)F_y。

实施案例：

如图4所示的某放大电路为被测系统，该系统包括6级放大模块，各模块具有放大信号的功能，该电路的相关性图形模型如图5所示。如图5所示，被测系统包括6个部件，各部件对应的故障模式分别为F₁,F₂,…,F₆，被测系统中有两个激励源E₁,E₂，共有5个测试，其中T₁,T₂为激励测试，T₃,T₄,T₅为非激励测试，，下面执行本发明方法来对该被测系统进行测试诊断。

步骤一：根据激励与激励测试的关联关系ET，以及激励与故障的可达关系FE，得到描述激励测试与故障关联关系的矩阵FT₁。

根据激励与激励测试的关联关系，可以得到激励与激励测试的关联矩阵ET：

根据相关性图形模型中的激励信号与各故障模式的信号传递关系，可以得到激励与故障的可达关系矩阵FE：

根据激励与激励测试的关联矩阵ET和激励与故障的可达关系矩阵可以运算得到描述激励测试与故障关联关系的矩阵FT₁：

步骤二：根据故障和激励测试的信号流关系，建立描述故障与激励可达关系的矩阵FT₂。

根据相关性图形模型，能够得到用以描述故障与激励测试之间的信号可达关系的矩阵FT₂：

步骤三：建立描述与激励测试相关性关系的矩阵D_e。根据步骤一所得的FT₁与步骤二所得的FT₂，将其作各对应元素与运算，可以得到描述与激励测试相关性关系的矩阵D_e：

矩阵D_e描述了激励测试与故障之间的相关性关系。

步骤四：根据故障和非激励测试的信号流关系，可以得到描述故障与非激励测试相关性关系的矩阵FT₃：

步骤五：合成得到描述故障、测试、激励复合关系的矩阵D。

在步骤三和步骤四中，已经得到描述故障和激励测试关联可达关系的矩阵以及描述故障与非激励测试相关性的矩阵；结合描述激励与激励测试关联关系的矩阵，可以得到用于诊断的系统的描述故障、测试、激励测试复合关系的矩阵D。

利用此矩阵，可对系统进行诊断。

步骤六：根据矩阵D，对被测对象进行测试诊断。

案例电路中，非激励测试为T₃,T₄,T₅，在正常工作状态，其测试值如下表所示：

测试点监测值(电压幅值)对应测试结果T₃0.1V0T₄0.03V0T₅0.017V0

E₁,E₂分别为12V的直流偏置电压，分别对应激励测试T₁,T₂。在电路正常状态，依次分别加入激励E₁、E₂，T₁、T₂的测试值如下表所示：

测试点监测值(电压幅值)对应测试结果T₁1.49mv0T₂4.98mv0

故障实例1.

假定F₅发生故障，无法正常输出电压信号，对该系统进行测试诊断。

运行仿真模型，此时各测试点测试值如下：

测试点监测值(电压幅值)对应测试结果T₃0.1V0T₄0.03V0T₅0V1

依次分别加入激励E₁、E₂，T₁、T₂的测试值如下表所示：

测试点监测值(电压幅值)对应测试结果T₁1.482mv0T₂4.97mv0

根据测试结果，与故障—测试—激励复合关系矩阵D中各行进行对照，可得到测试结果与F₅对应的行各值相同，诊断结果故障F₅发生。

故障实例2：

假定F₆发生故障，无法正常输出电压信号，对该系统进行测试诊断。

运行仿真模型，此时各测试点测试值如下：

测试点监测值(电压幅值)对应测试结果T₃0.1V0T₄0.03V0T₅0V0

依次分别加入激励E₁、E₂，T₁、T₂的测试值如下表所示：

测试点监测值(电压幅值)对应测试结果T₁1.49mv0T₂≈0V1

根据测试结果，与故障—测试—激励复合关系矩阵D中各行进行对照，可得到测试结果与F₆对应的行各值相同，诊断结果故障F₆发生。