有關粗糙集與灰色關聯(lián)度的電力設備故障定位

王子鈺

摘要：在這個復雜和有惡劣條件的自然環(huán)境中，電力系統(tǒng)的性能可能很容易受到環(huán)境的影響，它們有可能出錯由此導致運行異常。在深海以及深海的空間等復雜和惡劣環(huán)境中，如果電力設備發(fā)生故障后不能及時修復，則會造成嚴重損失。然而，名為基于硬件演化的故障自修復技術可以實現(xiàn)故障的自動修復。本文首先闡述了硬件演化的基本理論，并詳細介紹了基于硬件演化的故障自修復的國內外情況。然后，闡述了故障自動修復的重要流程，并指出存在的問題及其可以改進方向以及改進措施?；谟布莼墓收献孕迯瓦@種技術具有非常廣闊的前景和巨大的工程應用價值。

1介紹：

傳統(tǒng)的電子電路結構是固定不變的。隨著信息化建設的加速，電子系統(tǒng)被廣泛用于電力設備。它主要以大規(guī)模，超大規(guī)模數(shù)字集成電路為主體，核心是現(xiàn)場可編程門陣（FPGA）。當這些電子系統(tǒng)處于沙塵，高低溫，強電磁場等復雜多變的環(huán)境中時，數(shù)字集成電路的性能可能受到影響[1]出錯，從而降低電子設備的功能，甚至造成嚴重的人員傷亡和財產損失。 進一步亟待解決一系列問題，提高電子系統(tǒng)在惡劣環(huán)境下的生存能力，確保數(shù)字系統(tǒng)持續(xù)正常運行。

2基于EHW的電子電路故障主要自修復技術

結合硬件和軟件的優(yōu)勢，F(xiàn)PGA開發(fā)了可在芯片上重新組裝的“變形系統(tǒng)”。硬件的一些功能可以配置在芯片上，因此軟件是為硬件仿真而設計的[2]。通過這種方式，F(xiàn)PGA的“固件”被重新組合并用于模擬不同類型的硬件。如圖1所示，在實現(xiàn)數(shù)字電路故障自修復時，不可缺少的是故障檢測，故障定位，故障隔離，冗余設計和演化算法。他們形成一個完整的系統(tǒng)。數(shù)字系統(tǒng)的故障自我修復已成為故障診斷研究領域的熱門話題。

3故障診斷技術

數(shù)字電路故障診斷主要檢測功能，序列關系，邏輯關系。根據(jù)組合邏輯電路和時序電路的不同特點，所用的測試方法不同。數(shù)字電路的故障類型主要包括恒定故障，橋接故障，瞬態(tài)故障和時滯故障?，F(xiàn)在，主要研究常量故障.[3]

3.1測試向量的生成

基于組合電路與時序電路的區(qū)別，產生測試向量時存在差異。在組合邏輯電路的測試中，常用的方法有偽排氣測試，布爾差分法，特征分析法和臨時函數(shù)分析法。相關算法可分為D立方體，D算法，PODEM算法和邏輯函數(shù)的FAN算法； 時序電路的測試方法主要包括擴展D算法和九值算法等。

3.2故障定位技術

傳統(tǒng)的FPGA診斷方法包括邊界掃描技術，但邊界掃描技術無法定位邏輯單元，且硬件開銷較高。利用芯片增加邊界掃描可縮短制造業(yè)的測試工程并縮短發(fā)射時間，但可延長設計時間。邏輯單元故障定位中出現(xiàn)了各種定位技術。一種是為被測單元配置電路，并在檢測到極少數(shù)單個CLB的故障時直接將其繪制到IOB端口[4]；然而，當測試CLB的數(shù)量過大時，基于陣列的方法，基于異或門級聯(lián)電路的方法，基于與門或門級聯(lián)電路的方法以及內建自測試（BIST）方法是建議。BIST的電路配置復雜[5]，配置可能會失?。欢诋惢蜷T級聯(lián)電路的方法和基于與-門級聯(lián)電路的方法可以檢測到端口的故障，但配置一次后只能檢測一半的CLBS，需要使用至少一半的CLBS來傳輸故障。

3.3 EHW技術

研究EHW主要研究進化算法。首先，研究FPGA的內部結構和編碼方式。可編程邏輯器件（PLD）的結構由結構位串決定。構造比特串可以作為進化算法中的染色體，通過進化算法可以完成硬件功能的設計。EHW是進化計算基數(shù)在系統(tǒng)內部結構的設計、調節(jié)、實時自適應等方面的應用，即以進化算法特別是遺傳算法作為組合優(yōu)化和全局搜索的主要工具，以可編程器件作為主要的評估手段和實現(xiàn)載體[7]，尋求在不依賴先驗知識和外力推動（如人工干預）的條件下，通過進化來獲得滿足給定要求的電路和系統(tǒng)結構[8]，甚至使系統(tǒng)自動地、實時地調整（重新配置）其內部結構，以適應內部條件（如局部故障）和外部環(huán)境（功能要求或物理條件）的變化[9]。而EHW研究也有兩個方向分別是進化設計和在線自適應與容錯。運用電路的進化設計主要對可編程電路結構，將結構和參數(shù)等作為染色體進行編碼，對每個備選的個體，根據(jù)一定的約束條件對代碼進行演化操作，得到適應值較高的代碼。最后將代碼反編譯成電路的拓撲結構，通過實測相應的實際電路或者進行基于模型的仿真得到相應的輸出。電路的行為（輸入-輸出特性）與預期結果的符合程度便作為該個體的適應度，指導下一步的進化操作；如此反復，逐步通過進化計算找到符合要求的即電路。

4結論

目前，故障診斷技術日趨成熟，難以創(chuàng)新。大多數(shù)研究集中在診斷技術的綜合應用和硬件進化研究上，故障自修復技術深入研究，但在國內尚處于起步階段。受科學研究條件限制，相關技術研究尚處于理論研究階段。研究是單一的，主要著眼于改進進化算法而沒有實質性的飛躍?；贓HW的數(shù)字電路自修復技術是演化算法與PLD的有機結合。它根據(jù)外部環(huán)境的變化改變自己的電路結構，以實現(xiàn)目標電路的功能要求。技術必將在各個領域向前發(fā)展，特別是在國防和軍事領域具有廣闊的前景。 EHW技術與故障診斷相結合，拓展故障自修復技術途徑將成為研究課題。

參考文獻：

[1]Yizheng Chen， Fujian Tang， Yi Bao， Yan Tang， *Genda Chen. A Fe-C coated long period fiber grating sensor for corrosion induced mass loss measurement. Optics letters， 41（2016）， pp. 2306-2309.

[2]Arunkumar， N.， Jayalalitha， S.， Dinesh， S.， Venugopal， A.， Sekar， D. Sample entropy based ayurvedic pulse diagnosis for diabetics （2012） IEEE-International Conference on Advances in Engineering， Science and Management， ICAESM-2012， art. no. 6215973， pp. 61-62.

[3]Yijiu Zhao， Yu Hen Hu， Jingjing Liu. Random Triggering-Based Sub-Nyquist Sampling System for Sparse Multiband Signal. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. 2017； vol. 66， no.7： 1789-1797.

[4]趙曙光.可編程邏輯器件原理、開發(fā)及應用[M].西安：西安電子科技大學出版社，2000

[5]Thompson A. Explorations in Design Space： Unconventional Electronics Design Through Ariticial Evolution[J]. IEEE Trans. on Evolutionary Computation，1999， 3（3）： 167- 196.

[6]Higuichi T. Evlovable Hardware and Its Application to Pattern Recognition and FaulttolerantSystems[C]. In Toward Evlovable Hardware：The Evolutionary Engineering Approach， 1996： 118- 135.