專利名稱：一種電子電路測試與故障診斷參數(shù)識別優(yōu)化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電子電路測試與故障診斷參數(shù)識別優(yōu)化方法。

背景技術(shù)：
模擬電子電路測試與故障診斷近三十年的研究，一直是基于傳統(tǒng)的VonNeumann串行數(shù)字計算機(jī)，雖然取得了不少的成果，但一直沒有富有成效的可付諸廣泛使用的診斷理論和方法。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，尤其是模數(shù)混合集成電路和超大規(guī)模模擬集成電路的發(fā)展，特別是芯片系統(tǒng)(SOC)的發(fā)展對模擬電子電路測試和診斷提出了急迫的需求，現(xiàn)代工業(yè)也往往要求診斷在實時完成。模擬電子電路的診斷優(yōu)化方法中，最小絕對值范數(shù)估計法是比較靈敏和有效的，但在線計算量大，難以滿足現(xiàn)代工業(yè)實時性要求，因此減少最小絕對值范數(shù)估計法的在線計算量是急需解決的問題。
人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是在現(xiàn)代生物學(xué)研究人腦組織所取得成果基礎(chǔ)上提出的，它是由大量簡單的處理單元相互聯(lián)接構(gòu)成的工程計算模型，部分的模擬了人腦的結(jié)構(gòu)和功能。其中連續(xù)反饋數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)以其大規(guī)模并行分布處理、連續(xù)時間動力學(xué)行為等特點(diǎn)而在實時計算方面顯現(xiàn)特別的優(yōu)勢。在實時應(yīng)用方面，雖則模擬電子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模與問題的規(guī)模相關(guān)，但網(wǎng)絡(luò)的收斂時間與問題的規(guī)模無關(guān)。隨著VLSI等技術(shù)的發(fā)展，模擬電子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)將成為解決實時問題的一條有效途徑。


發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有模擬電子電路的故障診斷優(yōu)化方法在線計算量大，不能滿足現(xiàn)代工業(yè)實時性要求的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種電子電路測試與故障診斷參數(shù)識別優(yōu)化方法，本發(fā)明可快速求得電子元件的參數(shù)以判斷該元件是否失效以及電路的好壞。
本發(fā)明解決上述的技術(shù)問題的技術(shù)方案包括以下步驟 測試單個電源激勵下電子電路各可及節(jié)點(diǎn)電壓； 將測量的節(jié)點(diǎn)電壓與正常情況下節(jié)點(diǎn)電壓進(jìn)行比較計算節(jié)點(diǎn)電壓差值； 將電子元件參數(shù)變化量用等效電源表示，建立電路特征方程； 應(yīng)用最優(yōu)化理論結(jié)合電路特征方程建立最小絕對值范數(shù)約束優(yōu)化問題； 利用普通罰函數(shù)方法融合精確罰函數(shù)方法將最小絕對值范數(shù)約束優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為無約束優(yōu)化問題進(jìn)行求解，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的解就是用等效電流源或電壓源表示的電子元件參數(shù)變化量，根據(jù)電子元件參數(shù)容差確定元件是否發(fā)生故障。
一種電子電路測試與故障診斷參數(shù)識別優(yōu)化方法，包括以下步驟 測試單個電源激勵下電子電路各可及節(jié)點(diǎn)電壓； 將測量的節(jié)點(diǎn)電壓與正常情況下節(jié)點(diǎn)電壓進(jìn)行比較計算節(jié)點(diǎn)電壓差值； 將電子元件參數(shù)變化量用等效電源表示，建立電路特征方程； 應(yīng)用最優(yōu)化理論結(jié)合電路特征方程建立最小絕對值范數(shù)約束優(yōu)化問題； 利用Lagrange乘子法將最小絕對值范數(shù)約束優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為無約束優(yōu)化問題進(jìn)行求解，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的解就是用等效電流源或電壓源表示的電子元件參數(shù)變化量，根據(jù)電子元件參數(shù)容差確定元件是否發(fā)生故障。
本發(fā)明的技術(shù)效果在于本發(fā)明避免了普通罰函數(shù)法中為求得最優(yōu)解罰參數(shù)Ki需為無窮大導(dǎo)致Hesse矩陣病態(tài)從而影響懲罰的效率甚至導(dǎo)致計算失敗以及較大的罰參數(shù)模擬電子電路實現(xiàn)困難等缺點(diǎn)；本發(fā)明避免了精確罰函數(shù)法中由于使用了非光滑的罰函數(shù)在模擬電子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中可能引起寄生振蕩和較慢的收斂速度等缺點(diǎn)，可快速求得電子元件的參數(shù)，并借以判斷該元件是否失效以及電路的好壞。本發(fā)明采用Lagrange乘子λi做為優(yōu)化過程中自適應(yīng)控制參數(shù)，對于使E最小的e*存在一個相應(yīng)的λ*，因而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的收斂速度較快，可快速求得電子元件的參數(shù)，并借以判斷該元件是否失效以及電路的好壞。
下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。



圖1為本發(fā)明的計算等效電源的基于罰函數(shù)法的跨導(dǎo)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。
圖2為本發(fā)明的計算等效電源的基于Lagrange法的跨導(dǎo)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。
圖3為本發(fā)明的跨導(dǎo)符號函數(shù)變換器。
圖4為本發(fā)明應(yīng)用示例電路。

具體實施例方式 本發(fā)明將待測電子電路所有元件參數(shù)增量用等效電源替代，在可測試節(jié)點(diǎn)用單個電流源對電路激勵，測試獲得可測節(jié)點(diǎn)電壓對可測節(jié)點(diǎn)電流激勵間的阻抗矩陣Zmm(m×m維矩陣)，可測節(jié)點(diǎn)電壓對等效電源的混合矩陣Hm(m×n維矩陣)，依據(jù)阻抗矩陣Zmm和混合矩陣Hm建立有關(guān)節(jié)點(diǎn)電壓增量與等效電源變量間關(guān)系的電路特征(矩陣)方程 或
式中為電流測試激勵；為可及節(jié)點(diǎn)電壓測量值；矩陣Zmm為可及節(jié)點(diǎn)電壓對可及節(jié)點(diǎn)電流激勵信號間的阻抗矩陣，Zmm為m×m維矩陣；Hm為可及節(jié)點(diǎn)電壓對等效電源的混合矩陣，Hm為m×n維矩陣；

為可及節(jié)點(diǎn)電壓因元件參數(shù)偏離正常標(biāo)稱值產(chǎn)生的增量矢量；為模擬電子電路元件參數(shù)偏離正常標(biāo)稱值的偏差的等效電流源或電壓源。
上述電路特征方程為欠定方程，為求其解ejn(j＝1，2，...n)，應(yīng)用最優(yōu)化理論構(gòu)造如下的最小絕對值范數(shù)約束優(yōu)化問題(1) S·t· ΔV＝He 式中(i＝1，2，…，n) (j＝1，2，…，m)，ΔV＝[ΔV1，…，ΔV2m]T， e＝[e1，…，e2n]T， 本發(fā)明利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在求上述約束優(yōu)化問題(1)時，一是利用普通罰函數(shù)方法融合精確罰函數(shù)方法將最小絕對值范數(shù)約束優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為無約束優(yōu)化問題進(jìn)行求解 式中 K1＝diag(K11，K12，…，K12m)，K1i＞0(i＝1，…，2m)； K2＝diag(K21，…，K22m)，K2i＞0(i＝1，…，2m)； 上式的最小化過程對應(yīng)于能量函數(shù)為E的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)演化過程 μj，K1i，K2i＞0(i＝1，…，2m；j＝1，…，2n)，hij為矩陣H中的元素，是已知的。
經(jīng)分析證明得當(dāng)且僅當(dāng)當(dāng)能量函數(shù)E最小時，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)趨于穩(wěn)定，穩(wěn)定平衡態(tài)即為約束優(yōu)化問題的最優(yōu)解。該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以認(rèn)為是Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的改進(jìn)型，含有積分器、與連接權(quán)重hij相關(guān)的加法器、實現(xiàn)輸出神經(jīng)元激活函數(shù)sign(ej)和輸入神經(jīng)元激活函數(shù)的非線性積木塊。
為了得到結(jié)構(gòu)簡單的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，本發(fā)明應(yīng)用電流模式VLSI技術(shù)實現(xiàn)(參見圖1)。圖中神經(jīng)元非線性sign(x)的形狀特別重要，當(dāng)用具有tanh(rx)的非線性傳遞函數(shù)有源積木塊去近似實現(xiàn)時，如果r不是很大，那么由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)求得的解不是最小絕對值范數(shù)解；本發(fā)明提出的圖3所示電路跨導(dǎo)符號函數(shù)變換器OHL具有較好的硬限幅特性，且其輸出幅值可經(jīng)跨導(dǎo)增益調(diào)節(jié)，因而神經(jīng)元激活函數(shù)的實現(xiàn)只需一個電路跨導(dǎo)符號函數(shù)變換器OHL。圖1中ej(j＝1，…，2n)，ΔVi(i＝1，…，2m)為電壓變量。
下面是本發(fā)明利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)求解上述約束優(yōu)化問題(1)的另一種方法。
約束優(yōu)化問題(1)為凸性優(yōu)化問題，本發(fā)明利用Lagrange乘子法求解問題(1)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算能量函數(shù)E為 式中λ＝(λ1，…λ2m)T，λi(i＝1，…，2m)為Lagrange乘子；α＞0為規(guī)則化參數(shù)，其作用是消除因病態(tài)的Lagrange函數(shù)導(dǎo)致的寄生振蕩；β為加權(quán)罰系數(shù)(0＜β≤1) 該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的演化過程如下 式中μj，ρi＞0；i＝1，…，2m；j＝1，…2n。
神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是穩(wěn)定的，穩(wěn)定點(diǎn)滿足凸性優(yōu)化問題(1)的Kuhn-Tucker條件。在任一初始狀態(tài)下，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定點(diǎn)均為優(yōu)化問題(1)的全局最優(yōu)解。特點(diǎn)是Lagrange乘子λi是做為優(yōu)化過程中自適應(yīng)控制參數(shù)，對于使E最小的e*存在一個相應(yīng)的λ*，因而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的收斂速度較快。該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的跨導(dǎo)模式如圖2所示，圖中ej，ΔVi(j＝1，…，2n；i＝1，…，2m)為電壓變量。
神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的解就是用等效電流源或電壓源表示的電子元件參數(shù)變化量，根據(jù)參數(shù)容差確定元件是否發(fā)生故障。
本發(fā)明的具體應(yīng)用示例 如圖4所示電阻網(wǎng)絡(luò)，各元件參數(shù)Gi＝1，i＝1，…，20，每個元件參數(shù)具有5％容差，外部節(jié)點(diǎn)1，2，3，6，7，10，11，12為可及節(jié)點(diǎn)，其中節(jié)點(diǎn)12為參考節(jié)點(diǎn)。設(shè)G3＝0.5，G18＝0.5，其他元件參數(shù)在容差范圍內(nèi)。在節(jié)點(diǎn)1加電流激勵，測試出節(jié)點(diǎn)1，2，3，6，7，10，11的電壓值，得到約束優(yōu)化問題(1)，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(參見圖2，3)求得各等效電源ej(j＝1，…，20)，根據(jù)計算出元件參數(shù)增量ΔPj(j＝1，…，20)，如表1所示。從表中結(jié)果可見，G3、G18元件參數(shù)增量遠(yuǎn)大于容差，認(rèn)為是故障元件，G19參數(shù)增量略大于容差，但仍認(rèn)為是正常元件。這一結(jié)果與實際測試吻合，表明本發(fā)明提出的測試與診斷方法正確。
表1 圖4電路診斷結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種電子電路測試與故障診斷參數(shù)識別優(yōu)化方法，包括以下步驟
測試單個電源激勵下電子電路各可及節(jié)點(diǎn)電壓；
將測量的節(jié)點(diǎn)電壓與正常情況下節(jié)點(diǎn)電壓進(jìn)行比較計算節(jié)點(diǎn)電壓差值；
將電子元件參數(shù)變化量用等效電源表示，建立電路特征方程；
應(yīng)用最優(yōu)化理論結(jié)合電路特征方程建立最小絕對值范數(shù)約束優(yōu)化問題；
利用普通罰函數(shù)方法融合精確罰函數(shù)方法將最小絕對值范數(shù)約束優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為無約束優(yōu)化問題進(jìn)行求解，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的解就是用等效電流源或電壓源表示的電子元件參數(shù)變化量，根據(jù)電子元件參數(shù)容差確定元件是否發(fā)生故障。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子電路測試與故障診斷參數(shù)識別優(yōu)化方法，其特征在于利用標(biāo)準(zhǔn)的梯度方法將無約束優(yōu)化問題的求解轉(zhuǎn)化為HOPFIELD神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電子電路測試與故障診斷參數(shù)識別優(yōu)化方法，其特征在于利用跨導(dǎo)運(yùn)算放大器作為HOPFIELD神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本運(yùn)算單元，采用電流模式實現(xiàn)。
4.一種電子電路測試與故障診斷參數(shù)識別優(yōu)化方法，包括以下步驟
測試單個電源激勵下電子電路各可及節(jié)點(diǎn)電壓；
將測量的節(jié)點(diǎn)電壓與正常情況下節(jié)點(diǎn)電壓進(jìn)行比較計算節(jié)點(diǎn)電壓差值；
將電子元件參數(shù)變化量用等效電源表示，建立電路特征方程；
應(yīng)用最優(yōu)化理論結(jié)合電路特征方程建立最小絕對值范數(shù)約束優(yōu)化問題；
利用Lagrange乘子法將最小絕對值范數(shù)約束優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為無約束優(yōu)化問題進(jìn)行求解電路，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的解就是用等效電流源或電壓源表示的電子元件參數(shù)變化量，根據(jù)電子元件參數(shù)參數(shù)容差確定元件是否發(fā)生故障。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電子電路測試與診斷參數(shù)識別優(yōu)化方法，包括以下步驟首先對單個電源激勵下測試電子電路節(jié)點(diǎn)電壓，然后與正常情況下節(jié)點(diǎn)電壓進(jìn)行比較求得節(jié)點(diǎn)電壓差值，將電子元件參數(shù)變化量用等效電源表示，建立電路特征方程；應(yīng)用最優(yōu)化理論結(jié)合電路特征方程建立參數(shù)識別方程；針對此參數(shù)識別方程，應(yīng)用基于罰函數(shù)法或Lagrange乘子法的任一種跨導(dǎo)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行求解，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的解就是用等效電流源或電壓源表示的電子元件參數(shù)變化量，根據(jù)參數(shù)容差確定元件是否發(fā)生故障。本電子電路測試與診斷參數(shù)識別優(yōu)化方法具有快速、定位準(zhǔn)確率高的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號G01R31/28GK101216530SQ20071030346
公開日2008年7月9日 申請日期2007年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月29日
發(fā)明者何怡剛, 劉美容, 李慶國, 慧 劉 申請人:湖南大學(xué)