采用全觀測(cè)指標(biāo)方案的灰色關(guān)聯(lián)分析健康分級(jí)評(píng)價(jià)方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種采用全觀測(cè)指標(biāo)方案的灰色關(guān)聯(lián)分析健康分級(jí)評(píng)價(jià)方法，屬于故障診斷技術(shù)領(lǐng)域。本方法利用非健康狀態(tài)—測(cè)試相關(guān)性模型給出基于全測(cè)試點(diǎn)的權(quán)值改進(jìn)方法，根據(jù)所得到的全部觀測(cè)指標(biāo)的百分比權(quán)值ωk以及計(jì)算的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)求取灰色關(guān)聯(lián)度，將灰色關(guān)聯(lián)度進(jìn)行排序構(gòu)成灰色關(guān)聯(lián)序，在灰色關(guān)聯(lián)序中，關(guān)聯(lián)度最大的因素行為序列為最優(yōu)因素，即為系統(tǒng)當(dāng)前待考察模式所處的因素，從而可以評(píng)判當(dāng)前系統(tǒng)的健康狀態(tài)，給出健康分級(jí)評(píng)價(jià)，最后對(duì)健康分級(jí)評(píng)價(jià)給出參數(shù)度量評(píng)價(jià)。本發(fā)明設(shè)置的權(quán)值更符合系統(tǒng)特性，灰色關(guān)聯(lián)度的計(jì)算更加合理準(zhǔn)確，健康分級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果更準(zhǔn)確，進(jìn)而能較為準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)系統(tǒng)狀態(tài)以及造成“亞健康”的系統(tǒng)因素。
【專利說(shuō)明】
采用全觀測(cè)指標(biāo)方案的灰色關(guān)聯(lián)分析健康分級(jí)評(píng)價(jià)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于故障診斷技術(shù)領(lǐng)域，具體針對(duì)設(shè)及采用全觀測(cè)指標(biāo)方案的灰色關(guān)聯(lián)分 析健康分級(jí)評(píng)價(jià)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有不同領(lǐng)域中各系統(tǒng)或產(chǎn)品日趨高度綜合化、模塊化，功能越來(lái)越多，結(jié)構(gòu)和層 次越來(lái)越復(fù)雜，其中有很多因素對(duì)于系統(tǒng)的正常運(yùn)行來(lái)說(shuō)并不是致命的，一旦運(yùn)些因素發(fā) 生異?；蚬收?，系統(tǒng)會(huì)進(jìn)入"亞健康"狀態(tài)。在運(yùn)種狀態(tài)下如果停止系統(tǒng)運(yùn)行，可能會(huì)帶來(lái)經(jīng) 濟(jì)上的巨大損失，并導(dǎo)致任務(wù)失敗;但是如果不采取修正措施而允許系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行工作，貝U 有可能因?yàn)榇?亞健康"狀態(tài)引起無(wú)法預(yù)料的嚴(yán)重?fù)p失和危害。鑒于運(yùn)種情況，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行 健康分級(jí)評(píng)價(jià)研究具有重要的實(shí)際價(jià)值。因此，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行健康分級(jí)評(píng)價(jià)研究具有重要的 實(shí)際價(jià)值。
[0003] 非健康狀態(tài)一測(cè)試相關(guān)性模型是描述S級(jí)健康狀態(tài)系統(tǒng)中組成單元非健康狀態(tài) (亞健康或故障）與測(cè)試的相關(guān)性邏輯關(guān)系的模型，若該組成單元與測(cè)試在系統(tǒng)信息流上是 可達(dá)的，則它們具有相關(guān)性，反之不具有相關(guān)性。與傳統(tǒng)相關(guān)性模型類似，非健康狀態(tài)-測(cè)試 相關(guān)性模巧（簡(jiǎn)巧為NH-T巧關(guān)忡橫巧）柏可W用相關(guān)性矩陣(D矩陣)來(lái)描述，如下：
[0004]
[000引其中：矩陣行Ui=[diidi2-din]給出了組成單元Ui與各個(gè)測(cè)試點(diǎn)T^j = l，2r''，n) 之間的相關(guān)性;矩陣列町=[山地廣'cU^T給出了測(cè)試點(diǎn)T禹各組成單元Ui(i = l，2,…，m)之 間的相關(guān)性;矩陣中交叉項(xiàng)的含義如下：
[0006]
[0007] 灰色系統(tǒng)理論是一種研究數(shù)據(jù)量少、信息貧乏的不確定性問(wèn)題的新方法。通過(guò)對(duì) 現(xiàn)有的"部分"已知信息進(jìn)行有效地開(kāi)發(fā)利用，W此來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的狀態(tài)、本質(zhì)的有效的模 擬和控制。由于在分析過(guò)程和應(yīng)用中，灰色系統(tǒng)理論使定性分析的不確定內(nèi)容更加貼近于 客觀實(shí)際，同時(shí)也可W使定量分析的確定性內(nèi)容更加有效符合主觀經(jīng)驗(yàn)，因此應(yīng)用十分廣 泛。
[0008] 灰色關(guān)聯(lián)是指事物與事物之間存在的不確定關(guān)聯(lián)，或者指系統(tǒng)因子與因子之間、 因子對(duì)主行為之間存在的不確定關(guān)聯(lián)?；疑P(guān)聯(lián)分析方法利用灰色關(guān)聯(lián)序來(lái)描述不同因素 間關(guān)系的強(qiáng)弱、大小、次序，它通過(guò)灰色關(guān)聯(lián)度來(lái)描述系統(tǒng)不同因素之間的影響程度或不同 因素對(duì)系統(tǒng)主行為因素的貢獻(xiàn)度大小。灰色關(guān)聯(lián)度的根本思想是：W系統(tǒng)不同因素的數(shù)據(jù) 構(gòu)成的序列為依據(jù)，W數(shù)學(xué)方法研究因素之間或因素與主行為之間的幾何關(guān)系，即根據(jù)曲 線的幾何形狀來(lái)判斷貼進(jìn)度，進(jìn)而描述它們之間的灰色關(guān)聯(lián)度。其中應(yīng)用最廣泛的是鄧氏 關(guān)聯(lián)度模型，其計(jì)算關(guān)聯(lián)度的關(guān)鍵公式為：
[0009]
[0010] 丫（Xo,Xi)為系統(tǒng)的比較序列Xi與參考序列Xo的灰色關(guān)聯(lián)度，簡(jiǎn)記為丫 Oi, 丫（XO 化），xi化））為Xi與Xo在觀測(cè)指標(biāo)k的關(guān)聯(lián)系數(shù)，n表示觀測(cè)指標(biāo)個(gè)數(shù)。
[0011] 上面運(yùn)種處理方式本質(zhì)上認(rèn)為系統(tǒng)的n個(gè)觀測(cè)指標(biāo)對(duì)基于灰色關(guān)聯(lián)分析的健康分 級(jí)評(píng)價(jià)起到的作用是等價(jià)的，即權(quán)重均相等，不隨觀測(cè)指標(biāo)k的不同而不同。運(yùn)種處理方式 僅在所有n個(gè)觀測(cè)指標(biāo)關(guān)于系統(tǒng)所有組成單元都對(duì)稱且互不影響的情況下最為合理適用。 對(duì)于一般系統(tǒng)，其觀測(cè)指標(biāo)在選取時(shí)通常也不會(huì)刻意滿足運(yùn)種對(duì)稱結(jié)構(gòu)。因此，運(yùn)種計(jì)算灰 色關(guān)聯(lián)度的方法具有一定局限性，不能準(zhǔn)確地應(yīng)用在對(duì)系統(tǒng)的健康評(píng)估中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有計(jì)算灰色關(guān)聯(lián)度局限性的問(wèn)題，能更為準(zhǔn)確地確定系統(tǒng) 健康狀態(tài)，提供了一種采用全觀測(cè)指標(biāo)方案的灰色關(guān)聯(lián)分析健康分級(jí)評(píng)價(jià)方法。由于非健 康狀態(tài)-測(cè)試相關(guān)性模型可W準(zhǔn)確地給出系統(tǒng)中各組成單元與各測(cè)試的相關(guān)性關(guān)系，因此 利用非健康狀態(tài)一測(cè)試相關(guān)性模型的D矩陣內(nèi)涵可W給出基于全測(cè)試點(diǎn)的權(quán)值確定方案， 能夠較好地描述各測(cè)試在系統(tǒng)的健康分級(jí)評(píng)價(jià)中起到的貢獻(xiàn)程度，即權(quán)值更符合系統(tǒng)特 性，進(jìn)而使健康分級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果更準(zhǔn)確。
[0013] 本發(fā)明提供的采用全觀測(cè)指標(biāo)方案的灰色關(guān)聯(lián)分析健康分級(jí)評(píng)價(jià)方法，實(shí)現(xiàn)步驟 如下：
[0014] 步驟一:建立系統(tǒng)的NH-T相關(guān)性圖形模型；
[0015] 設(shè)系統(tǒng)因素總數(shù)有m個(gè)，組成單元個(gè)數(shù)有心個(gè)，觀測(cè)指標(biāo)總數(shù)有n個(gè)，組成單元集合 為化1，化，…，UmM，所有觀測(cè)指標(biāo)的集合為測(cè)試點(diǎn)集合{Tl，T2，…，Tn}。
[0016] 步驟二：由系統(tǒng)的NH-T相關(guān)性圖形模型推出NH-T相關(guān)性模型的D矩陣；
[0017] D矩陣中第i行第巧阮素 di徒示現(xiàn)聯(lián)點(diǎn)L與組成單元Ui是否相關(guān)，當(dāng)T巧測(cè)得Ui的 非健康信息時(shí)表示相關(guān)，此時(shí)du取值為1，當(dāng)L不能測(cè)得化的非健康信息時(shí)表示不相關(guān)，此 時(shí)dij取值為0。
[0018] 步驟采用全觀測(cè)指標(biāo)方案進(jìn)行測(cè)試；由NH-T相關(guān)性模型的D矩陣，計(jì)算得到第k 化=1，2，…，n)個(gè)觀測(cè)指標(biāo)對(duì)系統(tǒng)健康分級(jí)評(píng)價(jià)影響的百分比權(quán)值CO k;
[0019]
[0020] Wk表示第k個(gè)觀測(cè)指標(biāo)的觀測(cè)權(quán)值;Ck表示第k個(gè)觀測(cè)指標(biāo)的各項(xiàng)相關(guān)費(fèi)用之和； Qck表示第k個(gè)觀測(cè)指標(biāo)的相對(duì)費(fèi)用比。
[0021 ]步驟四：獲得特征行為序列和系統(tǒng)所有的因素行為序列；
[0022]設(shè)第i個(gè)系統(tǒng)因素在第k個(gè)觀測(cè)指標(biāo)上的觀測(cè)數(shù)據(jù)為Xi化），則第i個(gè)系統(tǒng)因素的行 為序列表示為Xi = Ui(I)，xi(2)，…，xi(n));獲取系統(tǒng)待考察狀態(tài)在所有觀測(cè)指標(biāo)下的觀 巧撒據(jù)，得到特征行為序列Xo=Uo(I)，xo(2)，…，xo(n));獲取所有因素下系統(tǒng)在所有觀測(cè) 指標(biāo)下的觀測(cè)數(shù)據(jù)，確定系統(tǒng)所有的因素行為序列Xi，拉，…乂。。
[0023] 步驟五:獲得因素行為序列和特征行為序列的灰色關(guān)聯(lián)度；
[0024] 對(duì)每個(gè)因素行為序列，計(jì)算其與特征行為序列中在同一觀測(cè)指標(biāo)下的觀測(cè)數(shù)據(jù)的 絕對(duì)差，并獲得
[0025] 第i個(gè)因素行為序列Xi和系統(tǒng)特征行為序列Xo的灰色關(guān)聯(lián)度丫（Xo，Xi)為：
[0026]
[0027] 丫（XO化），xi化））為第i個(gè)因素行為序列和特征行為序列在觀測(cè)指標(biāo)k下的灰色關(guān) 聯(lián)系數(shù)。
[0028] 步驟六:進(jìn)行健康分級(jí)評(píng)價(jià)；
[0029] 找到與系統(tǒng)特征行為序列Xo的灰色關(guān)聯(lián)度最大的因素行為序列，將該因素行為序 列對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)健康狀態(tài)和系統(tǒng)因素作為Xo所對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)健康狀態(tài)和系統(tǒng)因素。
[0030] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與積極效果在于:從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和測(cè)試成本出發(fā)，結(jié)合觀測(cè)指標(biāo)的測(cè) 試能力W及測(cè)試費(fèi)用，優(yōu)化改進(jìn)了觀測(cè)指標(biāo)對(duì)系統(tǒng)健康分級(jí)評(píng)價(jià)影響的權(quán)值，使得權(quán)值的 確定更加客觀全面，即能夠較好地描述各測(cè)試在系統(tǒng)的健康分級(jí)評(píng)價(jià)中起到的貢獻(xiàn)程度， 即權(quán)值更符合系統(tǒng)特性，進(jìn)而使得灰色關(guān)聯(lián)度的計(jì)算也更加合理準(zhǔn)確，健康分級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果 更準(zhǔn)確，進(jìn)而能較為準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)系統(tǒng)狀態(tài)W及造成"亞健康"的系統(tǒng)因素。
【附圖說(shuō)明】
[0031 ]圖1為本發(fā)明采用的權(quán)值改進(jìn)的灰色關(guān)聯(lián)分析健康分級(jí)評(píng)價(jià)方法流程圖；
[0032] 圖2為一個(gè)NH-T相關(guān)性圖形模型示意圖；
[0033] 圖3為案例信號(hào)調(diào)理電路的仿真模型圖；
[0034] 圖4為案例信號(hào)調(diào)理電路的NH-T相關(guān)性圖形模型圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035] 下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0036] 本發(fā)明利用非健康狀態(tài)一測(cè)試相關(guān)性模型（NH-T相關(guān)性模型）給出基于全測(cè)試點(diǎn) 的權(quán)值改進(jìn)方法，根據(jù)所得到的全部n個(gè)觀測(cè)指標(biāo)的百分比權(quán)值CO k化=1，2，…，n) W及已 獲得的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)，利用公5
可計(jì)算出灰色關(guān)聯(lián)度丫 01。求 出所有m個(gè)系統(tǒng)因素行為序列Xi，拉，一Xm與系統(tǒng)特征行為序列Xo灰色關(guān)聯(lián)度，構(gòu)成灰色關(guān)聯(lián) 序。在灰色關(guān)聯(lián)序中，關(guān)聯(lián)度最大的因素行為序列為最優(yōu)因素，即為系統(tǒng)當(dāng)前待考察模式所 處的因素，從而可W評(píng)判當(dāng)前系統(tǒng)的健康狀態(tài)，給出健康分級(jí)評(píng)價(jià)，最后對(duì)健康分級(jí)評(píng)價(jià)給 出參數(shù)度量評(píng)價(jià)。
[0037] 本發(fā)明采用全觀測(cè)指標(biāo)方案的權(quán)值改進(jìn)方法，基于灰色關(guān)聯(lián)分析的健康分級(jí)評(píng)價(jià) 方法的流程如圖1所示，下面結(jié)合實(shí)施例來(lái)說(shuō)明。
[003引步驟一:建立系統(tǒng)的NH-T相關(guān)性圖形模型。
[0039] (1.1)確定系統(tǒng)考察指標(biāo)，即觀測(cè)指標(biāo)，編號(hào)為k，k=l，2,…，n;n表示觀測(cè)指標(biāo)總 數(shù)。
[0040] (1.2)確定系統(tǒng)全部因素，包括健康狀態(tài)、亞健康狀態(tài)W及故障狀態(tài)下所有可能的 因素，設(shè)系統(tǒng)因素編號(hào)為i，i = l，2,…，m;m表示系統(tǒng)因素總數(shù)。
[0041] (1.3)由系統(tǒng)全部因素及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)共同確定組成單元集合化1，化，…，Um'}，n/表示 組成單元個(gè)數(shù)，且所有觀測(cè)指標(biāo)的集合為測(cè)試點(diǎn)集合{Ti，T2,…，TnK由系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 確定連接集合巧}。由{Ui，化，…，Um'}，{Tl，T2，…，Tn}和巧}建立系統(tǒng)的NH-T相關(guān)性圖形模 型。
[0042] -個(gè)NH-T相關(guān)性圖形模型如圖2所示，其中，方框表示組成單元，圓圈表示測(cè)試點(diǎn)， 有向箭頭表示連接。
[00創(chuàng)步驟二：由系統(tǒng)的NH-T相關(guān)性圖形模型推出NH-T相關(guān)性模型的D矩陣，如下：
[0044]
[0045] D矩陣表示組成單元與測(cè)試點(diǎn)之間的相關(guān)性，矩陣中第i行第j列元素 du表示測(cè)試 點(diǎn)L與組成單元化是否相關(guān)，當(dāng)L可測(cè)得化的非健康信息時(shí)表示相關(guān)，此時(shí)du取值為1，當(dāng)Tj 不能測(cè)得化的非健康信息時(shí)表示不相關(guān)，此時(shí)du取值為0。
[0046] 步驟由NH-T相關(guān)性模型的D矩陣，計(jì)算得到第k化=1，2,…，n)個(gè)觀測(cè)指標(biāo)對(duì)系 統(tǒng)健康分級(jí)評(píng)價(jià)影響的百分比權(quán)值《 k。
[0047] 全測(cè)試點(diǎn)方案指的是系統(tǒng)的全部測(cè)試點(diǎn)（冗余測(cè)試點(diǎn)除外)均參與健康分級(jí)評(píng)價(jià)， 且運(yùn)些測(cè)試點(diǎn)能夠覆蓋系統(tǒng)全部組成單元的輸出。每一個(gè)測(cè)試點(diǎn)的測(cè)試權(quán)值在檢測(cè)權(quán)值的 基礎(chǔ)上，加入對(duì)測(cè)試費(fèi)用影響的考慮，確定其測(cè)試權(quán)值計(jì)算公式為：
[004引
[0049]
[0050] 其中:Wk表示第k個(gè)觀測(cè)指標(biāo)的觀測(cè)權(quán)值;Ck表示第k個(gè)觀測(cè)指標(biāo)的各項(xiàng)相關(guān)費(fèi)用之 和;CtEk表示第k個(gè)觀測(cè)指標(biāo)的相對(duì)費(fèi)用比。
[0051] W此得到的所有n個(gè)觀測(cè)指標(biāo)的測(cè)試權(quán)值大小，將運(yùn)些數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化，即
[0化2]
[0053] 所得到的Ok表示第k化=1，2,…，n)個(gè)觀測(cè)指標(biāo)對(duì)系統(tǒng)健康分級(jí)評(píng)價(jià)影響的百分 比權(quán)值。
[0054] 步驟四：獲得特征行為序列和系統(tǒng)所有的因素行為序列。
[0055] (4.1)設(shè)第i個(gè)系統(tǒng)因素在第k個(gè)觀測(cè)指標(biāo)上的觀測(cè)數(shù)據(jù)為Xi化Kk=I，2,…，n)， 則第i個(gè)系統(tǒng)因素的行為序列表示為Xi= (Xi(I)，xi(2)，…，xi(n))，獲取所有因素下系統(tǒng)在 所有觀測(cè)指標(biāo)下的觀測(cè)數(shù)據(jù)，確定系統(tǒng)所有的因素行為序列Xi,拉，…Xm;
[0056] (4.2)獲取系統(tǒng)待考察狀態(tài)在所有觀測(cè)指標(biāo)下的各個(gè)觀測(cè)數(shù)據(jù)，得到對(duì)應(yīng)的特征 行為序列乂〇=(別（1)，又〇(2)，...，又〇(11));
[0057] (4.3)對(duì)因素行為序列Xi，X2,…Xm及系統(tǒng)特征行為序列Xo進(jìn)行無(wú)量綱化處理。如果 各序列中數(shù)據(jù)的量綱或數(shù)量級(jí)基本相同，本步驟也可W省去。
[0058] 步驟五:獲得因素行為序列和特征行為序列的灰色關(guān)聯(lián)度丫（Xo，Xi)。
[0059] (5.1)對(duì)因素行為序列Xi=Ui(I)，xi(2)，…，xi(n))，計(jì)算與特征行為序列中在同 一觀測(cè)指標(biāo)下的觀測(cè)數(shù)據(jù)的絕對(duì)差A(yù) Oi化）=I XO化)-Xi化）I，其由.1' =1 -2-…-m。
[0060] 求取特征行為序列與所有因素行為序列的兩級(jí)最小i
，兩級(jí) 最大差 .
'
[0061] 取分辨系數(shù)P = O. 5,根據(jù)公式計(jì)算第i個(gè)因素行為序列和特征行為序列在觀測(cè)指 標(biāo)k下的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)丫 Oi化）；
[0062]

[0063] (5.2)由觀測(cè)指標(biāo)k下的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)丫 Oi化)和第k個(gè)觀測(cè)指標(biāo)對(duì)系統(tǒng)健康分級(jí)評(píng) 價(jià)影響的百分比權(quán)值《k，得到第i個(gè)因素行為序列和系統(tǒng)特征行為序列的灰色關(guān)聯(lián)度丫 (Xo,Xi)-
[0064]
[0065] (5.3)選定下一個(gè)因素行為序列，進(jìn)入(5.2)執(zhí)行，繼續(xù)計(jì)算灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)，直到m 個(gè)因素行為序列與系統(tǒng)特征行為序列的灰色關(guān)聯(lián)度計(jì)算完成。
[0066] 步驟六:進(jìn)行健康分級(jí)評(píng)價(jià)。
[0067] (6.1)根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)度大小排序，得到灰色關(guān)聯(lián)序;在灰色關(guān)聯(lián)序中，關(guān)聯(lián)度最大 的系統(tǒng)因素行為序列即為系統(tǒng)當(dāng)前待考察模式所處的因素，給出健康定性分級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果。
[0068] (6.2)本發(fā)明根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)序結(jié)果，計(jì)算關(guān)聯(lián)區(qū)分度和最優(yōu)因素置信度，對(duì)健康分 級(jí)結(jié)果進(jìn)行參數(shù)度量評(píng)價(jià)。
[0069] (6.2.1)關(guān)聯(lián)區(qū)分度（Discrimination of Grey Relational Degree)。
[0070] 關(guān)聯(lián)區(qū)分度用于描述灰色關(guān)聯(lián)序中某兩個(gè)因素行為序列關(guān)于系統(tǒng)特征行為序列 的灰色關(guān)聯(lián)度之間的區(qū)分程度，有如下兩種表達(dá)方式：
[0071] ①相對(duì)關(guān)聯(lián)區(qū)分度(Dr)。相對(duì)關(guān)聯(lián)區(qū)分度是指在灰色關(guān)聯(lián)序中兩個(gè)因素行為序列 灰色關(guān)聯(lián)度的相對(duì)差值，用百分?jǐn)?shù)表示，計(jì)算公式如下：
[0072]
[0073] 其中，DrU表示第j個(gè)因素行為序列相對(duì)于第i個(gè)因素行為序列的相對(duì)關(guān)聯(lián)區(qū)分度； 丫 Oi表示第i個(gè)因素行為序列的灰色關(guān)聯(lián)度丫（X〇，Xi) ; 丫 Oj表示第j個(gè)因素行為序列的灰色 關(guān)聯(lián)度丫（XQ，Xj)。
[0074] 對(duì)于相對(duì)關(guān)聯(lián)區(qū)分度，最典型的是灰色關(guān)聯(lián)序中數(shù)值最大的關(guān)聯(lián)度與第二大的關(guān) 聯(lián)度之間的相對(duì)關(guān)聯(lián)區(qū)分度，它可用于橫向比較兩組灰色關(guān)聯(lián)序給出的最優(yōu)因素哪組的區(qū) 分度更高，即最優(yōu)因素的風(fēng)險(xiǎn)更小。
[0075] ②關(guān)聯(lián)區(qū)分比重(Dp)。關(guān)聯(lián)區(qū)分比重是指同一灰色關(guān)聯(lián)序中兩個(gè)因素行為序列關(guān) 聯(lián)度之間的區(qū)分程度所占整個(gè)關(guān)聯(lián)序的比重，用百分?jǐn)?shù)表示，計(jì)算公式如下：
[0076]
[0077] 其中，Dpu表示第i個(gè)因素行為序列和第j個(gè)因素行為序列之間的關(guān)聯(lián)區(qū)分比重； 丫 Oi表示第i個(gè)因素行為序列的灰色關(guān)聯(lián)度；Y Oj表示第j個(gè)因素行為序列的灰色關(guān)聯(lián)度； T max表示灰色關(guān)聯(lián)序中數(shù)值最大的關(guān)聯(lián)度值；T min表示灰色關(guān)聯(lián)序中數(shù)值最小的關(guān)聯(lián)度 值。
[0078] 利用關(guān)聯(lián)區(qū)分比重，可W描述同一灰色關(guān)聯(lián)序中兩個(gè)因素行為序列關(guān)聯(lián)度之間的 區(qū)分程度所占整個(gè)關(guān)聯(lián)序的比重。同樣地，最典型的關(guān)聯(lián)區(qū)分比重就是灰色關(guān)聯(lián)序中數(shù)值 最大的關(guān)聯(lián)度與第二大的關(guān)聯(lián)度之間的關(guān)聯(lián)區(qū)分比重，它可W用來(lái)描述本關(guān)聯(lián)序給出的最 優(yōu)因素與其他因素的區(qū)分度如何，即此最優(yōu)因素的風(fēng)險(xiǎn)大小。
[0(J79] (6.2.2)最優(yōu)因素置信度（Confidence of Optimal Factor)。
[0080]最優(yōu)因素置信度用于描述基于最大灰色關(guān)聯(lián)度而確定的最優(yōu)因素，其事實(shí)上確實(shí) 為最優(yōu)因素的概率，或在分析中可W認(rèn)為運(yùn)個(gè)因素就是最優(yōu)因素的概率。令 [0081 ] A 丫 ^II= 丫廣丫 II
[0082] 其中，A 丫1-"表示灰色關(guān)聯(lián)序中最大關(guān)聯(lián)度與第二大關(guān)聯(lián)度之差；丫I表示灰色關(guān) 聯(lián)序中最大的灰色關(guān)聯(lián)度；T II表示灰色關(guān)聯(lián)序中第二大的灰色關(guān)聯(lián)度。
[0083] 令灰色關(guān)聯(lián)序中關(guān)聯(lián)度的分辨率A y為：
[0084]
[0085]其中，y max表不灰色關(guān)聯(lián)序中最大的灰色關(guān)聯(lián)度，即y I ; y min表不灰色關(guān)聯(lián)序中 最小的灰色關(guān)聯(lián)度;m為系統(tǒng)全部因素行為序列的個(gè)數(shù);A為關(guān)聯(lián)度分辨率調(diào)節(jié)系數(shù)，A>〇。
[0086] 定義最優(yōu)因素置信度C為：
[0087]
[0088] 根據(jù)上述公式，即可計(jì)算灰色關(guān)聯(lián)分析中的最優(yōu)因素置信度。其中，對(duì)于調(diào)節(jié)系數(shù) A，其取值范圍是大于零的實(shí)數(shù)。當(dāng)A=I時(shí)，取系統(tǒng)關(guān)聯(lián)度分辨率為原始數(shù)據(jù)，不進(jìn)行調(diào)整； 當(dāng)AG (〇，1)時(shí)，結(jié)果是將關(guān)聯(lián)度分辨率A 丫調(diào)為更小，相當(dāng)于放寬了置信度的要求，所得最 優(yōu)因素置信度會(huì)更大；當(dāng)A>1時(shí)，結(jié)果是將關(guān)聯(lián)度分辨率A 丫調(diào)為更大，相當(dāng)于對(duì)置信度的 要求更嚴(yán)格，所得最優(yōu)因素置信度會(huì)更小。A取值的確定取決于系統(tǒng)分析對(duì)結(jié)果嚴(yán)苛程度的 要求。
[0089] 本發(fā)明提供的一個(gè)實(shí)施例，選用某信號(hào)調(diào)理電路。該信號(hào)調(diào)理電路的PSpice仿真 模型如圖3所示。電路由四個(gè)主要功能模塊組成：
[0090] (1 )Ui:輸入濾波電路，一級(jí)放大電路；
[0091] (2)化:二級(jí)放大電路；
[0092] (3)U3:S級(jí)放大電路；
[0093] (4)U4:四級(jí)放大電路。
[0094] 仿真模型電路中，信號(hào)源Sl為直流信號(hào)，電壓范圍是0到5.5mV。電路中設(shè)有4個(gè)電 壓監(jiān)測(cè)點(diǎn)，分別位于每級(jí)放大電路輸出，如圖3中Tl~T4。電路中有12個(gè)電阻Rl~R12,9個(gè)電 容Cl~C9，假設(shè)每個(gè)電阻或電容有開(kāi)路和短路兩個(gè)故障模式和一個(gè)參數(shù)漂移30 % (升高）的 亞健康模式，則電路應(yīng)有42個(gè)故障狀態(tài)、21個(gè)亞健康狀態(tài)和一個(gè)健康狀態(tài)。設(shè)置仿真步長(zhǎng)為 O.lmV，對(duì)運(yùn)64種電路狀態(tài)依次進(jìn)行模擬仿真。設(shè)電阻和電容的容差為5%，每種狀態(tài)的仿真 進(jìn)行多次取平均值。
[00M]使用本發(fā)明方法，具體步驟一~步驟六如下。
[0096] 步驟一:建立系統(tǒng)的NH-T相關(guān)性圖形模型，如圖4所示。
[0097] 組成單元集合為化1，化，化，山}，測(cè)試點(diǎn)集合為{Ti，T2，T3，T4}。確定的系統(tǒng)因素總數(shù) 有23個(gè)，下面在步驟四中具體說(shuō)明。
[009引巧驟二：由系統(tǒng)的NH-T相關(guān)性圖形模型推出NH-T相關(guān)性模型的D矩陣，如下：
[0099]
[0100]
[0101] 步驟由NH-T相關(guān)性模型的D矩陣，計(jì)算得到各觀測(cè)指標(biāo)對(duì)系統(tǒng)健康分級(jí)評(píng)價(jià)影 響的百分比權(quán)值《k。
[0102] 對(duì)于本發(fā)明實(shí)施例電路中的四個(gè)電壓監(jiān)測(cè)點(diǎn)，可W認(rèn)為它們都是完全相同的，因 此測(cè)試費(fèi)用對(duì)權(quán)值帶來(lái)的影響可W忽略。由NH-T相關(guān)性模型的D矩陣可W求得四個(gè)觀測(cè)指 標(biāo)的觀測(cè)權(quán)值，即 _
，相應(yīng)地它們對(duì)應(yīng)的百分比權(quán)值為
[0103] 步驟四：獲得系統(tǒng)所有的因素行為序列和特征行為序列。
[0104] 通過(guò)對(duì)電路原理W及仿真數(shù)據(jù)的分析，可W總結(jié)出W下內(nèi)容：
[0105] (1)R6開(kāi)路，R9開(kāi)路W及R12開(kāi)路的仿真會(huì)導(dǎo)致軟件報(bào)錯(cuò)，故不進(jìn)行考察；
[0106] (2)共有不可檢測(cè)的狀態(tài)23種，其中不可檢測(cè)的故障狀態(tài)U種，包括:C1開(kāi)路，C2開(kāi) 路，C3開(kāi)路，C4開(kāi)路，C5開(kāi)路，C6開(kāi)路，C7開(kāi)路，C8開(kāi)路，C9開(kāi)路，R9短路，Rl 2短路;不可檢測(cè)的 亞健康狀態(tài)12種，包括:Cl參數(shù)漂移，C2參數(shù)漂移，C3參數(shù)漂移，C4參數(shù)漂移，C5參數(shù)漂移，C6 參數(shù)漂移，C7參數(shù)漂移，C8參數(shù)漂移，C9參數(shù)漂移，R6參數(shù)漂移，R9參數(shù)漂移，R12參數(shù)漂移。 同時(shí)可W看出，電容的開(kāi)路故障和參數(shù)漂移狀態(tài)均為不可檢測(cè)；
[0107] (3)共有模糊組9組，其中故障模糊組有8組，包括：{R2開(kāi)路、R3短路}，{R2短路、C2 短路、C3短路}，{R4開(kāi)路、R5短路}，{R4短路、C4短路、C5短路}，{R7開(kāi)路、C6短路、C7短路、R8 短路}，{R7短路、R8開(kāi)路}，{C8短路、C9短路、RlO開(kāi)路、Rll短路}，{R10短路、Rll開(kāi)路};亞健 康模糊組有1組，{R4參數(shù)漂移、R8參數(shù)漂移}。
[0108] 將上述不可檢測(cè)狀態(tài)從數(shù)據(jù)列表中刪除，每個(gè)模糊組內(nèi)成員在數(shù)據(jù)列表中合并， 即可W得到利用本發(fā)明方法可W進(jìn)行健康分級(jí)評(píng)價(jià)的電路狀態(tài)W及對(duì)應(yīng)的仿真數(shù)據(jù)，即系 統(tǒng)因素行為序列，如表1所示(SI = 3mV)。
[0109]表1信號(hào)調(diào)理電路仿真數(shù)據(jù)(SI = 3mV) 「01101
[0112] 為驗(yàn)證基于灰色關(guān)聯(lián)分析的健康分級(jí)方法的有效性，選取健康、亞健康和故障= 種狀態(tài)各進(jìn)行一次仿真，然后對(duì)仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行分級(jí)評(píng)價(jià)，觀察結(jié)果是否正確。其中，電路的 健康狀態(tài)是唯一的;亞健康狀態(tài)隨機(jī)選擇一條，運(yùn)里選擇了 R7參數(shù)漂移;故障狀態(tài)隨機(jī)選擇 一條，運(yùn)里選擇了R5開(kāi)路。對(duì)運(yùn)=種狀態(tài)各進(jìn)行一次仿真，得到待分級(jí)的特征行為序列，分 別設(shè)為Xoi, X〇2，X〇3,如表2所示。本例中各觀測(cè)數(shù)據(jù)量綱相同且差距不大，因此不做無(wú)量綱化 處理。
[0113] 表2待分級(jí)特征行為序列 r〇ii4i

[0115] 步驟五:獲得因素行為序列和特征行為序列的灰色關(guān)聯(lián)度。
[0116] 因素行為序列和系統(tǒng)特征行為序列在同一觀測(cè)指標(biāo)下的觀測(cè)數(shù)據(jù)的絕對(duì)差如表3 所示。S個(gè)系統(tǒng)特征行為序列姑1，姑2，姑3的灰色關(guān)聯(lián)度分別如表4、表5和表6所示。
[0117] 表3 Xoi與Xi,X2,…拉3的絕對(duì)差值
[0120] 表4 Xoi的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)、灰色關(guān)聯(lián)度和關(guān)聯(lián)序
[011 引
[0119]
[0121]
[0
[0123] 表5 X〇2的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)、灰色關(guān)聯(lián)度和關(guān)聯(lián)序
[0124]
[0125]
[0126]
[0127]
[0128] 步驟六:進(jìn)行健康分級(jí)評(píng)價(jià)。
[0129] 由表4中的灰色關(guān)聯(lián)序可知，關(guān)聯(lián)度最大的系統(tǒng)因素行為序列為Xi,即健康狀態(tài)狀 態(tài)，與Xoi本身狀態(tài)相一致。因此結(jié)論為系統(tǒng)處于健康狀態(tài)。
[0130] 由表5中的灰色關(guān)聯(lián)序可知，關(guān)聯(lián)度最大的系統(tǒng)因素行為序列為Xi8,即R7參數(shù)漂移 狀態(tài)，與X〇2本身狀態(tài)相一致。因此結(jié)論為系統(tǒng)處于亞健康狀態(tài)，亞健康模式為R7參數(shù)漂移。
[0131] 由表6中的灰色關(guān)聯(lián)序可知，關(guān)聯(lián)度最大的系統(tǒng)因素行為序列為Xi3,即R5開(kāi)路狀 態(tài)，與X〇3本身狀態(tài)相一致。因此結(jié)論為系統(tǒng)處于故障狀態(tài)，故障模式為R5開(kāi)路。
[0132] 根據(jù)健康分級(jí)能力的度量參數(shù)計(jì)算公式W及X〇lX〇2X〇3的灰色關(guān)聯(lián)序，考察最大關(guān) 聯(lián)度與第二大關(guān)聯(lián)度的區(qū)分度，取關(guān)聯(lián)度分辨率調(diào)節(jié)系數(shù)A=I,運(yùn)=組特征行為序列相應(yīng) 的度量參數(shù)如表7所示。
[0133] 表7全觀測(cè)指標(biāo)下的度量參數(shù)
[0134]
[01351
[0136]由表7中的結(jié)果所示，第一行的數(shù)值較小，說(shuō)明在Xoi特征行為序列中得到的結(jié)論可 靠度不高，而在X〇2特征行為序列中得到的結(jié)論可靠度會(huì)相對(duì)高一些。而X〇3特征行為序列中 得到的結(jié)論可靠度更低，因此最后得出的結(jié)論應(yīng)該包含多個(gè)可能的故障模式，要得到更具 體的結(jié)果需要更進(jìn)一步的分析。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種采用全觀測(cè)指標(biāo)方案的灰色關(guān)聯(lián)分析健康分級(jí)評(píng)價(jià)方法，其特征在于，包括步 驟： 步驟一:建立系統(tǒng)的NH-T相關(guān)性圖形模型； 設(shè)系統(tǒng)因素總數(shù)有m個(gè)，組成單元個(gè)數(shù)有π/個(gè)，觀測(cè)指標(biāo)總數(shù)有η個(gè)，組成單元集合為 仙，U2，…，IV }，所有觀測(cè)指標(biāo)的集合為測(cè)試點(diǎn)集合{，Τ2，…，Τη}; 步驟二：由系統(tǒng)的NH-T相關(guān)性圖形模型推出NH-T相關(guān)性模型的D矩陣； D矩陣中第i行第j列元素屯表示測(cè)試點(diǎn)L與組成單元仏是否相關(guān)，當(dāng)L可測(cè)得U的非健 康信息時(shí)表示相關(guān)，此時(shí)dij取值為1，當(dāng)Tj不能測(cè)得Ui的非健康信息時(shí)表示不相關(guān)，此時(shí)dij 取值為〇;i = l，2,…π/ ;j = l，2,…η; 步驟三:采用全觀測(cè)指標(biāo)方案進(jìn)行測(cè)試；由NH-T相關(guān)性模型的D矩陣，計(jì)算得到第k(k = 1，2，…，η)個(gè)觀測(cè)指標(biāo)對(duì)系統(tǒng)健康分級(jí)評(píng)價(jià)影響的百分比權(quán)值ω k;Wk表示第k個(gè)觀測(cè)指標(biāo)的觀測(cè)權(quán)值;Ck表示第k個(gè)觀測(cè)指標(biāo)的各項(xiàng)相關(guān)費(fèi)用之和;ac；k表示 第k個(gè)觀測(cè)指標(biāo)的相對(duì)費(fèi)用比； 步驟四：獲得特征行為序列和系統(tǒng)所有的因素行為序列； 設(shè)第i個(gè)系統(tǒng)因素在第k個(gè)觀測(cè)指標(biāo)上的觀測(cè)數(shù)據(jù)為Xl(k)，則第i個(gè)系統(tǒng)狀態(tài)模式的行 為序列表示為乂1 = (^(1)，^(2)，一，^(11));獲取系統(tǒng)待考察狀態(tài)在所有觀測(cè)指標(biāo)下的觀 測(cè)數(shù)據(jù)，得到特征行為序列Χ〇=(Χ〇(1)， Χ()(2)，···，Χ()(η));獲取所有狀態(tài)模式下系統(tǒng)在所有 觀測(cè)指標(biāo)下的觀測(cè)數(shù)據(jù)，確定系統(tǒng)所有的因素行為序列Xi，X 2,…Xm; 步驟五:獲得因素行為序列和特征行為序列的灰色關(guān)聯(lián)度； 第i個(gè)因素行為序列t和系統(tǒng)特征行為序列X〇的灰色關(guān)聯(lián)度γΟο,ΧΟ為：γ (XQ(k)，Xl(k))為第i個(gè)因素行為序列和特征行為序列在觀測(cè)指標(biāo)k下的灰色關(guān)聯(lián)系 數(shù)； 步驟六:進(jìn)行健康分級(jí)評(píng)價(jià)； 找到與系統(tǒng)特征行為序列X〇的灰色關(guān)聯(lián)度最大的因素行為序列，將該因素行為序列對(duì) 應(yīng)的系統(tǒng)健康狀態(tài)和系統(tǒng)因素作為Χο所對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)健康狀態(tài)和系統(tǒng)因素。
【文檔編號(hào)】G06Q50/22GK105956977SQ201610312984
【公開(kāi)日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年5月12日
【發(fā)明人】石君友, 何慶杰, 楊憶凡, 劉衎
【申請(qǐng)人】北京航空航天大學(xué)