多級往復式壓縮機故障檢測與診斷晶片用數據處理方法

2023-06-11 13:24:01 3

專利名稱：多級往復式壓縮機故障檢測與診斷晶片用數據處理方法
技術領域：
本發明屬於數據處理方法，特別涉及一種用於多級往復式壓縮機故障檢測與診 斷晶片上的數據處理方法。該故障檢測與診斷晶片可代替傳統的主機加故障診斷軟體的 方式，不僅可以降低成本，提高效率，還可以大幅度改善多級往復式壓縮機故障診斷的實時 性，以及便於其分布式在線診斷功能的實現。
背景技術：
多級往復式壓縮機在工業生產、國防軍工和日常生活中有著重要的用途，被廣泛 地應用於石油石化行業重油催化裂化裝置、大化肥裝置、大煤化工裝置，鋼鐵冶金行業的高 爐鼓風裝置、大型汙水處理裝置和煤氣化聯合循環發電裝置以及大型軍用艦艇推進裝置和 發射裝置等，屬於一類影響到國家安全和經濟命脈的大型、關鍵裝備。由於多級往復式壓縮 機的結構複雜，監測狀態參數眾多、信號難以識別等因素，其運行狀態的監測與故障診斷通 常都非常困難。而多級往復式壓縮機往往是核心系統，其工作狀態直接關係到整體系統能 否正常的運轉，並且其又是一類高能耗設備，雖然某些故障並未導致設備的停轉，但是會降 低工作質量與效率，從而導致大量的能源浪費。目前，多級往復式壓縮機故障檢測與診斷系統大部分採用計算機檢測的體系模 式，其造價昂貴、技術複雜、體積龐大，從而限制了故障檢測與診斷技術的應用場所。採用按 本發明方法實現的多級往復式壓縮機故障檢測與診斷晶片製造的嵌入式在線故障檢測與 診斷系統可以提高數據處理速度、減少計算時間，實現在線實時的故障檢測與診斷。

發明內容
本發明的目的是提供一種多級往復式壓縮機故障檢測與診斷晶片用數據處理方 法，可將其綜合(synthesize)在集成電路晶片——大規模可編程邏輯器件(FPGA)中，從而 獲得多級往復式壓縮機故障檢測與診斷晶片，最終實現多級往復式壓縮機嵌入式故障檢測 與診斷系統。為達到以上目的，本發明是採取如下技術方案予以實現的一種多級往復式壓縮機故障檢測與診斷晶片用數據處理方法，其特徵在於將故障檢測與診斷晶片細分為8個相互間都可並行操作的處理單元10單元，控 制單元，父代個體存儲單元，子代個體存儲單元，交叉操作單元，變異操作單元，適應度計算 單元和選擇操作單元，數據處理在這8個處理單元中進行，其中IO單元用於與故障檢測與診斷晶片外圍接口通訊，並向控制單元發送指令初始 化信息、讀取結果指令、強制終止運行指令和自動終止運行條件信息；當IO單元向控制單 元發送讀取結果指令，則要接收控制單元返回的可讀取的內容地址，根據可讀取的內容地 址，IO單元從父代個體存儲單元讀出父代個體信息或從子代個體存儲單元讀出子代個體信 息；控制單元接受並處理IO單元發來的信息和指令、查詢父代個體存儲單元中的父
4代個體狀態信息及子代個體存儲單元中的子代個體狀態信息；根據查詢到的父代個體信 息、子代個體信息和IO單元發來的信息和指令控制交叉操作單元、變異操作單元、適應度 計算單元和選擇操作單元完成相應的數據處理；控制單元對IO單元發來的信息和指令的處理方法是控制單元當從IO單元接收到的指令是讀取結果指令，則根據父代個體存儲單元 和子代個體存儲單元中的個體狀態信息向IO單元發送可讀取的內容地址；當從IO單元接 收到的指令是初始化信息，則將初始化信息轉變為初始個體，向子代個體存儲單元寫入子 代個體信息；當從IO單元接收到的是強制終止運行指令，則不再查詢父代個體存儲單元和 子代個體存儲單元中的個體狀態信息，並向交叉操作單元、變異操作單元、適應度計算單元 和選擇操作單元發送空信息，控制它們停止數據處理，終止進化計算運行。控制單元對交叉操作單元，變異操作單元，適應度計算單元和選擇操作單元的具 體控制方法是向交叉操作單元發送需要進行交叉操作的父代個體地址信息和操作結果保存的 地址信息或空信息，控制交叉操作單元對父代個體進行交叉操作或停止交叉操作；向變異 操作單元發送需要進行變異操作的子代個體地址信息和操作結果保存的地址信息或空信 息，控制變異操作單元對子代個體進行變異操作或停止變異操作；向適應度計算單元發送 需要進行適應度計算的子代個體地址信息和適應度計算結果保存的地址信息或空信息，控 制適應度計算單元對子代個體進行適應計算或停止適應度計算；向選擇操作單元發送需 要進行選擇操作的父代個體和子代個體地址信息或空信息，控制選擇操作單元進行選擇操 作，實現優勝劣汰，生成新一代父代個體，或停止選擇操作；父代個體存儲單元用於 儲父代個體信息；子代個體存儲單元用於存儲初始個體 信息和子代個體信息；父代個體、子代個體和初始個體的個體信息包括染色體信息，適應 度信息，當前狀態信息，所處進化過程的代次信息；父代個體的當前狀態為以下狀態之一 可進行交叉操作狀態或可進行選擇操作狀態；子代個體的當前狀態為以下狀態之一可進 行變異操作狀態、可進行適應度計算狀態或可進行選擇操作狀態；初始個體的當前狀態為 以下狀態之一可進行適應度計算狀態或可進行選擇操作狀態；交叉操作單元從控制單元接收需要進行交叉操作的子代個體地址信息和操作結 果保存地址信息；從父代個體存儲單元讀入需要進行交叉操作的父代個體地址信息指定的 父代個體信息，對需要進行交叉操作的父代個體地址信息指定的個體進行交叉操作；把交 叉操作的結果信息按照操作結果保存的地址信息指定的位置寫入子代個體存儲單元；變異操作單元從控制單元接收需要進行變異操作的子代個體地址信息和操作結 果保存的地址信息；從子代個體存儲單元讀入需要進行變異操作的子代個體地址信息指定 的子代個體信息，對需要進行變異操作的子代個體地址信息指定的個體進行變異操作；把 變異操作的結果信息按照操作結果保存的地址信息指定的位置寫入子代個體存儲單元；適應度計算單元從控制單元接收需要進行適應度計算的子代個體地址信息和操 作結果保存的地址信息；從子代個體存儲單元讀入需要進行適應度計算的子代個體地址信 息指定的子代個體信息，對需要進行適應度計算的子代個體地址信息指定的個體進行適應 度計算；把適應度計算的結果信息按照適應度計算結果保存的地址信息指定的位置寫入子 代個體存儲單元；
選擇操作單元從控制單元接收需要進行選擇操作的父、子代個體地址和操作結果 保存的地址信息；從父代個體存儲單元讀入需要進行選擇操作的父代個體信息；從子代個 體存儲單元讀入需要進行選擇操作的子代個體信息；對需要進行選擇操作的個體進行選擇 操作；把部分選擇操作的結果信息寫入父代個體存儲單元；把另一部分選擇操作的結果信 息寫入子代個體存儲單元。上述8個處理單元協同配合，實現數據處理。數據處理過程包括下述三個階段A、初始化過程 初始化過程由除交叉操作單元和變異操作單元之外的六個處理單元協同完成。當 IO單元發送的初始化信息指令時，初始化過程開始，然後按照以下時序進行從計算周期T1開始，控制單元開始接收並處理來自IO單元初始化信息，生成初始 個體，直到初始化信息被完全處理；從計算周期T2開始，控制單元將初始個體寫入子代個 體存儲單元，並控制適應度計算單元對子代個體存儲單元中的初始個體進行適應度計算， 直到適應度計算單元處理完所有的初始個體；從計算周期T3開始，控制單元控制選擇操作 單元將子代個體存儲單元中的經過適應度計算的初始個體寫入父代個體存儲單元，得到第 一代父代個體，直到所有初始個體都被寫入父代個體存儲單元成為第一代父代個體；所有 初始個體都經過了適應度計算和選擇操作，並被寫入父代個體存儲單元後，初始化過程完 成；B、進化計算持續進行的過程進化計算持續進行的過程是在控制單元的控制下，由父代個體存儲單元，子代個 體存儲單元，交叉操作單元，變異操作單元，適應度計算單元和選擇操作單元協同完成；當 初始化過程完成時，在控制單元的控制下進化計算持續進行的過程自動開始，按照以下時 序共同完成在計算周期Tk+1中控制單元查詢到第一代的父代個體信息，標誌數據處理過程 進入進化計算持續進行的過程；從計算周期Tk+2開始，控制單元向交叉操作單元發送可進 行交叉操作的個體信息；交叉操作單元按照接收到的個體信息進行交叉操作產生的子代個 體，並寫入子代個體存儲單元中，將其設置為可進行變異操作狀態；從計算周期Tk+3開始， 控制單元向變異操作單元發送可進行變異操作的個體信息；變異操作單元按照接收到的個 體信息對子代個體進行變異操作，將其設置為可進行適應度計算狀態；從計算周期Tk+4開 始，控制單元向適應度計算單元發送可進行適應度計算的個體信息；適應度計算單元按照 接收到的個體信息對子代個體存儲單元內的處於可進行適應據計算狀態的子代個體進行 適應度計算，將其設置為可進行選擇操作狀態；從計算周期Tk+5開始，控制單元向選擇操作 單元發送可進行選擇操作的個體信息；選擇操作單元按照接收到的個體信息對子代個體存 儲單元內的處於可進行選擇操作狀態的子代個體進行選擇操作，被選中的個體成為新一代 父代個體，被寫入父代個體存儲單元，未被選中的個體被淘汰，從父代個體存儲單元或子代 個體存儲單元中清除；進化計算持續進行的過程開始後，不斷有新一代的父代個體生成，這使得進化計 算過程持續不斷的進行下去，直到進化計算過程進入以下階段終止進化計算過程；C、終止進化計算的過程數據處理過程進入終止進化計算過程的方式有兩種
a、強制終止進化計算運行；外界通過IO單元向控制單元發送強制終止運行指令 可以強制終止進化計算運行；b、自動終止進化計算運行；外界通過IO單元向控制單元發送自動終止運行條件 信息，當進化計算過程符合該條件時，自動終止進化計算運行；終止進化計算運行由控制單元接收到終止進化計算指令或控制單元判定符合進 化計算運行結束條件時開始，按照以下時序進行在計算周期Tn+1，控制單元接收到終止進化計算指令或控制單元判定符合進化計 算運行結束條件；在計算周期Τη+2，控制單元向交叉操作單元、變異操作單元、適應度計算單 元和選擇操作單元發送空信息，控制交叉操作單元、變異操作單元、適應度計算單元和選擇 操作單元停止自己的操作，實現終止進化計算運行。與現有技術相比，本發明具有如下優點1、本發明方法減少了故障診斷算法計算時間，提高了故障診斷的實時性。目前，壓縮機故障診斷算法由計算機來實現，需要將採集到的壓縮機的各種信號 傳輸到控制中心由故障診斷算法進行分析診斷。受制於計算機的架構特點，傳統的故障診 斷算法是順序執行的，算法的實時性不高，無法實現真正意義上的在線故障診斷功能。本發明公開數據處理方法採用流水線技術，實現以進化計算算法為核心的故障診 斷算法並行計算，減少算法計算時間，提高了故障診斷的實時性。2、採用本發明方法開發出的故障檢測與診斷設備造價低、體積小，易於推廣應用當前多級往復式壓縮機系統的故障檢測與診斷技術一般採用計算機+數據採集 系統的模式，該類模式存在價格昂貴、結構複雜、體積大和功耗高等缺點，不利於維護也不 利於推廣，只能在一些特殊場合使用。本發明方法將檢測、診斷算法綜合在一塊大規模集成電路中，形成專用的故障檢 測與診斷晶片。採用專用的故障檢測與診斷晶片可以實現故障檢測儀器小型化、集成化，從 而大幅度地降低故障檢測與診斷系統的費用和功耗，擴大其應用場所。3、本發明方法使故障檢測與診斷系統運行安全可靠，易於維護。當前多級往復式壓縮機系統的故障檢測與診斷技術一般採用計算機加數據採集 系統的模式。受制於計算機的架構特點，傳統的故障檢測與診斷算法是運行在計算機操作 系統之上，嚴重依賴於計算機的軟硬體環境，容易受到計算機病毒以及誤操作等因素的破 壞，且不易維護。本發明方法將故障檢測與診斷算法綜合在一塊大規模集成電路中，形成專用的故 障檢測與診斷晶片，實現了故障檢測與診斷算法的硬體化，使故障檢測與診斷系統獨立於 通用計算機系統，從而不易受外部因素幹擾，運行安全可靠。故障檢測與診斷算法的硬體化 使得故障檢測和診斷系統維護簡單易行。


圖1是本發明方法的故障檢測與診斷晶片框圖；圖2是實施形態的多級往復式壓縮機故障檢測與診斷儀的模塊圖；圖3是實施形態的進化計算初始化過程操作時序圖；圖4是實施形態的進化計算持續進行過程的操作時序圖5是實施形態的終止進化計算過程操作時序圖。
具體實施例方式圖1例示了本發明方法的故障檢測與診斷晶片框圖。將故障檢測與診斷晶片細分為8個相互間都可並行操作的處理單元10單元1，控 制單元2，父代個體存儲單元3，子代個體存儲單元4，交叉操作單元5，變異操作單元6，適應 度計算單元7和選擇操作單元8，數據處理在這8個處理單元中進行，其中IO單元1用於與故障檢測與診斷晶片外圍接口通訊，並向控制單元2發送指令 初始化信息11、讀取結果指令12、強制終止運行指令13和自動終止運行條件信息17 ；當IO 單元1向控制單元2發送有讀取結果指令12，則要接收控制單元2返回的可讀取的內容地 址14，根據可讀取的內容地址14，IO單元從父代個體存儲單元3讀出父代個體信息15或 從子代個體存儲單元4讀出子代個體信息16 ；父代個體存儲單元3存儲父代個體的信息；子代個體存儲單元4存儲初始個體 和子代個體的信息；其中，父代個體、子代個體和初始個體的個體信息包括染色體信息， 適應度信息，當前狀態信息，所處進化過程的代次信息；父代個體的當前狀態為以下狀態之 一可進行交叉操作狀態或可進行選擇操作狀態；子代個體的當前狀態為以下狀態之一 可進行變異操作狀態、可進行適應度計算狀態或可進行選擇操作狀態；初始個體的當前狀 態為以下狀態之一可進行適應度計算狀態或可進行選擇操作狀態；控制單元2接受並處理IO單元1發來的信息和指令、查詢父代個體存儲單元3中 的父代個體狀態信息21及子代個體存儲單元4中的子代個體狀態信息30 ；根據查詢到的 父代個體信息、子代個體信息和IO單元發來的信息和指令控制交叉操作單元5、變異操作 單元6、適應度計算單元7和選擇操作單元8對完成相應的數據處理；控制單元對IO單元發來的信息和指令的處理方法是控制單元2當從IO單元1接收到的指令是讀取結果指令12，則根據父代個體存儲 單元3和子代個體存儲單元4中的個體狀態信息向IO單元1發送可讀取的內容地址14 ； 當從IO單元1接收到的指令是初始化信息11，則將初始化信息轉變為初始個體，向子代個 體存儲單元4寫入子代個體信息29 ；當從IO單元1接收到的是強制終止運行指令13，則不 再查詢父代個體存儲單元3和子代個體存儲單元4中的個體狀態信息，並向交叉操作單元 5、變異操作單元6、適應度計算單元7和選擇操作單元8發送空信息，控制它們停止數據處 理，終止進化計算運行。控制單元2對交叉操作單元5，變異操作單元6，適應度計算單元7和選擇操作單 元8的具體控制方法是向交叉操作單元5發送需要進行交叉操作的父代個體地址信息22和操作結果保 存的地址信息23或空信息，控制交叉操作單元5對父代個體進行交叉操作或停止交叉操 作；向變異操作單元6發送需要進行變異操作的子代個體地址信息24和操作結果保存的地 址信息25或空信息，控制變異操作單元6對子代個體進行變異操作或停止變異操作；向適 應度計算單元7發送需要進行適應度計算的子代個體地址信息26和適應度計算結果保存 的地址信息27或空信息，控制適應度計算單元7對子代個體進行適應計算或停止適應度計 算；向選擇操作單元8發送需要進行選擇操作的父代個體和子代個體地址信息28或空信
8息，控制選擇操作單元8進行選擇操作，實現優勝劣汰，生成新一代父代個體，或停止選擇 操作；交叉操作單元5從控制單元2接收需要進行交叉操作的子代個體地址信息22和 操作結果保存的地址信息23 ；從父代個體存儲單元3讀入需要進行交叉操作的父代個體地 址信息22指定的父代個體信息31，對需要進行交叉操作的父代個體地址信息22指定的個 體進行交叉操作；把交叉操作的結果信息41按照操作結果保存的地址信息23指定的位置 寫入子代個體存儲單元4;變異操作單元6從控制單元2接收需要進行變異操作的子代個體地址信息24和 操作結果保存的地址信息25 ；從子代個體存儲單元4讀入需要進行變異操作的子代個體地 址信息24指定的子代個體信息43，對需要進行變異操作的子代個體地址信息24指定的個 體進行交叉操作；把交叉操作的結果信息42按照操作結果保存的地址信息25指定的位置 寫入子代個體存儲單元4;適應度計算單元7從控制單元2接收需要進行適應度計算的子代個體地址信息26 和操作結果保存的地址信息27 ；從子代個體存儲單元4讀入需要進行適應度計算的子代個 體地址信息26指定的子代個體信息45，對需要進行適應度計算的子代個體地址信息27指 定的個體進行適應度計算；把適應度計算的結果信息44按照適應度計算結果保存的地址 信息25指定的位置寫入子代個體存儲單元4 ；選擇操作單元8從控制單元2接收需要進行選擇操作的父、子代個體地址和選擇 操作結果保存的地址信息28 ；從父代個體存儲單元3讀入需要進行選擇操作的父代個體信 息33 ；從子代個體存儲單元4讀入需要進行選擇操作的子代個體信息47 ；對需要進行選擇 操作的個體進行選擇操作；把部分選擇操作的結果信息32寫入父代個體存儲單元4 ；把另 一部分選擇操作的結果信息46寫入子代個體存儲單元4。上述8個處理單元協同配合，實現數據處理。圖2是實施形態的多級往復式壓縮機故障檢測與診斷儀的模塊圖。多級往復式壓縮機故障檢測與診斷儀是在專用的多級往復式壓縮機故障檢測芯 片的基礎上擴展外圍接口驅動電路所構成。其擴展外圍接口驅動電路的模式可以有多種， 圖2所示的基於片上算法的多級往復式壓縮機故障監測與診斷儀是其中一種擴展外圍接 口驅動電路的實施實例。專用的往復式壓縮機故障檢測與診斷核心晶片配備FPGA晶片必 須的下載電路，外部時鐘電路，復位電路，電源電路，以及存儲電路構成故障檢測核心單元。 然後在故障檢測核心單元的基礎上擴展出模擬信號採集模塊AD、數字輸入輸出模塊DI/ DO、和通訊模塊和用戶交互模塊。模擬信號採集模塊AD將安裝在往復式壓縮機上的傳感器獲得的溫度和壓力信號 轉換為數位訊號，並傳輸給專用晶片處理；數字輸入輸出模塊負責開關量信息的交互；通 訊模塊實現與其它設備實現通訊，如連接可攜式計算機實現現場調試分析，或連接到服務 器進行額外的分析處理，或連接到另外一個多級往復式壓縮機在線故障檢測儀；用戶接口 模塊可以將故障監測與診斷專用晶片對系統實時監測、診斷的信息實時顯示在顯示器上， 可以通過鍵盤接收調試指令。數據處理過程包括下述三個階段A、初始化過程；
B、進化計算持續進行的過程；C、終止進化計算的過程；其中數據處理過程的三個階段實施實例見圖3、圖4和圖5 ；圖3是實施形態的進化計算初始化過程操作時序圖在圖中T表示一個計算周期，用T1, T2, T3,……表示不同的計算周期。在控制單 元2中的R表示接收來自IO單元1的指令；S表示查詢父代個體存儲單元3中的個體狀態 信息21以及子代個體存儲單元4中的個體狀態信息30 ；W表示向交叉操作單元5、變異操 作單元6、適應度計算單元7和選擇操作單元8發送信息或者向子代個體存儲單元4寫入初 始個體。交叉操作單元5、變異操作單元6、適應度計算單元7和選擇操作單元8中，R表示 它們接收來自控制單元2的可操作的個體信息以及從父代個體存儲單元3或和子代個體存 儲單元4中載入個體信息；適應度計算單元7和選擇操作單元8中，C表示它們正在操作的 子代個體，C1, C2, C3,……表示不同的個體，W表示向父代個體存儲單元3或和子代個體存 儲單元4中寫入個體信息初始化過程在控制單元2接收到IO單元1發送的初始化信息11指令時開始，然 後按照以下時序進行從計算周期T1開始，控制單元2開始接收並處理來自IO單元1初始化信息，生成 初始個體，直到初始化信息被完全處理；從計算周期T2開始，控制單元2將初始個體寫入子 代個體存儲單元4，並控制適應度計算單元7對子代個體存儲單元4中的初始個體進行適應 度計算，直到適應度計算單元7處理完所有的初始個體；從計算周期T3開始，控制單元2控 制選擇操作單元8將子代個體存儲單元4中的經過適應度計算的初始個體寫入父代個體存 儲單元，得到第一代父代個體，直到所有初始個體都被寫入父代個體存儲單元3成為第一 代父代個體；所有初始個體都經過了適應度計算和選擇操作，並被寫入父代個體存儲單元 後，初始化過程完成。圖4是實施形態的進化計算持續進行過程的操作時序圖在圖中T表示一個計算周期，T1, T2，T3，……表示不同的計算周期。在控制單元2 中的R表示接收來自IO單元1的指令；S表示查詢父代個體存儲單元3中的個體狀態信息 21以及子代個體存儲單元4中的個體狀態信息30 ；W表示向交叉操作單元5、變異操作單 元6、適應度計算單元7和選擇操作單元8發送信息或者向子代個體存儲單元4寫入初始個 體。交叉操作單元5、變異操作單元6、適應度計算單元7和選擇操作單元8中，R表示它們 接收來自控制單元2的可操作的個體信息以及從父代個體存儲單元3或和子代個體存儲單 元4中載入個體信息；W表示向父代個體存儲單元3或和子代個體存儲單元4中寫入個體 信息；交叉操作單元5中，P表示它正在操作的父代個體，P1, P2, P3,……表示不同的個體； 變異操作單元6、適應度計算單元7和選擇操作單元8中，C表示它們正在操作的子代個體， C1, C2, C3,……表示不同的個體。在計算周期Tk+1中控制單元2查詢到第一代的父代個體信息，標誌數據處理過程 進入進化計算持續進行的過程；從計算周期Tk+2開始，控制單元2向交叉操作單元5發送可 進行交叉操作的個體信息；交叉操作單元5按照接收到的個體信息進行交叉操作產生的子 代個體，並寫入子代個體存儲單元4中，將其設置為可進行變異操作狀態；從計算周期Tk+3 開始，控制單元2向變異操作單元6發送可進行變異操作的個體信息；變異操作單元6按照接收到的個體信息對子代個體進行變異操作，將其設置為可進行適應度計算狀態；從計算 周期1\+4開始，控制單元2向適應度計算單元7發送可進行適應度計算的個體信息；適應度 計算單元7按照接收到的個體信息對子代個體存儲單元內的處於可進行適應據計算狀態 的子代個體進行適應度計算，將其設置為可進行選擇操作狀態；從計算周期Tk+5開始，控制 單元2向選擇操作單元8發送可進行選擇操作的個體信息；選擇操作單元8按照接收到的 個體信息對子代個體存儲單元內的處於可進行選擇操作狀態的子代個體進行選擇操作，被 選中的個體成為新一代父代個體，被寫入父代個體存儲單元，未被選中的個體被淘汰，從父 代個體存儲單元或子代個體存儲單元中清除；處理過程進入進化計算持續進行的過程後，不斷有新一代的父代個體生成，這使 得進化計算過程持續不斷的進行下去，直到進化計算過程在一定的情況下進入終止進化計 算持過程。圖5是實施形態的終止進化計算過程操作時序圖。在圖中T表示一個計算周期，Tn+1，Τη+2，Τη+3，……，表示不同的計算周期。在控制 單元2中的R表示接收來自IO單元1的指令；S表示查詢父代個體存儲單元3中的個體狀 態信息21以及子代個體存儲單元4中的個體狀態信息30。交叉操作單元5、變異操作單元 6、適應度計算單元7和選擇操作單元8中，R表示它們接收來自控制單元2的可操作個體 fn息ο終止進化計算運行由控制單元2接收到終止進化計算指令或控制單元2判定符合 進化計算運行結束條件時開始，按照以下時序進行 在計算周期Tn+1，控制單元2接收到終止進化計算指令或控制單元2判定符合進化 計算運行結束條件；在計算周期Τη+2，控制單元2向交叉操作單元5、變異操作單元6、適應度 計算單元7和選擇操作單元8發送空信息，控制交叉操作單元5、變異操作單元6、適應度計 算單元7和選擇操作單元8停止自己的操作，實現終止進化計算運行。
1權利要求
一種多級往復式壓縮機故障檢測與診斷晶片用數據處理方法，其特徵在於，將故障檢測與診斷晶片細分為8個相互間都可並行操作的處理單元IO單元(1)，控制單元(2)，父代個體存儲單元(3)，子代個體存儲單元(4)，交叉操作單元(5)，變異操作單元(6)，適應度計算單元(7)和選擇操作單元(8)，數據處理在這8個處理單元中進行，其中IO單元(1)用於與故障檢測與診斷晶片外圍接口通訊，並向控制單元(2)發送信息和指令初始化信息(11)、讀取結果指令(12)、強制終止運行指令(13)和自動終止運行條件信息(17)；當IO單元(1)向控制單元(2)發送讀取結果指令(12)，則要接收控制單元(2)返回的可讀取的內容地址(14)，根據可讀取的內容地址(14)，IO單元從父代個體存儲單元(3)讀出父代個體信息(15)或從子代個體存儲單元(4)讀出子代個體信息(16)；控制單元(2)接受並處理IO單元(1)發來的信息和指令、查詢父代個體存儲單元(3)中的父代個體狀態信息(21)及子代個體存儲單元(4)中的子代個體狀態信息(30)；控制交叉操作單元(5)、變異操作單元(6)、適應度計算單元(7)和選擇操作單元(8)完成相應的數據處理；父代個體存儲單元(3)用於存儲父代個體信息；子代個體存儲單元(4)用於存儲初始個體信息和子代個體信息；交叉操作單元(5)從控制單元(2)接收需要進行交叉操作的子代個體地址信息(22)和操作結果保存地址信息(23)；根據這些信息從父代個體存儲單元(3)讀入需要進行交叉操作的父代個體信息(31)，並對其進行交叉操作；把交叉操作的結果信息(41)按照操作結果保存的地址信息(23)指定的位置寫入子代個體存儲單元(4)；變異操作單元(6)從控制單元(2)接收需要進行變異操作的子代個體地址信息(24)和操作結果保存的地址信息(25)；根據這些信息從子代個體存儲單元(4)讀入需要進行變異操作的子代個體信息(43)，並對其進行變異操作；把變異操作的結果信息(42)按照操作結果保存的地址信息(25)指定的位置寫入子代個體存儲單元(4)；適應度計算單元(7)從控制單元(2)接收需要進行適應度計算的子代個體地址信息(26)和操作結果保存的地址信息(27)；根據這些信息從子代個體存儲單元(4)讀入需要進行適應度計算的子代個體信息(45)，並對其進行適應度計算；把適應度計算的結果信息(44)按照適應度計算結果保存的地址信息(27)指定的位置寫入子代個體存儲單元(4)；選擇操作單元(8)從控制單元(2)接收需要進行選擇操作的父、子代個體地址和操作結果保存的地址(28)；從父代個體存儲單元(3)讀入需要進行選擇操作父代個體信息(33)；從子代個體存儲單元(4)讀入需要進行選擇操作的子代個體信息(47)；對讀入的個體進行選擇操作；把部分選擇操作的結果信息(32)寫入父代個體存儲單元(4)；把另一部分選擇操作的結果信息(46)寫入子代個體存儲單元(4)。所述數據處理包括下述三個階段A、初始化過程當IO單元(1)發送的初始化信息(11)指令時，初始化過程開始，然後按照以下時序進行從計算周期T1開始，控制單元(2)接收並處理來自IO單元(1)初始化信息，生成初始個體，並寫入子代個體存儲單元(4)，直到初始化信息被完全處理；從計算周期T2開始，控制單元(2)控制適應度計算單元(7)對子代個體存儲單元(4)中的初始個體進行適應度計算，直到適應度計算單元(7)處理完所有的初始個體；從計算周期T3開始，控制單元(2)控制選擇操作單元(8)將子代個體存儲單元(4)中的經過適應度計算的初始個體寫入父代個體存儲單元，得到第一代父代個體，直到所有初始個體都被寫入父代個體存儲單元(3)成為第一代父代個體；所有初始個體都經過了適應度計算和選擇操作，並被寫入父代個體存儲單元後，初始化過程完成；B、進化計算持續進行的過程進化計算持續進行的過程是在控制單元(2)的控制下，由父代個體存儲單元(3)，子代個體存儲單元(4)，交叉操作單元(5)，變異操作單元(6)，適應度計算單元(7)和選擇操作單元(8)按照以下時序共同完成在計算周期Tk+1中控制單元(2)查詢到第一代的父代個體信息，標誌數據處理過程進入進化計算持續進行的過程；從計算周期Tk+2開始，控制單元(2)向交叉操作單元(5)發送可進行交叉操作的個體信息；交叉操作單元(5)按照接收到的個體信息進行交叉操作產生的子代個體，並寫入子代個體存儲單元(4)中，將其設置為可進行變異操作狀態；從計算周期Tk+3開始，控制單元(2)向變異操作單元(6)發送可進行變異操作的個體信息；變異操作單元(6)按照接收到的個體信息對子代個體進行變異操作，將其設置為可進行適應度計算狀態；從計算周期Tk+4開始，控制單元(2)向適應度計算單元(7)發送可進行適應度計算的個體信息；適應度計算單元(7)按照接收到的個體信息對子代個體存儲單元內的處於可進行適應據計算狀態的子代個體進行適應度計算，將其設置為可進行選擇操作狀態；從計算周期Tk+5開始，控制單元(2)向選擇操作單元(8)發送可進行選擇操作的個體信息；選擇操作單元(8)按照接收到的個體信息對子代個體存儲單元內的處於可進行選擇操作狀態的子代個體進行選擇操作，被選中的個體成為新一代父代個體，被寫入父代個體存儲單元，未被選中的個體被淘汰，從父代個體存儲單元或子代個體存儲單元中清除；處理過程進入進化計算持續進行的過程後，不斷有新一代的父代個體生成，這使得進化計算過程持續不斷的進行下去，直到進化計算過程進入以下階段終止進化計算過程；C、終止進化計算過程包括兩種方式a、強制終止進化計算運行；外界通過IO單元(1)向控制單元(2)發送終止進化計算指令強制終止進化計算運行；b、自動終止進化計算運行；外界通過IO單元(1)向控制單元(2)發送進化計算運行結束條件，當進化計算過程符合該條件時，自動終止進化計算運行；終止進化計算運行由控制單元(2)接收到終止進化計算指令或控制單元(2)判定符合進化計算運行結束條件時開始，按照以下時序進行在計算周期(Tn+1)，控制單元(2)接收到終止進化計算指令或控制單元(2)判定符合進化計算運行結束條件；在計算周期(Tn+2)，控制單元(2)向交叉操作單元(5)、變異操作單元(6)、適應度計算單元(7)和選擇操作單元(8)發送空信息，控制交叉操作單元(5)、變異操作單元(6)、適應度計算單元(7)和選擇操作單元(8)停止自己的操作，實現終止進化計算運行。
全文摘要
本發明公開了一種多級往復式壓縮機故障檢測與診斷晶片用數據處理方法，將故障檢測與診斷晶片細分為8個相互間都可並行操作的處理單元IO單元，控制單元，父代個體存儲單元，子代個體存儲單元，交叉操作單元，變異操作單元，適應度計算單元和選擇操作單元，數據處理在這8個處理單元中進行，數據處理包括下述三個階段A、初始化過程B、進化計算持續進行的過程C、終止進化計算過程通過將在線故障檢測與診斷算法的順序時序改為平行的並行時序，可以提高算法計算速度、減少計算時間，從而達到嵌入式系統實時性的要求。
文檔編號F04B51/00GK101985927SQ20101053092
公開日2011年3月16日 申請日期2010年11月3日 優先權日2010年11月3日
發明者於德弘, 尚春陽, 莊健, 楊清宇, 王冠偉 申請人:西安交通大學