一种基于随机森林的模拟电路故障诊断系统
专利汇可以提供一种基于随机森林的模拟电路故障诊断系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 是一种基于 随机森林 的模拟 电路 故障诊断系统，属于故障诊断领域。本系统包括故障仿真子系统、故障诊断子系统和 人机交互 界面。故障仿真子系统用于实现仿真的故障模拟电路和半实物的故障模拟电路，输出电路数据给故障诊断子系统。故障诊断子系统对电路数据去冗余后构建RF分类器和RF规则库，进行故障诊断。半实物的故障模拟电路是在真实电路上通过故障注入模 块 加入可编程 电阻 卡实现电阻故障。RF分类器在故障诊断时，根据存储的RF的 节点 数据信息进行重构，省略了重新训练RF分类器的时间。本发明可实现对任意真实电路中任意电阻进行多个故障模式仿真和故障诊断，完全利用电路数据进行故障诊断，实现了模拟电路故障信息的透明化。，下面是一种基于随机森林的模拟电路故障诊断系统专利的具体信息内容。
1.一种基于随机森林(RF)的模拟电路故障诊断系统，其特征在于，包括故障仿真子系统和故障诊断子系统；
所述的故障仿真子系统包括模拟电路仿真软件模块、模拟电路仿真硬件和故障注入模块；其中，模拟电路仿真软件模块用于对模拟电路进行模拟仿真，通过用户对电路的不同参数设置对模拟电路进行故障注入，采集仿真的故障模拟电路的电路数据输出给故障诊断子系统；模拟电路仿真硬件和故障注入模块在搭建的真实模拟电路上，通过控制故障注入模块和可编程电阻卡模拟实现因电阻引起的模拟电路故障，形成半实物仿真的故障模拟电路，采集半实物仿真的故障模拟电路的电路数据输出给故障诊断子系统；
所述的故障诊断子系统包括数据预处理模块、RF分类器和RF规则库；其中，数据预处理模块对电路数据进行属性约减，并存储去除冗余信息的电路数据；RF分类器利用数据预处理模块处理后的电路数据进行构建，并利于构建好的RF分类器用于对电路数据进行故障诊断；RF规则库根据对RF分类器的决策树进行规则提取得到，并统计每个规则的出现次数，通过匹配规则对电路数据进行分类，获得故障诊断结果和匹配规则，当RF分类器中构建新的决策树时，更新RF规则库；
所述的RF分类器存储RF的节点，每个节点的数据信息包含：所在决策树在RF的位置、节点的位置信息、父节点的位置信息、节点的分裂特征、父节点上数据到达节点的特征取值或阈值、在父节点的分裂特征是连续特征时节点位于父节点左右分支的信息；在RF分类器进行故障诊断时，遍历RF的各节点重建RF。
2.根据权利要求1所述的模拟电路故障诊断系统，其特征在于，所述的模拟电路故障诊断系统还包括人机交互界面，人机交互界面包含参数控制模块和结果显示模块；
参数控制模块提供电路参数给电路模拟电路仿真软件模块和模拟电路仿真硬件和故障注入模块，电路参数包括：电路模拟电路仿真软件模块中元器件参数、真实模拟电路的输入参数、故障注入模块是否进行故障注入的参数以及可编程电阻卡的电阻值；参数控制模块提供RF分类器需要的参数给故障诊断子系统；
结果显示模块显示如下信息给用户：故障仿真子系统中仿真的故障模拟电路和半实物仿真的故障模拟电路的电路数据，故障诊断子系统的诊断结果和匹配规则，RF的节点数据信息。
3.根据权利要求2所述的模拟电路故障诊断系统，其特征在于，所述的模拟电路仿真软件模块采用Multisim软件进行模拟仿真，所述的人机交互界面采用LabVIEW软件实现，通过LabVIEW中的Multisim连接工具包，对Multisim电路中的元器件进行更换，以获取不同故障下的电路数据；在获取仿真的故障模拟电路的电路数据时，在Multisim连接工具包的交流分析的基础上加上for循环，针对设置的一个元器件参数值，在设定的循环次数范围内，每一次循环进行一次交流分析，在每一次交流分析中利用LabVIEW中的随机数改变电路中元器件的值，并保证改变值在参数值5％的容差范围内。
4.根据权利要求1或2所述的模拟电路故障诊断系统，其特征在于，所述的模拟电路仿真硬件和故障注入模块中，在平台Elvis II上搭建真实模拟电路，故障注入模块采用PXI2510板卡，可编程电阻卡采用PXI3110B板卡，对真实模拟电路中的某个电阻，通过PXI2510将PXI3110B接入电路，实现故障模拟电路的半实物仿真，通过设置PXI3110B的电阻值，完成对真实模拟电路的电阻故障注入。
5.根据权利要求1所述的模拟电路故障诊断系统，其特征在于，所述的RF的节点，其数据信息包括如下参数：
字段 数据类型
Tree_InRF Int
Node_layer Int
Node_InNum Int
Father_Node_layer Int
Father_Node_InNum Int
Split_Attribute Int
Reach_Node Int or Double
Discriminate 1 Boole
Discriminate 2 Boole
Discriminate 3 Boole
其中，Tree_InRF表示节点所在的决策树在RF的位置；节点位置信息包括两个：Node_layer表示节点在决策树中的层数，规定决策树中根节点的层数为1，Node_InNum表示节点在Node_layer层中从左至右的位置；父节点位置信息包括Father_Node layer和Father_Node_InNum，分别表示父节点在决策树中的层数以及在该层的位置；Split_Attribute存放节点的分裂特征，当节点为叶节点时，存放分类类别；Reach_Node用于存放父节点上数据到达该节点的特征取值或分裂阈值；Discriminate 1用于判别节点是否为叶节点，为叶节点时值为1，否则值为0；Discriminate 2用于判别节点的父节点的分裂特征是否为离散特征，若为离散特征标注为1，若为连续特征标注为0；
设Father_Split_Attribute表示父节点的分裂特征，当父节点的分裂特征是离散特征时，父节点上的数据在Father_Split_Attribute取值为Reach_Node时到达该节点，Discriminate 3无意义，值为0；在父节点的分裂特征是连续特征时，父节点向下有左右两个分支，Discriminate 3的值为0时，表示节点为左分支，父节点上数据在特征Father_Split_Attribute上取值≤Reach_Node时，数据向下被划分到该节点，Discriminate 3的值为1时，表示节点为右分支，父节点上数据在特征Father_Split_Attribute上取值＞Reach_Node时，数据向下被划分到该节点。
6.根据权利要求1所述的模拟电路故障诊断系统，其特征在于，所述的RF规则库通过匹配规则对电路数据进行分类，具体是：设测试电路数据为x，当所有匹配规则给出的分类结果相同，将测试电路数据标注为规则给定的分类结果；当分类结果不同时，选取投票数最多的分类结果，具体如下过程：
设x的匹配规则集合rule＝{rj|j＝1,2,...,N}，rj表示第j个匹配规则，N表示匹配规则数目，分类结果C＝{ck|k＝1,2,...,M}，ck表示第k个分类结果，M表示分类结果数目，在rule中分类结果为ck的匹配规则的集合Ck＝{rj|f(rj)＝ck；j＝1,2,...,N}，f(rj)表示rj对x的分类结果，则分类结果ck的投票数 Numj表示规
则rj的出现次数，最后选取投票数最多的分类结果作为x的故障诊断结果。
一种基于随机森林的模拟电路故障诊断系统
技术领域
发明内容
具体实施方式
Tree_InRF Int
Node_layer Int
Node_InNum Int
Father_Node_layer Int
Father_Node_InNum Int
Split_Attribute Int
Reach_Node Int or Double
Discriminate 1 Boole
Discriminate 2 Boole
Discriminate 3 Boole
1判别该节点是否为叶节点，该节点为叶节点时Discriminate 1的值为1，否则值为0；
Discriminate 2判别其父节点是否为离散特征，离散特征标注为1，连续特征标注为0；
在其父节点的分裂特征是离散特征时，父节点上的数据在Father_Split_Attribute取值为Reach_Node时到达该节点(父节点的子节点≥2)；在其父节点的分裂特征是连续特征时，其父节点的向下分支有两个：左分支和右分支，此时该节点的Reach_Node值表示其Father_Split_Attribute的分裂阀值，Discriminate 3决定了该节点所处的位置。
Discriminate 3为0时，为左分支，表示父节点上数据在特征Father_Split_Attribute上取值≤Reach_Node时，数据向下被划分到该节点，Discriminate 3为1时，表示父节点上数据在特征Father_Split_Attribute上取值＞Reach_Node时，数据向下被划分到该节点。
当该节点的父节点为离散特征时，Discriminate 3无意义，标注为0。
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