專利名稱：多級往復(fù)式壓縮機(jī)故障檢測與診斷芯片用數(shù)據(jù)處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于數(shù)據(jù)處理方法，特別涉及一種用于多級往復(fù)式壓縮機(jī)故障檢測與診 斷芯片上的數(shù)據(jù)處理方法。該故障檢測與診斷芯片可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的主機(jī)加故障診斷軟件的 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(fù)式壓縮機(jī)故障診斷的實(shí)時 性，以及便于其分布式在線診斷功能的實(shí)現(xiàn)。
背景技術(shù)：
多級往復(fù)式壓縮機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)、國防軍工和日常生活中有著重要的用途，被廣泛 地應(yīng)用于石油石化行業(yè)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(yè)的高 爐鼓風(fēng)裝置、大型污水處理裝置和煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置以及大型軍用艦艇推進(jìn)裝置和 發(fā)射裝置等，屬于一類影響到國家安全和經(jīng)濟(jì)命脈的大型、關(guān)鍵裝備。由于多級往復(fù)式壓縮 機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，監(jiān)測狀態(tài)參數(shù)眾多、信號難以識別等因素，其運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測與故障診斷通 常都非常困難。而多級往復(fù)式壓縮機(jī)往往是核心系統(tǒng)，其工作狀態(tài)直接關(guān)系到整體系統(tǒng)能 否正常的運(yùn)轉(zhuǎn)，并且其又是一類高能耗設(shè)備，雖然某些故障并未導(dǎo)致設(shè)備的停轉(zhuǎn)，但是會降 低工作質(zhì)量與效率，從而導(dǎo)致大量的能源浪費(fèi)。目前，多級往復(fù)式壓縮機(jī)故障檢測與診斷系統(tǒng)大部分采用計算機(jī)檢測的體系模 式，其造價昂貴、技術(shù)復(fù)雜、體積龐大，從而限制了故障檢測與診斷技術(shù)的應(yīng)用場所。采用按 本發(fā)明方法實(shí)現(xiàn)的多級往復(fù)式壓縮機(jī)故障檢測與診斷芯片制造的嵌入式在線故障檢測與 診斷系統(tǒng)可以提高數(shù)據(jù)處理速度、減少計算時間，實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時的故障檢測與診斷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種多級往復(fù)式壓縮機(jī)故障檢測與診斷芯片用數(shù)據(jù)處理方 法，可將其綜合(synthesize)在集成電路芯片——大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷?FPGA)中，從而 獲得多級往復(fù)式壓縮機(jī)故障檢測與診斷芯片，最終實(shí)現(xiàn)多級往復(fù)式壓縮機(jī)嵌入式故障檢測 與診斷系統(tǒng)。為達(dá)到以上目的，本發(fā)明是采取如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的一種多級往復(fù)式壓縮機(jī)故障檢測與診斷芯片用數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于將故障檢測與診斷芯片細(xì)分為8個相互間都可并行操作的處理單元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(yīng)度計算 單元和選擇操作單元，數(shù)據(jù)處理在這8個處理單元中進(jìn)行，其中IO單元用于與故障檢測與診斷芯片外圍接口通訊，并向控制單元發(fā)送指令初始 化信息、讀取結(jié)果指令、強(qiáng)制終止運(yùn)行指令和自動終止運(yùn)行條件信息；當(dāng)IO單元向控制單 元發(fā)送讀取結(jié)果指令，則要接收控制單元返回的可讀取的內(nèi)容地址，根據(jù)可讀取的內(nèi)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；控制單元接受并處理IO單元發(fā)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(tài)信息及子代個體存儲單元中的子代個體狀態(tài)信息；根據(jù)查詢到的父代個體信 息、子代個體信息和IO單元發(fā)來的信息和指令控制交叉操作單元、變異操作單元、適應(yīng)度 計算單元和選擇操作單元完成相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理；控制單元對IO單元發(fā)來的信息和指令的處理方法是控制單元當(dāng)從IO單元接收到的指令是讀取結(jié)果指令，則根據(jù)父代個體存儲單元 和子代個體存儲單元中的個體狀態(tài)信息向IO單元發(fā)送可讀取的內(nèi)容地址；當(dāng)從IO單元接 收到的指令是初始化信息，則將初始化信息轉(zhuǎn)變?yōu)槌跏紓€體，向子代個體存儲單元寫入子 代個體信息；當(dāng)從IO單元接收到的是強(qiáng)制終止運(yùn)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(tài)信息，并向交叉操作單元、變異操作單元、適應(yīng)度計算單元 和選擇操作單元發(fā)送空信息，控制它們停止數(shù)據(jù)處理，終止進(jìn)化計算運(yùn)行?？刂茊卧獙徊娌僮鲉卧?，變異操作單元，適應(yīng)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(fā)送需要進(jìn)行交叉操作的父代個體地址信息和操作結(jié)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(jìn)行交叉操作或停止交叉操作；向變異 操作單元發(fā)送需要進(jìn)行變異操作的子代個體地址信息和操作結(jié)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(jìn)行變異操作或停止變異操作；向適應(yīng)度計算單元發(fā)送 需要進(jìn)行適應(yīng)度計算的子代個體地址信息和適應(yīng)度計算結(jié)果保存的地址信息或空信息，控 制適應(yīng)度計算單元對子代個體進(jìn)行適應(yīng)計算或停止適應(yīng)度計算；向選擇操作單元發(fā)送需 要進(jìn)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(jìn)行選擇操 作，實(shí)現(xiàn)優(yōu)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于 儲父代個體信息；子代個體存儲單元用于存儲初始個體 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(yīng) 度信息，當(dāng)前狀態(tài)信息，所處進(jìn)化過程的代次信息；父代個體的當(dāng)前狀態(tài)為以下狀態(tài)之一 可進(jìn)行交叉操作狀態(tài)或可進(jìn)行選擇操作狀態(tài)；子代個體的當(dāng)前狀態(tài)為以下狀態(tài)之一可進(jìn) 行變異操作狀態(tài)、可進(jìn)行適應(yīng)度計算狀態(tài)或可進(jìn)行選擇操作狀態(tài)；初始個體的當(dāng)前狀態(tài)為 以下狀態(tài)之一可進(jìn)行適應(yīng)度計算狀態(tài)或可進(jìn)行選擇操作狀態(tài)；交叉操作單元從控制單元接收需要進(jìn)行交叉操作的子代個體地址信息和操作結(jié) 果保存地址信息；從父代個體存儲單元讀入需要進(jìn)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(jìn)行交叉操作的父代個體地址信息指定的個體進(jìn)行交叉操作；把交 叉操作的結(jié)果信息按照操作結(jié)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(jìn)行變異操作的子代個體地址信息和操作結(jié) 果保存的地址信息；從子代個體存儲單元讀入需要進(jìn)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(jìn)行變異操作的子代個體地址信息指定的個體進(jìn)行變異操作；把 變異操作的結(jié)果信息按照操作結(jié)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(yīng)度計算單元從控制單元接收需要進(jìn)行適應(yīng)度計算的子代個體地址信息和操 作結(jié)果保存的地址信息；從子代個體存儲單元讀入需要進(jìn)行適應(yīng)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(jìn)行適應(yīng)度計算的子代個體地址信息指定的個體進(jìn)行適應(yīng) 度計算；把適應(yīng)度計算的結(jié)果信息按照適應(yīng)度計算結(jié)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(jìn)行選擇操作的父、子代個體地址和操作結(jié)果 保存的地址信息；從父代個體存儲單元讀入需要進(jìn)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(jìn)行選擇操作的子代個體信息；對需要進(jìn)行選擇操作的個體進(jìn)行選擇 操作；把部分選擇操作的結(jié)果信息寫入父代個體存儲單元；把另一部分選擇操作的結(jié)果信 息寫入子代個體存儲單元。上述8個處理單元協(xié)同配合，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)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(xié)同完成。當(dāng) IO單元發(fā)送的初始化信息指令時，初始化過程開始，然后按照以下時序進(jìn)行從計算周期T1開始，控制單元開始接收并處理來自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，并控制適應(yīng)度計算單元對子代個體存儲單元中的初始個體進(jìn)行適應(yīng)度計算， 直到適應(yīng)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(jīng)過適應(yīng)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(jīng)過了適應(yīng)度計算和選擇操作，并被寫入父代個體存儲單元后，初始化過程完 成；B、進(jìn)化計算持續(xù)進(jìn)行的過程進(jìn)化計算持續(xù)進(jìn)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(yīng)度計算單元和選擇操作單元協(xié)同完成；當(dāng) 初始化過程完成時，在控制單元的控制下進(jìn)化計算持續(xù)進(jìn)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(biāo)志數(shù)據(jù)處理過程 進(jìn)入進(jìn)化計算持續(xù)進(jìn)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(fā)送可進(jìn) 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(jìn)行交叉操作產(chǎn)生的子代個 體，并寫入子代個體存儲單元中，將其設(shè)置為可進(jìn)行變異操作狀態(tài)；從計算周期Tk+3開始， 控制單元向變異操作單元發(fā)送可進(jìn)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(jìn)行變異操作，將其設(shè)置為可進(jìn)行適應(yīng)度計算狀態(tài)；從計算周期Tk+4開 始，控制單元向適應(yīng)度計算單元發(fā)送可進(jìn)行適應(yīng)度計算的個體信息；適應(yīng)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(nèi)的處于可進(jìn)行適應(yīng)據(jù)計算狀態(tài)的子代個體進(jìn)行 適應(yīng)度計算，將其設(shè)置為可進(jìn)行選擇操作狀態(tài)；從計算周期Tk+5開始，控制單元向選擇操作 單元發(fā)送可進(jìn)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(nèi)的處于可進(jìn)行選擇操作狀態(tài)的子代個體進(jìn)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(jìn)化計算持續(xù)進(jìn)行的過程開始后，不斷有新一代的父代個體生成，這使得進(jìn)化計 算過程持續(xù)不斷的進(jìn)行下去，直到進(jìn)化計算過程進(jìn)入以下階段終止進(jìn)化計算過程；C、終止進(jìn)化計算的過程數(shù)據(jù)處理過程進(jìn)入終止進(jìn)化計算過程的方式有兩種
a、強(qiáng)制終止進(jìn)化計算運(yùn)行；外界通過IO單元向控制單元發(fā)送強(qiáng)制終止運(yùn)行指令 可以強(qiáng)制終止進(jìn)化計算運(yùn)行；b、自動終止進(jìn)化計算運(yùn)行；外界通過IO單元向控制單元發(fā)送自動終止運(yùn)行條件 信息，當(dāng)進(jìn)化計算過程符合該條件時，自動終止進(jìn)化計算運(yùn)行；終止進(jìn)化計算運(yùn)行由控制單元接收到終止進(jìn)化計算指令或控制單元判定符合進(jìn) 化計算運(yùn)行結(jié)束條件時開始，按照以下時序進(jìn)行在計算周期Tn+1，控制單元接收到終止進(jìn)化計算指令或控制單元判定符合進(jìn)化計 算運(yùn)行結(jié)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(yīng)度計算單 元和選擇操作單元發(fā)送空信息，控制交叉操作單元、變異操作單元、適應(yīng)度計算單元和選擇 操作單元停止自己的操作，實(shí)現(xiàn)終止進(jìn)化計算運(yùn)行。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)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(shí)時性。目前，壓縮機(jī)故障診斷算法由計算機(jī)來實(shí)現(xiàn)，需要將采集到的壓縮機(jī)的各種信號 傳輸?shù)娇刂浦行挠晒收显\斷算法進(jìn)行分析診斷。受制于計算機(jī)的架構(gòu)特點(diǎn)，傳統(tǒng)的故障診 斷算法是順序執(zhí)行的，算法的實(shí)時性不高，無法實(shí)現(xiàn)真正意義上的在線故障診斷功能。本發(fā)明公開數(shù)據(jù)處理方法采用流水線技術(shù)，實(shí)現(xiàn)以進(jìn)化計算算法為核心的故障診 斷算法并行計算，減少算法計算時間，提高了故障診斷的實(shí)時性。2、采用本發(fā)明方法開發(fā)出的故障檢測與診斷設(shè)備造價低、體積小，易于推廣應(yīng)用當(dāng)前多級往復(fù)式壓縮機(jī)系統(tǒng)的故障檢測與診斷技術(shù)一般采用計算機(jī)+數(shù)據(jù)采集 系統(tǒng)的模式，該類模式存在價格昂貴、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大和功耗高等缺點(diǎn)，不利于維護(hù)也不 利于推廣，只能在一些特殊場合使用。本發(fā)明方法將檢測、診斷算法綜合在一塊大規(guī)模集成電路中，形成專用的故障檢 測與診斷芯片。采用專用的故障檢測與診斷芯片可以實(shí)現(xiàn)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(tǒng)的費(fèi)用和功耗，擴(kuò)大其應(yīng)用場所。3、本發(fā)明方法使故障檢測與診斷系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠，易于維護(hù)。當(dāng)前多級往復(fù)式壓縮機(jī)系統(tǒng)的故障檢測與診斷技術(shù)一般采用計算機(jī)加數(shù)據(jù)采集 系統(tǒng)的模式。受制于計算機(jī)的架構(gòu)特點(diǎn)，傳統(tǒng)的故障檢測與診斷算法是運(yùn)行在計算機(jī)操作 系統(tǒng)之上，嚴(yán)重依賴于計算機(jī)的軟硬件環(huán)境，容易受到計算機(jī)病毒以及誤操作等因素的破 壞，且不易維護(hù)。本發(fā)明方法將故障檢測與診斷算法綜合在一塊大規(guī)模集成電路中，形成專用的故 障檢測與診斷芯片，實(shí)現(xiàn)了故障檢測與診斷算法的硬件化，使故障檢測與診斷系統(tǒng)獨(dú)立于 通用計算機(jī)系統(tǒng)，從而不易受外部因素干擾，運(yùn)行安全可靠。故障檢測與診斷算法的硬件化 使得故障檢測和診斷系統(tǒng)維護(hù)簡單易行。


圖1是本發(fā)明方法的故障檢測與診斷芯片框圖；圖2是實(shí)施形態(tài)的多級往復(fù)式壓縮機(jī)故障檢測與診斷儀的模塊圖；圖3是實(shí)施形態(tài)的進(jìn)化計算初始化過程操作時序圖；圖4是實(shí)施形態(tài)的進(jìn)化計算持續(xù)進(jìn)行過程的操作時序圖5是實(shí)施形態(tài)的終止進(jìn)化計算過程操作時序圖。
具體實(shí)施例方式圖1例示了本發(fā)明方法的故障檢測與診斷芯片框圖。將故障檢測與診斷芯片細(xì)分為8個相互間都可并行操作的處理單元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(yīng) 度計算單元7和選擇操作單元8，數(shù)據(jù)處理在這8個處理單元中進(jìn)行，其中IO單元1用于與故障檢測與診斷芯片外圍接口通訊，并向控制單元2發(fā)送指令 初始化信息11、讀取結(jié)果指令12、強(qiáng)制終止運(yùn)行指令13和自動終止運(yùn)行條件信息17 ；當(dāng)IO 單元1向控制單元2發(fā)送有讀取結(jié)果指令12，則要接收控制單元2返回的可讀取的內(nèi)容地 址14，根據(jù)可讀取的內(nèi)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(yīng)度信息，當(dāng)前狀態(tài)信息，所處進(jìn)化過程的代次信息；父代個體的當(dāng)前狀態(tài)為以下狀態(tài)之 一可進(jìn)行交叉操作狀態(tài)或可進(jìn)行選擇操作狀態(tài)；子代個體的當(dāng)前狀態(tài)為以下狀態(tài)之一 可進(jìn)行變異操作狀態(tài)、可進(jìn)行適應(yīng)度計算狀態(tài)或可進(jìn)行選擇操作狀態(tài)；初始個體的當(dāng)前狀 態(tài)為以下狀態(tài)之一可進(jìn)行適應(yīng)度計算狀態(tài)或可進(jìn)行選擇操作狀態(tài)；控制單元2接受并處理IO單元1發(fā)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(tài)信息21及子代個體存儲單元4中的子代個體狀態(tài)信息30 ；根據(jù)查詢到的 父代個體信息、子代個體信息和IO單元發(fā)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(yīng)度計算單元7和選擇操作單元8對完成相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理；控制單元對IO單元發(fā)來的信息和指令的處理方法是控制單元2當(dāng)從IO單元1接收到的指令是讀取結(jié)果指令12，則根據(jù)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(tài)信息向IO單元1發(fā)送可讀取的內(nèi)容地址14 ； 當(dāng)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(zhuǎn)變?yōu)槌跏紓€體，向子代個 體存儲單元4寫入子代個體信息29 ；當(dāng)從IO單元1接收到的是強(qiáng)制終止運(yùn)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(tài)信息，并向交叉操作單元 5、變異操作單元6、適應(yīng)度計算單元7和選擇操作單元8發(fā)送空信息，控制它們停止數(shù)據(jù)處 理，終止進(jìn)化計算運(yùn)行?？刂茊卧?對交叉操作單元5，變異操作單元6，適應(yīng)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(fā)送需要進(jìn)行交叉操作的父代個體地址信息22和操作結(jié)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(jìn)行交叉操作或停止交叉操 作；向變異操作單元6發(fā)送需要進(jìn)行變異操作的子代個體地址信息24和操作結(jié)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(jìn)行變異操作或停止變異操作；向適 應(yīng)度計算單元7發(fā)送需要進(jìn)行適應(yīng)度計算的子代個體地址信息26和適應(yīng)度計算結(jié)果保存 的地址信息27或空信息，控制適應(yīng)度計算單元7對子代個體進(jìn)行適應(yīng)計算或停止適應(yīng)度計 算；向選擇操作單元8發(fā)送需要進(jìn)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(jìn)行選擇操作，實(shí)現(xiàn)優(yōu)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(jìn)行交叉操作的子代個體地址信息22和 操作結(jié)果保存的地址信息23 ；從父代個體存儲單元3讀入需要進(jìn)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(jìn)行交叉操作的父代個體地址信息22指定的個 體進(jìn)行交叉操作；把交叉操作的結(jié)果信息41按照操作結(jié)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(jìn)行變異操作的子代個體地址信息24和 操作結(jié)果保存的地址信息25 ；從子代個體存儲單元4讀入需要進(jìn)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(jìn)行變異操作的子代個體地址信息24指定的個 體進(jìn)行交叉操作；把交叉操作的結(jié)果信息42按照操作結(jié)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(yīng)度計算單元7從控制單元2接收需要進(jìn)行適應(yīng)度計算的子代個體地址信息26 和操作結(jié)果保存的地址信息27 ；從子代個體存儲單元4讀入需要進(jìn)行適應(yīng)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(jìn)行適應(yīng)度計算的子代個體地址信息27指 定的個體進(jìn)行適應(yīng)度計算；把適應(yīng)度計算的結(jié)果信息44按照適應(yīng)度計算結(jié)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(jìn)行選擇操作的父、子代個體地址和選擇 操作結(jié)果保存的地址信息28 ；從父代個體存儲單元3讀入需要進(jìn)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(jìn)行選擇操作的子代個體信息47 ；對需要進(jìn)行選擇 操作的個體進(jìn)行選擇操作；把部分選擇操作的結(jié)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(jié)果信息46寫入子代個體存儲單元4。上述8個處理單元協(xié)同配合，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理。圖2是實(shí)施形態(tài)的多級往復(fù)式壓縮機(jī)故障檢測與診斷儀的模塊圖。多級往復(fù)式壓縮機(jī)故障檢測與診斷儀是在專用的多級往復(fù)式壓縮機(jī)故障檢測芯 片的基礎(chǔ)上擴(kuò)展外圍接口驅(qū)動電路所構(gòu)成。其擴(kuò)展外圍接口驅(qū)動電路的模式可以有多種， 圖2所示的基于片上算法的多級往復(fù)式壓縮機(jī)故障監(jiān)測與診斷儀是其中一種擴(kuò)展外圍接 口驅(qū)動電路的實(shí)施實(shí)例。專用的往復(fù)式壓縮機(jī)故障檢測與診斷核心芯片配備FPGA芯片必 須的下載電路，外部時鐘電路，復(fù)位電路，電源電路，以及存儲電路構(gòu)成故障檢測核心單元。 然后在故障檢測核心單元的基礎(chǔ)上擴(kuò)展出模擬信號采集模塊AD、數(shù)字輸入輸出模塊DI/ DO、和通訊模塊和用戶交互模塊。模擬信號采集模塊AD將安裝在往復(fù)式壓縮機(jī)上的傳感器獲得的溫度和壓力信號 轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并傳輸給專用芯片處理；數(shù)字輸入輸出模塊負(fù)責(zé)開關(guān)量信息的交互；通 訊模塊實(shí)現(xiàn)與其它設(shè)備實(shí)現(xiàn)通訊，如連接便攜式計算機(jī)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場調(diào)試分析，或連接到服務(wù) 器進(jìn)行額外的分析處理，或連接到另外一個多級往復(fù)式壓縮機(jī)在線故障檢測儀；用戶接口 模塊可以將故障監(jiān)測與診斷專用芯片對系統(tǒng)實(shí)時監(jiān)測、診斷的信息實(shí)時顯示在顯示器上， 可以通過鍵盤接收調(diào)試指令。數(shù)據(jù)處理過程包括下述三個階段A、初始化過程；
B、進(jìn)化計算持續(xù)進(jìn)行的過程；C、終止進(jìn)化計算的過程；其中數(shù)據(jù)處理過程的三個階段實(shí)施實(shí)例見圖3、圖4和圖5 ；圖3是實(shí)施形態(tài)的進(jìn)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(tài) 信息21以及子代個體存儲單元4中的個體狀態(tài)信息30 ；W表示向交叉操作單元5、變異操 作單元6、適應(yīng)度計算單元7和選擇操作單元8發(fā)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(yīng)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(yīng)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(fā)送的初始化信息11指令時開始，然 后按照以下時序進(jìn)行從計算周期T1開始，控制單元2開始接收并處理來自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，并控制適應(yīng)度計算單元7對子代個體存儲單元4中的初始個體進(jìn)行適應(yīng) 度計算，直到適應(yīng)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(jīng)過適應(yīng)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(jīng)過了適應(yīng)度計算和選擇操作，并被寫入父代個體存儲單元 后，初始化過程完成。圖4是實(shí)施形態(tài)的進(jìn)化計算持續(xù)進(jìn)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(tài)信息 21以及子代個體存儲單元4中的個體狀態(tài)信息30 ；W表示向交叉操作單元5、變異操作單 元6、適應(yīng)度計算單元7和選擇操作單元8發(fā)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(yīng)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(yīng)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(biāo)志數(shù)據(jù)處理過程 進(jìn)入進(jìn)化計算持續(xù)進(jìn)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(fā)送可 進(jìn)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(jìn)行交叉操作產(chǎn)生的子 代個體，并寫入子代個體存儲單元4中，將其設(shè)置為可進(jìn)行變異操作狀態(tài)；從計算周期Tk+3 開始，控制單元2向變異操作單元6發(fā)送可進(jìn)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(jìn)行變異操作，將其設(shè)置為可進(jìn)行適應(yīng)度計算狀態(tài)；從計算 周期1\+4開始，控制單元2向適應(yīng)度計算單元7發(fā)送可進(jìn)行適應(yīng)度計算的個體信息；適應(yīng)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(nèi)的處于可進(jìn)行適應(yīng)據(jù)計算狀態(tài) 的子代個體進(jìn)行適應(yīng)度計算，將其設(shè)置為可進(jìn)行選擇操作狀態(tài)；從計算周期Tk+5開始，控制 單元2向選擇操作單元8發(fā)送可進(jìn)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(nèi)的處于可進(jìn)行選擇操作狀態(tài)的子代個體進(jìn)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(jìn)入進(jìn)化計算持續(xù)進(jìn)行的過程后，不斷有新一代的父代個體生成，這使 得進(jìn)化計算過程持續(xù)不斷的進(jìn)行下去，直到進(jìn)化計算過程在一定的情況下進(jìn)入終止進(jìn)化計 算持過程。圖5是實(shí)施形態(tài)的終止進(jìn)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(tài)信息21以及子代個體存儲單元4中的個體狀態(tài)信息30。交叉操作單元5、變異操作單元 6、適應(yīng)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(jìn)化計算運(yùn)行由控制單元2接收到終止進(jìn)化計算指令或控制單元2判定符合 進(jìn)化計算運(yùn)行結(jié)束條件時開始，按照以下時序進(jìn)行 在計算周期Tn+1，控制單元2接收到終止進(jìn)化計算指令或控制單元2判定符合進(jìn)化 計算運(yùn)行結(jié)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(yīng)度 計算單元7和選擇操作單元8發(fā)送空信息，控制交叉操作單元5、變異操作單元6、適應(yīng)度計 算單元7和選擇操作單元8停止自己的操作，實(shí)現(xiàn)終止進(jìn)化計算運(yùn)行。
1權(quán)利要求
一種多級往復(fù)式壓縮機(jī)故障檢測與診斷芯片用數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于，將故障檢測與診斷芯片細(xì)分為8個相互間都可并行操作的處理單元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(yīng)度計算單元(7)和選擇操作單元(8)，數(shù)據(jù)處理在這8個處理單元中進(jìn)行，其中IO單元(1)用于與故障檢測與診斷芯片外圍接口通訊，并向控制單元(2)發(fā)送信息和指令初始化信息(11)、讀取結(jié)果指令(12)、強(qiáng)制終止運(yùn)行指令(13)和自動終止運(yùn)行條件信息(17)；當(dāng)IO單元(1)向控制單元(2)發(fā)送讀取結(jié)果指令(12)，則要接收控制單元(2)返回的可讀取的內(nèi)容地址(14)，根據(jù)可讀取的內(nèi)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)接受并處理IO單元(1)發(fā)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(tài)信息(21)及子代個體存儲單元(4)中的子代個體狀態(tài)信息(30)；控制交叉操作單元(5)、變異操作單元(6)、適應(yīng)度計算單元(7)和選擇操作單元(8)完成相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理；父代個體存儲單元(3)用于存儲父代個體信息；子代個體存儲單元(4)用于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(jìn)行交叉操作的子代個體地址信息(22)和操作結(jié)果保存地址信息(23)；根據(jù)這些信息從父代個體存儲單元(3)讀入需要進(jìn)行交叉操作的父代個體信息(31)，并對其進(jìn)行交叉操作；把交叉操作的結(jié)果信息(41)按照操作結(jié)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(jìn)行變異操作的子代個體地址信息(24)和操作結(jié)果保存的地址信息(25)；根據(jù)這些信息從子代個體存儲單元(4)讀入需要進(jìn)行變異操作的子代個體信息(43)，并對其進(jìn)行變異操作；把變異操作的結(jié)果信息(42)按照操作結(jié)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(yīng)度計算單元(7)從控制單元(2)接收需要進(jìn)行適應(yīng)度計算的子代個體地址信息(26)和操作結(jié)果保存的地址信息(27)；根據(jù)這些信息從子代個體存儲單元(4)讀入需要進(jìn)行適應(yīng)度計算的子代個體信息(45)，并對其進(jìn)行適應(yīng)度計算；把適應(yīng)度計算的結(jié)果信息(44)按照適應(yīng)度計算結(jié)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(jìn)行選擇操作的父、子代個體地址和操作結(jié)果保存的地址(28)；從父代個體存儲單元(3)讀入需要進(jìn)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(jìn)行選擇操作的子代個體信息(47)；對讀入的個體進(jìn)行選擇操作；把部分選擇操作的結(jié)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(jié)果信息(46)寫入子代個體存儲單元(4)。所述數(shù)據(jù)處理包括下述三個階段A、初始化過程當(dāng)IO單元(1)發(fā)送的初始化信息(11)指令時，初始化過程開始，然后按照以下時序進(jìn)行從計算周期T1開始，控制單元(2)接收并處理來自IO單元(1)初始化信息，生成初始個體，并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(yīng)度計算單元(7)對子代個體存儲單元(4)中的初始個體進(jìn)行適應(yīng)度計算，直到適應(yīng)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(jīng)過適應(yīng)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(jīng)過了適應(yīng)度計算和選擇操作，并被寫入父代個體存儲單元后，初始化過程完成；B、進(jìn)化計算持續(xù)進(jìn)行的過程進(jìn)化計算持續(xù)進(jìn)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(yīng)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(biāo)志數(shù)據(jù)處理過程進(jìn)入進(jìn)化計算持續(xù)進(jìn)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(fā)送可進(jìn)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(jìn)行交叉操作產(chǎn)生的子代個體，并寫入子代個體存儲單元(4)中，將其設(shè)置為可進(jìn)行變異操作狀態(tài)；從計算周期Tk+3開始，控制單元(2)向變異操作單元(6)發(fā)送可進(jìn)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(jìn)行變異操作，將其設(shè)置為可進(jìn)行適應(yīng)度計算狀態(tài)；從計算周期Tk+4開始，控制單元(2)向適應(yīng)度計算單元(7)發(fā)送可進(jìn)行適應(yīng)度計算的個體信息；適應(yīng)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(nèi)的處于可進(jìn)行適應(yīng)據(jù)計算狀態(tài)的子代個體進(jìn)行適應(yīng)度計算，將其設(shè)置為可進(jìn)行選擇操作狀態(tài)；從計算周期Tk+5開始，控制單元(2)向選擇操作單元(8)發(fā)送可進(jìn)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(nèi)的處于可進(jìn)行選擇操作狀態(tài)的子代個體進(jìn)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(jìn)入進(jìn)化計算持續(xù)進(jìn)行的過程后，不斷有新一代的父代個體生成，這使得進(jìn)化計算過程持續(xù)不斷的進(jìn)行下去，直到進(jìn)化計算過程進(jìn)入以下階段終止進(jìn)化計算過程；C、終止進(jìn)化計算過程包括兩種方式a、強(qiáng)制終止進(jìn)化計算運(yùn)行；外界通過IO單元(1)向控制單元(2)發(fā)送終止進(jìn)化計算指令強(qiáng)制終止進(jìn)化計算運(yùn)行；b、自動終止進(jìn)化計算運(yùn)行；外界通過IO單元(1)向控制單元(2)發(fā)送進(jìn)化計算運(yùn)行結(jié)束條件，當(dāng)進(jìn)化計算過程符合該條件時，自動終止進(jìn)化計算運(yùn)行；終止進(jìn)化計算運(yùn)行由控制單元(2)接收到終止進(jìn)化計算指令或控制單元(2)判定符合進(jìn)化計算運(yùn)行結(jié)束條件時開始，按照以下時序進(jìn)行在計算周期(Tn+1)，控制單元(2)接收到終止進(jìn)化計算指令或控制單元(2)判定符合進(jìn)化計算運(yùn)行結(jié)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(yīng)度計算單元(7)和選擇操作單元(8)發(fā)送空信息，控制交叉操作單元(5)、變異操作單元(6)、適應(yīng)度計算單元(7)和選擇操作單元(8)停止自己的操作，實(shí)現(xiàn)終止進(jìn)化計算運(yùn)行。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多級往復(fù)式壓縮機(jī)故障檢測與診斷芯片用數(shù)據(jù)處理方法，將故障檢測與診斷芯片細(xì)分為8個相互間都可并行操作的處理單元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(yīng)度計算單元和選擇操作單元，數(shù)據(jù)處理在這8個處理單元中進(jìn)行，數(shù)據(jù)處理包括下述三個階段A、初始化過程B、進(jìn)化計算持續(xù)進(jìn)行的過程C、終止進(jìn)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并行時序，可以提高算法計算速度、減少計算時間，從而達(dá)到嵌入式系統(tǒng)實(shí)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(yōu)先權(quán)日2010年11月3日
發(fā)明者于德弘, 尚春陽, 莊健, 楊清宇, 王冠偉 申請人:西安交通大學(xué)