[发明专利]复杂电子系统运行健康状态监测点优选方法

说明书

本发明公开的一种复杂电子系统运行健康状态监测点优选方法，准确度高、具有更高监测效率。本发明通过下述技术方案予以实现：基于状态监测的复杂电子系统优选目标与约束条件分析，将复杂电子系统故障诊断过程划分为故障检测、故障隔离、故障辨识三步进行的策略，构建复杂电子系统运行状态监测点优化模型；在工程应用中，选择监测点集合，判断监测点设计能否达到规定的系统故障诊断能力评估指标，根据选择监测点约束条件，计算故障，基于D矩阵的故障检测率和故障隔离率计算，从D矩阵中取出所有元素相关的列，组成新的矩阵；基于粒子群算法，计算相关性矩阵群体上每个个体适应度，选择退火变异遗传操作自适应交叉变异概率，解码输出最优解。

技术领域

本发明涉及一种复杂电子系统运行健康状态监测点优选方法，用于考虑“硬件”监测点与“逻辑”监测点共存条件下的复杂电子系统运行健康状态监测点整体布局优化，适用于健康管理设计分析工具软件。

背景技术

随着数字、射频大规模集成电路和芯片的广泛应用，机载电子系统或设备越来越向着综合化、小型化和一体化的方向发展，在提高设备功能性能、降低体积功耗的同时，也大大增加了系统的复杂性、相关性和不确定性，以及外场故障排查定位与维修的难度。复杂电子系统从基于设备健康状态的智能调度管理、任务可靠(故障重构恢复)及外场维护(隔离到LRM)等方面对状态监测与健康管理能力提出了更高的要求。

复杂电子系统技术新研复杂、综合集成度高，BIT测试电路的嵌入式设计难度较大。此外，由于机载平台的体积重量要求的限制，导致BIT硬件测试电路难以大规模应用。在这种情况下，为了满足复杂电子系统的状态监测与健康管理要求，需要引入新的解决方案，即引入“逻辑”监测点，在不增加硬件电路开销的前提下，提高系统的状态监测与故障检测能力。“逻辑”监测点是利用已有的功能电路和运行反馈参数，通过增加故障检测隔离算法，发现与定位故障。因此，对于复杂电子系统，需要解决一个问题，如何在同时考虑BIT硬件监测点与状态监测“逻辑”监测点的情况下，通过权衡设计优化，提高监测能力与效率。

电子系统随着工作时间的推移，系统的健康状态表现为从正常到性能下降直至功能失效的过程，被称为系统健康退化过程。在系统工作的初始阶段内无故障，其故障评估等级为0，系统处于完全健康状态。随着工作时间的增加，系统运行到达“故障发生点”这一临界点。在此期间，由于系统中某些子系统或元件出现早期弱故障，其状态开始变化，但由于系统故障程度不足以导致其丁作状态出现异常行为，即无法检测到系统故障，因此系统状态仍表现为正常态；在“故障检测点”之后的一段时间之内，系统的健康由于其故障程度逐渐增强而继续下降，同时故障所引起的系统异常也将被检测到，直到最终运行至“功能失效点”这一临界点。针对上述系统健康退化过程，状态监测系统应当具备故障检测能力。假设在“系统故障检测点”之后的某一时刻能够检测到早期故障态，状态监测系统的任务就是判别出是何类早期故障，并能评估出系统当前健康(即故障程度)，预计其完全失效的时间。由于监测参数特征的优选，在一定程度上可以提高分类器的识别能力，因此，健康状态监测点优化设计的目标是在满足系统故障诊断能力评价指标(故障检测率、隔离率)要求的前提下，在全系统范围内选择可用的硬件与逻辑状态监测点组合，使得测试电路代价(测试电路额外带来的产品体积、重量、功耗和可靠性影响)最小。复杂电子系统运行健康状态监测点包括2种：

(1)采用硬件检测电路实现的硬件监测点，如电压、电流检测、激励或功放信号幅度检测等，这些硬件监测点需设计相应的信号检波、电平采样或比较电路，增加模块电路的体积、重量和功耗，降低基本可靠性；同一硬件电路板卡内硬件测试电路的综合设计，比如，多路电压检测会选用一个多通道的AD芯片来实现；多路电流检测可能采用多个电流传感器加一个多通道AD芯片实现或者与电压采样的AD芯片复用。在方案阶段估计每个硬件监测点的电路体积、重量和功耗代价完全不可行。

(2)利用已有的功能电路硬件加检测算法软件实现的逻辑监测点，如数字芯片间心跳检测、数字芯片外围存储电路或器件(FLASH、DDR等)检测、本振锁定指示、频率源锁定指示等，这些监测点不会增加额外的硬件电路开销，但会增加软件设计复杂度。