1.一种PCB电路的功能性故障识别方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤S1、监测PCB电路中控制器CPU正常运行时所有元器件的电信号特征,并基于电信号特征将所有元器件构建为元器件运行分析矩阵;
所述基于电信号特征将所有元器件构建为元器件运行分析矩阵,包括:
将每个元器件进行编码量化为元器件运行分析矩阵的矩阵元素xi,并将每个元器件的电信号特征量化为矩阵元素的元素特征量yij;
结合所述矩阵元素xi和所述元素特征量yij构建获得所述元器件运行分析矩阵为S={xi|i∈[1,N]},xi={yij|j∈[1,M]};
其中,xi为第i个元器件或第i个矩阵元素,yij为第i个元器件的电信号特征量中第j个分量或第i个矩阵元素的第j个元素特征量,N为元器件总数目,M为元素特征的总类目,i,j为计数变量;
步骤S2、将元器件运行分析矩阵进行矩阵转换得到表征元器件之间功能性关联特征的邻接矩阵,并基于所述邻接矩阵对PCB电路中由元器件形成的电连接网络进行社团分析得到多组元器件集团,以实现将存在功能性关联的离散元器件划分至同一集团内进行功能性故障的统一识别分析;
将元器件运行分析矩阵进行矩阵转换得到表征元器件之间功能性关联特征的邻接矩阵,包括:依次计算元器件运行矩阵S中每一矩阵元素项与其余矩阵元素项的关联度,并生成元素项关联度矩阵 所述关联度由余弦相似度进行衡量,所述关联度计算公式为:
基于预设的关联度阈值D,将所述元素项关联度矩阵进行二值化转换生成所述邻接矩阵 所述二值化转换公式为:其中,i1∈[1,N],i2∈[1,N],N为元器件总数目,M为元素特征的总类目, 分别为元器件运行矩阵S的第i1、i2个矩阵元素, 为所述邻接矩阵U的第i1行第i2列的矩阵元素, 为相似度矩阵的第i1行第i2列的矩阵元素;
基于所述邻接矩阵对PCB电路中由元器件形成的电连接网络进行社团分析得到多组元器件集团,包括:设定社团分析的目标函数,以及遗传算法的迭代次数,将目标函数进行线性标定构建为遗传算法的适应度函数;
基于邻接矩阵循环执行遗传算法直至达到迭代次数后输出多组划分社团,并将多组划分社团作为多组元器件集团,其中,在每个执行完遗传算法后利用适应度函数进行遗传个体选择;
所述目标函数的设定方法,包括:
量化不同元器件集团之间的外功能性关联程度作为第一优化目标以限制元器件集团的元器件规模巨型化,所述第一优化目标的函数表达式为:量化同一元器件集团内部的内功能性关联程度作为第二优化目标以限制元器件集团的规模微型化,所述第二优化目标的函数表达式为:将第一优化目标和第二优化目标进行最小化组合得到社团分析的目标函数,所述目标函数的函数表达式为:其中,Ck为元器件运行分析矩阵S中划分的第k个元器件集团的矩阵元素集合,分别为元器件运行矩阵S的第i1、i2个矩阵元素,m为元器件运行分析矩阵S划分后的元器件集团总数量;
所述适应度函数的函数表达式为:
F=‑(αf1+βf2)+max(αf1+βf2)+δ;
式中,F为适应度函数值,α和β权重系数,α∈[0,1],β∈[0,1],α+β=1,δ为修正常数;
步骤S3、在多组元器件集团内进行中心性衡量得到每组元器件集团中的中心元器件,并在中心元器件处设置电信号采集点以实时检测中心元器件的电信号特征,再基于中心元器件的电信号特征定位出产生功能性故障的元器件集团,以低密度功能性故障监测实现功能性故障区域的隐藏挖掘。
2.根据权利要求1所述的一种PCB电路的功能性故障识别方法,其特征在于:所述在多组元器件集团内进行中心性衡量得到每组元器件集团中的中心元器件,包括:在每组元器件集团对每个元器件进行直接中心性分析和间接中心性分析得到每个元器件的直接中心度和间接中心度,并将直接中心度和间接中心度进行加权组合作为每个元器件的中心度;
在每组元器件集团中按中心度对元器件进行由高到低排序,并选取排序在前L个的元器件作为每组元器件集团中的中心元器件;
所述直接中心度为统计出每个元器件在所属元件集团中关联度大于或等于关联度阈值D的元器件数量,所述直接中心度的计算公式为:式中,Rr为元器件集团第r个元器件的直接中心度,uro为元器件集团第r个元器件和元件集团中第o个元器件在邻接矩阵U内对应的矩阵元素,h为元器件集团中元器件总数量,o为计数变量,J(uro==1)在uro等于1时,取值为1,J(uro==1)在uro等于0时,取值为0;
所述间接中心度为统计每个元器件在每个元器件在所属元件集团中关联度大于或等于关联度阈值D的元器件的直接中心度之和,所述间接中心度的计算公式为:Zr=∑Rry;
式中,Zr为元器件集团第r个元器件的间接中心度,Rry为元器件集团第r个元器件在所属元件集团中关联度大于或等于关联度阈值D的元器件y的直接中心度,所述中心度的计算公式为:
Pr=ARr+BZr;
式中,Pr为中心度,A为直接中心度的权重,B为间接中心度的权重,A∈[0,1],B∈[0,1],A+B=1。
3.根据权利要求2所述的一种PCB电路的功能性故障识别方法,其特征在于:在PCB电路中控制器CPU正常运行时在所有元器件处设置运行监测点以获得所有元器件的电信号特征,并在所述在中心元器件确定后撤去除中心元器件处的运行监测点,将中心元器件处运行监测点设置为电信号采集点以实时检测中心元器件的电信号特征。
4.根据权利要求3所述的一种PCB电路的功能性故障识别方法,其特征在于,所述基于中心元器件的电信号特征定位出产生功能性故障的元器件集团,包括:将中心元器件的电信号特征与PCB电路中控制器CPU正常运行时中心元器件的电信号特征进行相似匹配,并将相似匹配结果与预设阈值进行比较,其中,若相似匹配结果低于预设阈值,则将中心元器件标记为故障元器件;
若相似匹配结果高于或等于预设阈值,则将中心元器件标记为非故障元器件;
将故障元器件所属的元器件集团除故障元器件外的所有元器件均标记为隐藏故障元器件。
5.根据权利要求4所述的一种PCB电路的功能性故障识别方法,其特征在于,所述电信号特征的各个分量在进行计算前,对各个分量进行归一化处理以消除量纲误差。
6.一种PCB电路的功能性故障识别装置,其特征在于,根据权利要求1‑5任一项所述的一种PCB电路的功能性故障识别方法,装置包括:先验分析单元(1),用于监测PCB电路中控制器CPU正常运行时所有元器件的电信号特征,并基于电信号特征将所有元器件构建为元器件运行分析矩阵,将将元器件运行分析矩阵进行矩阵转换得到表征元器件之间功能性关联特征的邻接矩阵,并基于所述邻接矩阵对PCB电路中由元器件形成的电连接网络进行社团分析得到多组元器件集团;
故障挖掘单元(2),在多组元器件集团内进行中心性衡量得到每组元器件集团中的中心元器件,并在中心元器件处设置电信号采集点以实时检测中心元器件的电信号特征,再基于中心元器件的电信号特征定位出产生功能性故障的元器件集团。
7.根据权利要求6所述的一种PCB电路的功能性故障识别装置,其特征在于,所述先验分析单元和故障挖掘单元均包含电信号监测装置,所述电信号监测装置用于采集电信号特征。