[專案部] 2025 專案管理 » 力積電P1/2

PID 控制優化系統測試 TODO 清單

測試環境準備

• 建立測試資料庫和 Redis 連線
• 準備測試用戶（具 PID 優化權限）
• 設定測試環境變數（LLM API Keys, 資料庫配置）
• 初始化 pytest fixtures 和測試客戶端
• 準備標準 CSV 測試資料集

一、基礎 API 端點測試 (POST /api/v1/pid/optimize)

✅ 認證與授權測試

• PID-001: 使用有效 Token 成功訪問 PID 優化端點
• PID-002: 無 Token 時訪問失敗（401）
• PID-003: 無效 Token 時訪問失敗（401）
• PID-004: 一般用戶權限訪問測試
• PID-005: 工程師權限訪問測試
• PID-006: 管理員權限訪問測試

二、請求資料驗證測試

📝 PID 參數驗證（PIDParamsRequest）

• PID-007: 有效的基本 PID 參數請求成功
  {
  "sp": 50.0,
  "kp": 1.0,
  "ti": 100.0,
  "td": 0.0,
  "u_min": 0.0,
  "u_max": 100.0,
  "dt": 1.0,
  "pid_form": "time_constant"
  }
• PID-008: sp (設定點) 驗證
  • sp > 0 成功
  • sp = 0 失敗（422）
  • sp < 0 失敗（422）
• PID-009: kp (比例增益) 驗證
  • kp > 0 成功
  • kp = 0 失敗（422）
  • kp < 0 失敗（422）
• PID-010: ti (積分時間) 驗證
  • ti > 0 成功
  • ti = 0 失敗（422）
  • ti < 0 失敗（422）
• PID-011: td (微分時間) 驗證
  • td >= 0 成功
  • td < 0 失敗（422）
• PID-012: 控制範圍驗證
  • u_max > u_min 成功
  • u_max = u_min 失敗（422）
  • u_max < u_min 失敗（422）
• PID-013: 採樣時間驗證
  • dt > 0 成功
  • dt = 0 失敗（422）
  • dt < 0 失敗（422）

📝 物理限制參數驗證

• PID-014: 有效物理限制設定
  {
  "u_phys_min": 10.0,
  "u_phys_max": 90.0
  }
• PID-015: u_phys_max > u_phys_min 驗證
• PID-016: 物理限制自動調整測試
  • u_min < u_phys_min 時自動調整
  • u_max > u_phys_max 時自動調整
  • 日誌記錄調整過程
• PID-017: 物理限制範圍太窄的處理
  • u_phys_max - u_phys_min < 1.0 的情況

📝 PID 參數形式轉換測試

• PID-018: time_constant 形式參數測試
• PID-019: gain 形式參數測試
  {
  "kp": 1.0,
  "ti": 0.1, // 實際為 Ki
  "td": 0.0, // 實際為 Kd
  "pid_form": "gain"
  }
• PID-020: gain 轉 time_constant 轉換驗證
• PID-021: 轉換後參數邊界檢查

📊 歷史資料驗證（HistoryDataPoint）

• PID-022: 最少資料量驗證（10 筆）
  • 9 筆資料失敗（422）
  • 10 筆資料成功
  • 50 筆資料成功
  • 200+ 筆資料成功
• PID-023: 資料點格式驗證
  {
  "process_variable": 23.5,
  "control_variable": 67.8
  }
• PID-024: control_variable 範圍驗證
  • CV 在 [0, 100] 範圍內成功
  • CV < 0 失敗（422）
  • CV > 100 失敗（422）
• PID-025: 空值和異常值檢測
  • null 值處理
  • NaN 值處理
  • Infinity 值處理

三、步階控制策略測試

🔧 策略驗證

• PID-026: "none" 策略測試
  • 無步長限制
  • 返回理論最佳解
  • 單層優化結果格式
• PID-027: "conservative" 策略測試
  • 2% 步長限制
  • 漸進式調整
  • 雙層優化結果格式
• PID-028: "balanced" 策略測試
  • 3% 步長限制
  • 平衡調整策略
• PID-029: "aggressive" 策略測試
  • 5% 步長限制
  • 快速調整策略
• PID-030: 無效策略名稱失敗
  • "invalid_strategy" → 422 錯誤

🔧 步長計算驗證

• PID-031: PID 參數步長計算
  • kp_step = |kp| * step_ratio
  • ti_step = |ti| * step_ratio
  • td_step = |td| * step_ratio
• PID-032: 零值參數步長處理
  • kp = 0 時使用最小步長 0.001
  • td = 0 時使用最小步長 0.001
• PID-033: 步階約束應用
  • 目標值在步長範圍內直接使用
  • 超出範圍時按步長調整

四、優化模式測試

🤖 自動模式（auto）

• PID-034: 自動選擇手動調諧
  • CV 變化 < 2% → 手動調諧
  • 靜態數據 → 手動調諧
• PID-035: 自動選擇 FOPDT
  • 有明顯階躍響應 → FOPDT
  • 線性系統特徵 → FOPDT
• PID-036: 自動選擇差分演化
  • CV 變化 > 5% → 差分演化
  • 複雜動態系統 → 差分演化

🔬 強制模式測試

• PID-037: "manual" 模式強制手動調諧
• PID-038: "fopdt" 模式強制 FOPDT 分析
• PID-039: "differential_evolution" 模式強制 AI 優化
• PID-040: 無效優化模式失敗（422）

五、響應格式驗證測試

📄 ManualTuningResponse 格式（無物理限制）

• PID-041: 基本響應結構驗證
  {
  "success": true,
  "message": "智能參數調諧分析完成",
  "static_analysis": {...},
  "recommended_params": {...},
  "analysis_summary": "...",
  "analysis_warnings": [...],
  "analysis_predictions": "..."
  }
• PID-042: StaticAnalysisData 完整性
  • steady_state_error
  • process_variable_stability
  • control_variable_utilization
  • data_quality
  • noise_level
  • trend_direction
  • improvement_potential
• PID-043: recommended_params 不包含物理限制

📄 PIDOptimizationResponse 格式（有物理限制）

• PID-044: 雙層優化結構驗證
  {
  "success": true,
  "message": "...",
  "raw_input_params": {...},
  "suggested_params": {...},
  "best_params": {...},
  "step_limited": true,
  "step_strategy": "conservative",
  "step_progress_ratio": 0.5,
  "prediction_data": {...}
  }
• PID-045: raw_input_params 與用戶輸入一致
• PID-046: best_params 不包含物理限制
• PID-047: suggested_params 包含物理限制
• PID-048: step_progress_ratio 在 [0, 1] 範圍

📊 預測數據驗證

• PID-049: prediction_data 結構完整性
  {
  "historical": [...],
  "suggested_prediction": [...],
  "best_prediction": [...]
  }
• PID-050: 預測曲線數據點數量一致
• PID-051: 時間序列連續性驗證

六、AI 分析內容測試

🧠 分析摘要測試

• PID-052: analysis_summary 非空且有意義
• PID-053: 關鍵字替換驗證
  • "手動調諧" → "智能參數調諧"
  • "差分演化" → "AI演化式全域最佳化"
  • "FOPDT" → "模型參考式參數優化"

🧠 警告與建議測試

• PID-054: analysis_warnings 根據數據品質生成
  • 低品質數據 → 警告訊息
  • 異常趨勢 → 警告訊息
  • 不穩定系統 → 警告訊息
• PID-055: analysis_predictions 包含效果預測
  • 穩態誤差改善預測
  • 響應時間變化預測
  • 系統穩定性評估

七、數據品質分析測試

📊 品質等級驗證

• PID-056: HIGH 品質數據處理
  • CV 變化 > 5%
  • 數據完整無異常
  • 明顯動態特徵
• PID-057: MEDIUM 品質數據處理
  • CV 變化 2-5%
  • 輕微雜訊
  • 部分動態特徵
• PID-058: LOW 品質數據處理
  • CV 變化 < 2%
  • 靜態或高雜訊數據
  • 觸發手動調諧模式

📊 異常檢測測試

• PID-059: 數據噪音水平檢測
• PID-060: 趨勢方向分析
  • "increasing" / "decreasing" / "stable"
• PID-061: 改善潛力評估
  • 基於穩態誤差和變異性

八、錯誤處理測試

⚠️ 請求格式錯誤

• PID-062: 缺少必填欄位
  • 缺少 pid_params → 422
  • 缺少 history_data → 422
• PID-063: Content-Type 錯誤
  • non-JSON 請求 → 422
• PID-064: 超大請求體處理
  10MB 歷史資料

⚠️ 業務邏輯錯誤

• PID-065: PID 參數計算失敗
  • 數學運算錯誤處理
  • 收斂失敗處理
• PID-066: AI 服務不可用
  • LLM API 錯誤處理
  • 降級到基本分析
• PID-067: 內存不足處理
  • 大量數據處理限制

⚠️ 系統錯誤

• PID-068: 數據庫連線失敗
  • 返回 500 錯誤
  • 不洩漏系統資訊
• PID-069: Redis 快取錯誤
  • 優雅降級處理

九、效能與並發測試

⚡ 響應時間測試

• PID-070: 手動調諧模式 < 2秒
• PID-071: FOPDT 模式 < 5秒
• PID-072: 差分演化模式 < 10秒

⚡ 並發測試

• PID-073: 5 個用戶同時優化
• PID-074: 相同用戶多次請求處理
• PID-075: 內存使用監控

📊 大數據測試

• PID-076: 1000 筆歷史數據處理
• PID-077: 複雜參數組合優化
• PID-078: 多種步階策略並行

十、整合流程測試

🔄 完整優化流程

• PID-079: 登入 → 上傳數據 → 選擇策略 → 獲取結果
• PID-080: 不同策略結果比較
• PID-081: 多輪優化迭代測試

🔄 邊界情況組合

• PID-082: 物理限制 + 步階策略組合
• PID-083: 最小數據 + 最大物理限制
• PID-084: 所有參數邊界值組合

測試數據準備

標準測試數據集

TEST_DATASETS = {
"static_data": [
{"process_variable": 50.0 + random.uniform(-0.5, 0.5),
"control_variable": 60.0 + random.uniform(-1.0, 1.0)}
for i in range(50)
],
"dynamic_data": [
{"process_variable": 50.0 + 10sin(i0.1),
"control_variable": 60.0 + 5cos(i0.1)}
for i in range(100)
],
"step_response": [
# 階躍響應數據
],
"noisy_data": [
# 高雜訊數據
]
}

PID 參數組合

TEST_PID_PARAMS = {
"typical": {"sp": 50, "kp": 1.0, "ti": 100, "td": 0, "u_min": 0, "u_max": 100},
"aggressive": {"sp": 45, "kp": 2.0, "ti": 50, "td": 10, "u_min": 0, "u_max": 100},
"conservative": {"sp": 55, "kp": 0.5, "ti": 200, "td": 0, "u_min": 10, "u_max": 90},
"with_physical": {"sp": 50, "kp": 1.0, "ti": 100, "td": 0, "u_min": 0, "u_max": 100, "u_phys_min": 5, "u_phys_max": 85}
}

測試執行計畫

執行順序

1. 環境與認證（PID-001 ~ PID-006）
2. 參數驗證（PID-007 ~ PID-025）
3. 策略與模式（PID-026 ~ PID-040）
4. 響應格式（PID-041 ~ PID-051）
5. AI 分析（PID-052 ~ PID-055）
6. 品質分析（PID-056 ~ PID-061）
7. 錯誤處理（PID-062 ~ PID-069）
8. 效能測試（PID-070 ~ PID-078）
9. 整合測試（PID-079 ~ PID-084）

測試指標

• 功能覆蓋率：100%
• API 端點覆蓋率：100%
• 代碼覆蓋率：> 85%
• 所有錯誤場景測試通過
• 效能基準全部達標