CN101985927A

CN101985927A - 多级往复式压缩机故障检测与诊断芯片用数据处理方法

Info

Publication number: CN101985927A
Application number: CN 201010530922
Authority: CN
Inventors: 庄健; 王冠伟; 杨清宇; 尚春阳; 于德弘
Original assignee: Xian Jiaotong University
Current assignee: Xian Jiaotong University
Priority date: 2010-11-03
Filing date: 2010-11-03
Publication date: 2011-03-16
Anticipated expiration: 2030-11-03
Also published as: CN101985927B

Abstract

本发明公开了一种多级往复式压缩机故障检测与诊断芯片用数据处理方法，将故障检测与诊断芯片细分为8个相互间都可并行操作的处理单元：IO单元，控制单元，父代个体存储单元，子代个体存储单元，交叉操作单元，变异操作单元，适应度计算单元和选择操作单元，数据处理在这8个处理单元中进行，数据处理包括下述三个阶段：A、初始化过程：B、进化计算持续进行的过程：C、终止进化计算过程：通过将在线故障检测与诊断算法的顺序时序改为平行的并行时序，可以提高算法计算速度、减少计算时间，从而达到嵌入式系统实时性的要求。

Description

多级往复式压缩机故障检测与诊断芯片用数据处理方法

技术领域

本发明属于数据处理方法，特别涉及一种用于多级往复式压缩机故障检测与诊断芯片上的数据处理方法。该故障检测与诊断芯片可代替传统的主机加故障诊断软件的方式，不仅可以降低成本，提高效率，还可以大幅度改善多级往复式压缩机故障诊断的实时性，以及便于其分布式在线诊断功能的实现。

背景技术

多级往复式压缩机在工业生产、国防军工和日常生活中有着重要的用途，被广泛地应用于石油石化行业重油催化裂化装置、大化肥装置、大煤化工装置，钢铁冶金行业的高炉鼓风装置、大型污水处理装置和煤气化联合循环发电装置以及大型军用舰艇推进装置和发射装置等，属于一类影响到国家安全和经济命脉的大型、关键装备。由于多级往复式压缩机的结构复杂，监测状态参数众多、信号难以识别等因素，其运行状态的监测与故障诊断通常都非常困难。而多级往复式压缩机往往是核心系统，其工作状态直接关系到整体系统能否正常的运转，并且其又是一类高能耗设备，虽然某些故障并未导致设备的停转，但是会降低工作质量与效率，从而导致大量的能源浪费。

目前，多级往复式压缩机故障检测与诊断系统大部分采用计算机检测的体系模式，其造价昂贵、技术复杂、体积庞大，从而限制了故障检测与诊断技术的应用场所。采用按本发明方法实现的多级往复式压缩机故障检测与诊断芯片制造的嵌入式在线故障检测与诊断系统可以提高数据处理速度、减少计算时间，实现在线实时的故障检测与诊断。

发明内容

本发明的目的是提供一种多级往复式压缩机故障检测与诊断芯片用数据处理方法，可将其综合(synthesize)在集成电路芯片——大规模可编程逻辑器件(FPGA)中，从而获得多级往复式压缩机故障检测与诊断芯片，最终实现多级往复式压缩机嵌入式故障检测与诊断系统。

为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：

一种多级往复式压缩机故障检测与诊断芯片用数据处理方法，其特征在于：

将故障检测与诊断芯片细分为8个相互间都可并行操作的处理单元：IO单元，控制单元，父代个体存储单元，子代个体存储单元，交叉操作单元，变异操作单元，适应度计算单元和选择操作单元，数据处理在这8个处理单元中进行，其中：

IO单元用于与故障检测与诊断芯片外围接口通讯，并向控制单元发送指令：初始化信息、读取结果指令、强制终止运行指令和自动终止运行条件信息；当IO单元向控制单元发送读取结果指令，则要接收控制单元返回的可读取的内容地址，根据可读取的内容地址，IO单元从父代个体存储单元读出父代个体信息或从子代个体存储单元读出子代个体信息；

控制单元接受并处理IO单元发来的信息和指令、查询父代个体存储单元中的父代个体状态信息及子代个体存储单元中的子代个体状态信息；根据查询到的父代个体信息、子代个体信息和IO单元发来的信息和指令控制交叉操作单元、变异操作单元、适应度计算单元和选择操作单元完成相应的数据处理；

控制单元对IO单元发来的信息和指令的处理方法是：

控制单元当从IO单元接收到的指令是读取结果指令，则根据父代个体存储单元和子代个体存储单元中的个体状态信息向IO单元发送可读取的内容地址；当从IO单元接收到的指令是初始化信息，则将初始化信息转变为初始个体，向子代个体存储单元写入子代个体信息；当从IO单元接收到的是强制终止运行指令，则不再查询父代个体存储单元和子代个体存储单元中的个体状态信息，并向交叉操作单元、变异操作单元、适应度计算单元和选择操作单元发送空信息，控制它们停止数据处理，终止进化计算运行。

控制单元对交叉操作单元，变异操作单元，适应度计算单元和选择操作单元的具体控制方法是：

向交叉操作单元发送需要进行交叉操作的父代个体地址信息和操作结果保存的地址信息或空信息，控制交叉操作单元对父代个体进行交叉操作或停止交叉操作；向变异操作单元发送需要进行变异操作的子代个体地址信息和操作结果保存的地址信息或空信息，控制变异操作单元对子代个体进行变异操作或停止变异操作；向适应度计算单元发送需要进行适应度计算的子代个体地址信息和适应度计算结果保存的地址信息或空信息，控制适应度计算单元对子代个体进行适应计算或停止适应度计算；向选择操作单元发送需要进行选择操作的父代个体和子代个体地址信息或空信息，控制选择操作单元进行选择操作，实现优胜劣汰，生成新一代父代个体，或停止选择操作；

父代个体存储单元用于存储父代个体信息；子代个体存储单元用于存储初始个体信息和子代个体信息；父代个体、子代个体和初始个体的个体信息包括：染色体信息，适应度信息，当前状态信息，所处进化过程的代次信息；父代个体的当前状态为以下状态之一：可进行交叉操作状态或可进行选择操作状态；子代个体的当前状态为以下状态之一：可进行变异操作状态、可进行适应度计算状态或可进行选择操作状态；初始个体的当前状态为以下状态之一：可进行适应度计算状态或可进行选择操作状态；

交叉操作单元从控制单元接收需要进行交叉操作的子代个体地址信息和操作结果保存地址信息；从父代个体存储单元读入需要进行交叉操作的父代个体地址信息指定的父代个体信息，对需要进行交叉操作的父代个体地址信息指定的个体进行交叉操作；把交叉操作的结果信息按照操作结果保存的地址信息指定的位置写入子代个体存储单元；

变异操作单元从控制单元接收需要进行变异操作的子代个体地址信息和操作结果保存的地址信息；从子代个体存储单元读入需要进行变异操作的子代个体地址信息指定的子代个体信息，对需要进行变异操作的子代个体地址信息指定的个体进行变异操作；把变异操作的结果信息按照操作结果保存的地址信息指定的位置写入子代个体存储单元；

适应度计算单元从控制单元接收需要进行适应度计算的子代个体地址信息和操作结果保存的地址信息；从子代个体存储单元读入需要进行适应度计算的子代个体地址信息指定的子代个体信息，对需要进行适应度计算的子代个体地址信息指定的个体进行适应度计算；把适应度计算的结果信息按照适应度计算结果保存的地址信息指定的位置写入子代个体存储单元；

选择操作单元从控制单元接收需要进行选择操作的父、子代个体地址和操作结果保存的地址信息；从父代个体存储单元读入需要进行选择操作的父代个体信息；从子代个体存储单元读入需要进行选择操作的子代个体信息；对需要进行选择操作的个体进行选择操作；把部分选择操作的结果信息写入父代个体存储单元；把另一部分选择操作的结果信息写入子代个体存储单元。

上述8个处理单元协同配合，实现数据处理。数据处理过程包括下述三个阶段：

A、初始化过程：

初始化过程由除交叉操作单元和变异操作单元之外的六个处理单元协同完成。当IO单元发送的初始化信息指令时，初始化过程开始，然后按照以下时序进行：

从计算周期T₁开始，控制单元开始接收并处理来自IO单元初始化信息，生成初始个体，直到初始化信息被完全处理；从计算周期T₂开始，控制单元将初始个体写入子代个体存储单元，并控制适应度计算单元对子代个体存储单元中的初始个体进行适应度计算，直到适应度计算单元处理完所有的初始个体；从计算周期T₃开始，控制单元控制选择操作单元将子代个体存储单元中的经过适应度计算的初始个体写入父代个体存储单元，得到第一代父代个体，直到所有初始个体都被写入父代个体存储单元成为第一代父代个体；所有初始个体都经过了适应度计算和选择操作，并被写入父代个体存储单元后，初始化过程完成；

B、进化计算持续进行的过程：

进化计算持续进行的过程是在控制单元的控制下，由父代个体存储单元，子代个体存储单元，交叉操作单元，变异操作单元，适应度计算单元和选择操作单元协同完成；当初始化过程完成时，在控制单元的控制下进化计算持续进行的过程自动开始，按照以下时序共同完成：

在计算周期T_k+1中：控制单元查询到第一代的父代个体信息，标志数据处理过程进入进化计算持续进行的过程；从计算周期T_k+2开始，控制单元向交叉操作单元发送可进行交叉操作的个体信息；交叉操作单元按照接收到的个体信息进行交叉操作产生的子代个体，并写入子代个体存储单元中，将其设置为可进行变异操作状态；从计算周期T_k+3开始，控制单元向变异操作单元发送可进行变异操作的个体信息；变异操作单元按照接收到的个体信息对子代个体进行变异操作，将其设置为可进行适应度计算状态；从计算周期T_k+4开始，控制单元向适应度计算单元发送可进行适应度计算的个体信息；适应度计算单元按照接收到的个体信息对子代个体存储单元内的处于可进行适应据计算状态的子代个体进行适应度计算，将其设置为可进行选择操作状态；从计算周期T_k+5开始，控制单元向选择操作单元发送可进行选择操作的个体信息；选择操作单元按照接收到的个体信息对子代个体存储单元内的处于可进行选择操作状态的子代个体进行选择操作，被选中的个体成为新一代父代个体，被写入父代个体存储单元，未被选中的个体被淘汰，从父代个体存储单元或子代个体存储单元中清除；

进化计算持续进行的过程开始后，不断有新一代的父代个体生成，这使得进化计算过程持续不断的进行下去，直到进化计算过程进入以下阶段终止进化计算过程；

C、终止进化计算的过程：

数据处理过程进入终止进化计算过程的方式有两种：

a、强制终止进化计算运行；外界通过IO单元向控制单元发送强制终止运行指令可以强制终止进化计算运行；

b、自动终止进化计算运行；外界通过IO单元向控制单元发送自动终止运行条件信息，当进化计算过程符合该条件时，自动终止进化计算运行；

终止进化计算运行由控制单元接收到终止进化计算指令或控制单元判定符合进化计算运行结束条件时开始，按照以下时序进行：

在计算周期T_n+1，控制单元接收到终止进化计算指令或控制单元判定符合进化计算运行结束条件；在计算周期T_n+2，控制单元向交叉操作单元、变异操作单元、适应度计算单元和选择操作单元发送空信息，控制交叉操作单元、变异操作单元、适应度计算单元和选择操作单元停止自己的操作，实现终止进化计算运行。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、本发明方法减少了故障诊断算法计算时间，提高了故障诊断的实时性。

目前，压缩机故障诊断算法由计算机来实现，需要将采集到的压缩机的各种信号传输到控制中心由故障诊断算法进行分析诊断。受制于计算机的架构特点，传统的故障诊断算法是顺序执行的，算法的实时性不高，无法实现真正意义上的在线故障诊断功能。

本发明公开数据处理方法采用流水线技术，实现以进化计算算法为核心的故障诊断算法并行计算，减少算法计算时间，提高了故障诊断的实时性。

2、采用本发明方法开发出的故障检测与诊断设备造价低、体积小，易于推广应用

当前多级往复式压缩机系统的故障检测与诊断技术一般采用计算机+数据采集系统的模式，该类模式存在价格昂贵、结构复杂、体积大和功耗高等缺点，不利于维护也不利于推广，只能在一些特殊场合使用。

本发明方法将检测、诊断算法综合在一块大规模集成电路中，形成专用的故障检测与诊断芯片。采用专用的故障检测与诊断芯片可以实现故障检测仪器小型化、集成化，从而大幅度地降低故障检测与诊断系统的费用和功耗，扩大其应用场所。

3、本发明方法使故障检测与诊断系统运行安全可靠，易于维护。

当前多级往复式压缩机系统的故障检测与诊断技术一般采用计算机加数据采集系统的模式。受制于计算机的架构特点，传统的故障检测与诊断算法是运行在计算机操作系统之上，严重依赖于计算机的软硬件环境，容易受到计算机病毒以及误操作等因素的破坏，且不易维护。

本发明方法将故障检测与诊断算法综合在一块大规模集成电路中，形成专用的故障检测与诊断芯片，实现了故障检测与诊断算法的硬件化，使故障检测与诊断系统独立于通用计算机系统，从而不易受外部因素干扰，运行安全可靠。故障检测与诊断算法的硬件化使得故障检测和诊断系统维护简单易行。

附图说明

图1是本发明方法的故障检测与诊断芯片框图；

图2是实施形态的多级往复式压缩机故障检测与诊断仪的模块图；

图3是实施形态的进化计算初始化过程操作时序图；

图4是实施形态的进化计算持续进行过程的操作时序图；

图5是实施形态的终止进化计算过程操作时序图。

具体实施方式

图1例示了本发明方法的故障检测与诊断芯片框图。

将故障检测与诊断芯片细分为8个相互间都可并行操作的处理单元：IO单元1，控制单元2，父代个体存储单元3，子代个体存储单元4，交叉操作单元5，变异操作单元6，适应度计算单元7和选择操作单元8，数据处理在这8个处理单元中进行，其中：

IO单元1用于与故障检测与诊断芯片外围接口通讯，并向控制单元2发送指令：初始化信息11、读取结果指令12、强制终止运行指令13和自动终止运行条件信息17；当IO单元1向控制单元2发送有读取结果指令12，则要接收控制单元2返回的可读取的内容地址14，根据可读取的内容地址14，IO单元从父代个体存储单元3读出父代个体信息15或从子代个体存储单元4读出子代个体信息16；

父代个体存储单元3存储父代个体的信息；子代个体存储单元4存储初始个体和子代个体的信息；其中，父代个体、子代个体和初始个体的个体信息包括：染色体信息，适应度信息，当前状态信息，所处进化过程的代次信息；父代个体的当前状态为以下状态之一：可进行交叉操作状态或可进行选择操作状态；子代个体的当前状态为以下状态之一：可进行变异操作状态、可进行适应度计算状态或可进行选择操作状态；初始个体的当前状态为以下状态之一：可进行适应度计算状态或可进行选择操作状态；

控制单元2接受并处理IO单元1发来的信息和指令、查询父代个体存储单元3中的父代个体状态信息21及子代个体存储单元4中的子代个体状态信息30；根据查询到的父代个体信息、子代个体信息和IO单元发来的信息和指令控制交叉操作单元5、变异操作单元6、适应度计算单元7和选择操作单元8对完成相应的数据处理；

控制单元对IO单元发来的信息和指令的处理方法是：

控制单元2当从IO单元1接收到的指令是读取结果指令12，则根据父代个体存储单元3和子代个体存储单元4中的个体状态信息向IO单元1发送可读取的内容地址14；当从IO单元1接收到的指令是初始化信息11，则将初始化信息转变为初始个体，向子代个体存储单元4写入子代个体信息29；当从IO单元1接收到的是强制终止运行指令13，则不再查询父代个体存储单元3和子代个体存储单元4中的个体状态信息，并向交叉操作单元5、变异操作单元6、适应度计算单元7和选择操作单元8发送空信息，控制它们停止数据处理，终止进化计算运行。

控制单元2对交叉操作单元5，变异操作单元6，适应度计算单元7和选择操作单元8的具体控制方法是：

向交叉操作单元5发送需要进行交叉操作的父代个体地址信息22和操作结果保存的地址信息23或空信息，控制交叉操作单元5对父代个体进行交叉操作或停止交叉操作；向变异操作单元6发送需要进行变异操作的子代个体地址信息24和操作结果保存的地址信息25或空信息，控制变异操作单元6对子代个体进行变异操作或停止变异操作；向适应度计算单元7发送需要进行适应度计算的子代个体地址信息26和适应度计算结果保存的地址信息27或空信息，控制适应度计算单元7对子代个体进行适应计算或停止适应度计算；向选择操作单元8发送需要进行选择操作的父代个体和子代个体地址信息28或空信息，控制选择操作单元8进行选择操作，实现优胜劣汰，生成新一代父代个体，或停止选择操作；

交叉操作单元5从控制单元2接收需要进行交叉操作的子代个体地址信息22和操作结果保存的地址信息23；从父代个体存储单元3读入需要进行交叉操作的父代个体地址信息22指定的父代个体信息31，对需要进行交叉操作的父代个体地址信息22指定的个体进行交叉操作；把交叉操作的结果信息41按照操作结果保存的地址信息23指定的位置写入子代个体存储单元4；

变异操作单元6从控制单元2接收需要进行变异操作的子代个体地址信息24和操作结果保存的地址信息25；从子代个体存储单元4读入需要进行变异操作的子代个体地址信息24指定的子代个体信息43，对需要进行变异操作的子代个体地址信息24指定的个体进行交叉操作；把交叉操作的结果信息42按照操作结果保存的地址信息25指定的位置写入子代个体存储单元4；

适应度计算单元7从控制单元2接收需要进行适应度计算的子代个体地址信息26和操作结果保存的地址信息27；从子代个体存储单元4读入需要进行适应度计算的子代个体地址信息26指定的子代个体信息45，对需要进行适应度计算的子代个体地址信息27指定的个体进行适应度计算；把适应度计算的结果信息44按照适应度计算结果保存的地址信息25指定的位置写入子代个体存储单元4；

选择操作单元8从控制单元2接收需要进行选择操作的父、子代个体地址和选择操作结果保存的地址信息28；从父代个体存储单元3读入需要进行选择操作的父代个体信息33；从子代个体存储单元4读入需要进行选择操作的子代个体信息47；对需要进行选择操作的个体进行选择操作；把部分选择操作的结果信息32写入父代个体存储单元4；把另一部分选择操作的结果信息46写入子代个体存储单元4。

上述8个处理单元协同配合，实现数据处理。

图2是实施形态的多级往复式压缩机故障检测与诊断仪的模块图。

多级往复式压缩机故障检测与诊断仪是在专用的多级往复式压缩机故障检测芯片的基础上扩展外围接口驱动电路所构成。其扩展外围接口驱动电路的模式可以有多种，图2所示的基于片上算法的多级往复式压缩机故障监测与诊断仪是其中一种扩展外围接口驱动电路的实施实例。专用的往复式压缩机故障检测与诊断核心芯片配备FPGA芯片必须的下载电路，外部时钟电路，复位电路，电源电路，以及存储电路构成故障检测核心单元。然后在故障检测核心单元的基础上扩展出模拟信号采集模块AD、数字输入输出模块DI/DO、和通讯模块和用户交互模块。

模拟信号采集模块AD将安装在往复式压缩机上的传感器获得的温度和压力信号转换为数字信号，并传输给专用芯片处理；数字输入输出模块负责开关量信息的交互；通讯模块实现与其它设备实现通讯，如连接便携式计算机实现现场调试分析，或连接到服务器进行额外的分析处理，或连接到另外一个多级往复式压缩机在线故障检测仪；用户接口模块可以将故障监测与诊断专用芯片对系统实时监测、诊断的信息实时显示在显示器上，可以通过键盘接收调试指令。

数据处理过程包括下述三个阶段：

A、初始化过程；

B、进化计算持续进行的过程；

C、终止进化计算的过程；

其中数据处理过程的三个阶段实施实例见图3、图4和图5；

图3是实施形态的进化计算初始化过程操作时序图：

在图中T表示一个计算周期，用T₁，T₂，T₃，……表示不同的计算周期。在控制单元2中的R表示接收来自IO单元1的指令；S表示查询父代个体存储单元3中的个体状态信息21以及子代个体存储单元4中的个体状态信息30；W表示向交叉操作单元5、变异操作单元6、适应度计算单元7和选择操作单元8发送信息或者向子代个体存储单元4写入初始个体。交叉操作单元5、变异操作单元6、适应度计算单元7和选择操作单元8中，R表示它们接收来自控制单元2的可操作的个体信息以及从父代个体存储单元3或和子代个体存储单元4中载入个体信息；适应度计算单元7和选择操作单元8中，C表示它们正在操作的子代个体，C₁，C₂，C₃，……表示不同的个体，W表示向父代个体存储单元3或和子代个体存储单元4中写入个体信息

初始化过程在控制单元2接收到IO单元1发送的初始化信息11指令时开始，然后按照以下时序进行：

从计算周期T₁开始，控制单元2开始接收并处理来自IO单元1初始化信息，生成初始个体，直到初始化信息被完全处理；从计算周期T₂开始，控制单元2将初始个体写入子代个体存储单元4，并控制适应度计算单元7对子代个体存储单元4中的初始个体进行适应度计算，直到适应度计算单元7处理完所有的初始个体；从计算周期T₃开始，控制单元2控制选择操作单元8将子代个体存储单元4中的经过适应度计算的初始个体写入父代个体存储单元，得到第一代父代个体，直到所有初始个体都被写入父代个体存储单元3成为第一代父代个体；所有初始个体都经过了适应度计算和选择操作，并被写入父代个体存储单元后，初始化过程完成。

图4是实施形态的进化计算持续进行过程的操作时序图

在图中T表示一个计算周期，T₁，T₂，T₃，……表示不同的计算周期。在控制单元2中的R表示接收来自IO单元1的指令；S表示查询父代个体存储单元3中的个体状态信息21以及子代个体存储单元4中的个体状态信息30；W表示向交叉操作单元5、变异操作单元6、适应度计算单元7和选择操作单元8发送信息或者向子代个体存储单元4写入初始个体。交叉操作单元5、变异操作单元6、适应度计算单元7和选择操作单元8中，R表示它们接收来自控制单元2的可操作的个体信息以及从父代个体存储单元3或和子代个体存储单元4中载入个体信息；W表示向父代个体存储单元3或和子代个体存储单元4中写入个体信息；交叉操作单元5中，P表示它正在操作的父代个体，P₁，P₂，P₃，……表示不同的个体；变异操作单元6、适应度计算单元7和选择操作单元8中，C表示它们正在操作的子代个体，C₁，C₂，C₃，……表示不同的个体。

在计算周期T_k+1中：控制单元2查询到第一代的父代个体信息，标志数据处理过程进入进化计算持续进行的过程；从计算周期T_k+2开始，控制单元2向交叉操作单元5发送可进行交叉操作的个体信息；交叉操作单元5按照接收到的个体信息进行交叉操作产生的子代个体，并写入子代个体存储单元4中，将其设置为可进行变异操作状态；从计算周期T_k+3开始，控制单元2向变异操作单元6发送可进行变异操作的个体信息；变异操作单元6按照接收到的个体信息对子代个体进行变异操作，将其设置为可进行适应度计算状态；从计算周期T_k+4开始，控制单元2向适应度计算单元7发送可进行适应度计算的个体信息；适应度计算单元7按照接收到的个体信息对子代个体存储单元内的处于可进行适应据计算状态的子代个体进行适应度计算，将其设置为可进行选择操作状态；从计算周期T_k+5开始，控制单元2向选择操作单元8发送可进行选择操作的个体信息；选择操作单元8按照接收到的个体信息对子代个体存储单元内的处于可进行选择操作状态的子代个体进行选择操作，被选中的个体成为新一代父代个体，被写入父代个体存储单元，未被选中的个体被淘汰，从父代个体存储单元或子代个体存储单元中清除；

处理过程进入进化计算持续进行的过程后，不断有新一代的父代个体生成，这使得进化计算过程持续不断的进行下去，直到进化计算过程在一定的情况下进入终止进化计算持过程。

图5是实施形态的终止进化计算过程操作时序图。

在图中T表示一个计算周期，T_n+1，T_n+2，T_n+3，……，表示不同的计算周期。在控制单元2中的R表示接收来自IO单元1的指令；S表示查询父代个体存储单元3中的个体状态信息21以及子代个体存储单元4中的个体状态信息30。交叉操作单元5、变异操作单元6、适应度计算单元7和选择操作单元8中，R表示它们接收来自控制单元2的可操作个体信息。

终止进化计算运行由控制单元2接收到终止进化计算指令或控制单元2判定符合进化计算运行结束条件时开始，按照以下时序进行：

在计算周期T_n+1，控制单元2接收到终止进化计算指令或控制单元2判定符合进化计算运行结束条件；在计算周期T_n+2，控制单元2向交叉操作单元5、变异操作单元6、适应度计算单元7和选择操作单元8发送空信息，控制交叉操作单元5、变异操作单元6、适应度计算单元7和选择操作单元8停止自己的操作，实现终止进化计算运行。

Claims

1.一种多级往复式压缩机故障检测与诊断芯片用数据处理方法，其特征在于，

将故障检测与诊断芯片细分为8个相互间都可并行操作的处理单元：IO单元(1)，控制单元(2)，父代个体存储单元(3)，子代个体存储单元(4)，交叉操作单元(5)，变异操作单元(6)，适应度计算单元(7)和选择操作单元(8)，数据处理在这8个处理单元中进行，其中：

IO单元(1)用于与故障检测与诊断芯片外围接口通讯，并向控制单元(2)发送信息和指令：初始化信息(11)、读取结果指令(12)、强制终止运行指令(13)和自动终止运行条件信息(17)；当IO单元(1)向控制单元(2)发送读取结果指令(12)，则要接收控制单元(2)返回的可读取的内容地址(14)，根据可读取的内容地址(14)，IO单元从父代个体存储单元(3)读出父代个体信息(15)或从子代个体存储单元(4)读出子代个体信息(16)；

控制单元(2)接受并处理IO单元(1)发来的信息和指令、查询父代个体存储单元(3)中的父代个体状态信息(21)及子代个体存储单元(4)中的子代个体状态信息(30)；控制交叉操作单元(5)、变异操作单元(6)、适应度计算单元(7)和选择操作单元(8)完成相应的数据处理；

父代个体存储单元(3)用于存储父代个体信息；子代个体存储单元(4)用于存储初始个体信息和子代个体信息；

交叉操作单元(5)从控制单元(2)接收需要进行交叉操作的子代个体地址信息(22)和操作结果保存地址信息(23)；根据这些信息从父代个体存储单元(3)读入需要进行交叉操作的父代个体信息(31)，并对其进行交叉操作；把交叉操作的结果信息(41)按照操作结果保存的地址信息(23)指定的位置写入子代个体存储单元(4)；

变异操作单元(6)从控制单元(2)接收需要进行变异操作的子代个体地址信息(24)和操作结果保存的地址信息(25)；根据这些信息从子代个体存储单元(4)读入需要进行变异操作的子代个体信息(43)，并对其进行变异操作；把变异操作的结果信息(42)按照操作结果保存的地址信息(25)指定的位置写入子代个体存储单元(4)；

适应度计算单元(7)从控制单元(2)接收需要进行适应度计算的子代个体地址信息(26)和操作结果保存的地址信息(27)；根据这些信息从子代个体存储单元(4)读入需要进行适应度计算的子代个体信息(45)，并对其进行适应度计算；把适应度计算的结果信息(44)按照适应度计算结果保存的地址信息(27)指定的位置写入子代个体存储单元(4)；

选择操作单元(8)从控制单元(2)接收需要进行选择操作的父、子代个体地址和操作结果保存的地址(28)；从父代个体存储单元(3)读入需要进行选择操作父代个体信息(33)；从子代个体存储单元(4)读入需要进行选择操作的子代个体信息(47)；对读入的个体进行选择操作；把部分选择操作的结果信息(32)写入父代个体存储单元(4)；把另一部分选择操作的结果信息(46)写入子代个体存储单元(4)。

所述数据处理包括下述三个阶段：

A、初始化过程：

当IO单元(1)发送的初始化信息(11)指令时，初始化过程开始，然后按照以下时序进行：

从计算周期T₁开始，控制单元(2)接收并处理来自IO单元(1)初始化信息，生成初始个体，并写入子代个体存储单元(4)，直到初始化信息被完全处理；从计算周期T₂开始，控制单元(2)控制适应度计算单元(7)对子代个体存储单元(4)中的初始个体进行适应度计算，直到适应度计算单元(7)处理完所有的初始个体；从计算周期T₃开始，控制单元(2)控制选择操作单元(8)将子代个体存储单元(4)中的经过适应度计算的初始个体写入父代个体存储单元，得到第一代父代个体，直到所有初始个体都被写入父代个体存储单元(3)成为第一代父代个体；所有初始个体都经过了适应度计算和选择操作，并被写入父代个体存储单元后，初始化过程完成；

B、进化计算持续进行的过程：

进化计算持续进行的过程是在控制单元(2)的控制下，由父代个体存储单元(3)，子代个体存储单元(4)，交叉操作单元(5)，变异操作单元(6)，适应度计算单元(7)和选择操作单元(8)按照以下时序共同完成：在计算周期T_k+1中：控制单元(2)查询到第一代的父代个体信息，标志数据处理过程进入进化计算持续进行的过程；从计算周期T_k+2开始，控制单元(2)向交叉操作单元(5)发送可进行交叉操作的个体信息；交叉操作单元(5)按照接收到的个体信息进行交叉操作产生的子代个体，并写入子代个体存储单元(4)中，将其设置为可进行变异操作状态；从计算周期T_k+3开始，控制单元(2)向变异操作单元(6)发送可进行变异操作的个体信息；变异操作单元(6)按照接收到的个体信息对子代个体进行变异操作，将其设置为可进行适应度计算状态；从计算周期T_k+4开始，控制单元(2)向适应度计算单元(7)发送可进行适应度计算的个体信息；适应度计算单元(7)按照接收到的个体信息对子代个体存储单元内的处于可进行适应据计算状态的子代个体进行适应度计算，将其设置为可进行选择操作状态；从计算周期T_k+5开始，控制单元(2)向选择操作单元(8)发送可进行选择操作的个体信息；选择操作单元(8)按照接收到的个体信息对子代个体存储单元内的处于可进行选择操作状态的子代个体进行选择操作，被选中的个体成为新一代父代个体，被写入父代个体存储单元，未被选中的个体被淘汰，从父代个体存储单元或子代个体存储单元中清除；

处理过程进入进化计算持续进行的过程后，不断有新一代的父代个体生成，这使得进化计算过程持续不断的进行下去，直到进化计算过程进入以下阶段终止进化计算过程；

C、终止进化计算过程：

包括两种方式：

a、强制终止进化计算运行；外界通过IO单元(1)向控制单元(2)发送终止进化计算指令强制终止进化计算运行；

b、自动终止进化计算运行；外界通过IO单元(1)向控制单元(2)发送进化计算运行结束条件，当进化计算过程符合该条件时，自动终止进化计算运行；

终止进化计算运行由控制单元(2)接收到终止进化计算指令或控制单元(2)判定符合进化计算运行结束条件时开始，按照以下时序进行：

在计算周期(T_n+1)，控制单元(2)接收到终止进化计算指令或控制单元(2)判定符合进化计算运行结束条件；在计算周期(T_n+2)，控制单元(2)向交叉操作单元(5)、变异操作单元(6)、适应度计算单元(7)和选择操作单元(8)发送空信息，控制交叉操作单元(5)、变异操作单元(6)、适应度计算单元(7)和选择操作单元(8)停止自己的操作，实现终止进化计算运行。