（光学工程专业论文）基于规则式电磁兼容专家系统框架的研究.pdf

华中科技大学硕士学位论文 摘要 本课题是利用面向对象的程序设计v i s u a lc + + 与基于规则式专家系统框架结构知 识表述的相似性，把有关电磁兼容的专家内容与专家系统结合起来，并且用数学模型的 方法进行了基于规则式电磁兼容专家系统框架的研究。 本文首先着重论述了基于规则式专家系统框架结构的基本构架及功能的实现，然后 详细分析了电磁兼容的基本理论及其预测方法，最后重点讲解了本系统软件的实现及主 要功能。此软件的主要功能表现在四个方面：知识查询解释功能、计算功能、推理功能 和学习功能。知识查询解释功能包括了一个全面详尽的电磁兼容方面的知识库，用户可 对电磁兼容的原理、相关概念术语、标准、设计、测试，相关学术组织、网站、危害等 与电磁兼容相关的资料查阅。用户还可以关键字查询，搜索需要的专题；计算功能主要 是对金属屏蔽效能、天线耦合度和线间电感三部分的计算，在本文中不仅给出其各种情 况下的计算公式，还用清晰的界面表述出来；在推理功能中创建了“耦合机制”及“e m c 诊断”的知识库，并举例详细加以说明其推理过程；学习功能包括了两部分内容：计算 问答题和判断选择题，并且每一类型题分别用界面来解释。 本软件不仅为用户提供一个功能完善的解决方案，也为后来者进一步研究电磁兼容 分析系统展现了新的思路。 关键字：电磁兼容电磁干扰基于规则式专家系统框架模块化 华中科技大学硕士学位论文 a b s 仃a c t u s i n gc o m p a r a b i l i t yb e t w e e no b j e c t - o r i e m e dt o o lv i s u a lc 抖a n d f r a m eo fr u l e b a s e d e x p e r ts y s t e m ，t h i ss o f t 、, v a r ew a sp e r f o r m e d t h es t u d yw h i c hw a sc a r r i e do u te l e c t r o m a g n e t i c c o m p a t i b i l i t yo ff i 血e o fr u l e b a s e de x p e r t s y s t e mr e l y i n g o nm a t h e m a t i c a lm o d e l t h r o u g h tu n i t i n gt e c h n o l o g y b e t w e e ne l e c t r o m a g n e t i cc o m p a t i b i l i t ya n de x p e r ts y s t e m f i r s t l y ，t h i sa r t i c l es t a t et h a ta t t e n t i o ni sf o c u s e do n b a s i c a lc o n f i g u r a t i o no ft h ef r a m eo f r u l e b a s e de x p e r ts y s t e ma n df u l f i l l i n gf u n c t i o no ft h es o f e w a r e s e c o n d l y ，t h i sa r t i c l e p a r t i c u l a r l yp r e s e n t sa na n a l y s i so f e l e m e n t a r yt h e o r y a n df o r e c a s tm e t h o do ne l e c t r o m a g n e t i c c o m p a t i b i l i t y t h i r d l y ，t h ee m p h a s i so f t h i sp o r t i o ni st oh o wt oa c c o m p l i s hp r i m a r ys y s t e m f i m c t i o ni nt h es o f t w a r e t h es y s t e m i cs o f t w a r ef a l li n t of o u rp r i m a r yf u n c t i o n ：q u e r ys e r v i c e a n de x p l a n a t o r yt h e o r y ，c a l c u l a t i o nf u n c t i o n ，r a t i o c i n a t i o nf u n c t i o na n dl e a r n i n gf u n c t i o n q u e r ys e r v i c e a n de x p l a n a t o r yt h e o r yi n c l u d er e p o s i t o r yc o n c e r n i n ge l a b o r a t e a s p e c to f e l e c t r o m a g n e t i cc o m p a t i b i l i t y ，s u c h a s p r i n c i p l e ，c o r r e l a t i v eg l o s s a r y ，c r i t e r i o n ，d e s i g n ， t e s t i n g ，s c i e n c ei n s t i t u t i o n ，n e t w o r ks i t e ，j e o p a r d i z eo fd i s t u r b i n ga n dp e r t i n e n ti n f o r m a t i o n i n a d d i t i o n ，u s e ri n q u i r es p e c i a lt h e m eb yf e r r e t i n gk e y w o r d c a l c u l a t i o nf u n c t i o nc o m p r i s e s m e t a l s h i e l de f f i c i e n c y ，a n t e n n ac o u p l i n ga n di n d u c t a n c ea m o n gt h r e a d i nt h ep a p e r ，w en o t o n l yp r e s e n tc a l c u l a t ef o r m u l a ，b u ta l s o d e c l a r el e g i b l yb ym e a n so fi t si n t e r f a c e i nt h e r a t i o c i n a t i o nf u n c t i o n ，w es e tu pr e p o s i t o r yo nt h ec o u p l i n gm e c h a n i s ma n de m c d i a g n o s e s ， a n di l l u m i n a t er e a s o n i n gp r o c e s sb yl e g e n d l e a r n i n gf u n c t i o nc o n s i s t so ft w os e g m e n t s ： e s s a yq u e s t i o na n df i l l i n g s e l e c t i n gq u e s t i o n e v e r yk i n di se x p l a i n e ds e p a r a t e l yu s i n gi t s i n t e r f a c e t h i ss y s t e ms o f t w a r ei sn o to n l yi m p l e m e n t i n gm e t h o de l e c t r o m a g n e t i cc o m p a t i b i l i t y ， b u ta l s os e a r c h i n gs y s t e mf o rs u p p l y i n gc o n v e n i e n c et oi m p l e m e n t e x p e r ts y s t e m k e y w o r d s ：e l e c t r o m a g n e t i cc o m p a t i b i l i v ye l e c t r o m a g n e t i ci n t e r f e r e r u l e b a s e de x p e r ts y s t e mf r a m ed a t a - m o d e l i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论 文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的 研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意 识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：私 日期：轳年弓月l7 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许 论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段 保存和汇编本学位论文。 保密口，在 本论文属于 不保密口。 ( 请在以上方框内打“”) 学位论文作者签名： 日期：矿妒弓月 稚移 f 7 日 年解密后适用本授权书。 篙尹 华中科技大学硕士学位论文 1 1电磁干扰的危害 1 概论 科学技术的发展使越来越多的电气和电子设备渗透到社会的各个方面，这些设备工 作的同时，往往会产生一些有用或无用的电磁能量，而这些能量会影响其它设备或系统 的工作，这就是电磁干扰。电磁干扰有可能引起设备和系统的工作性能“降级”，也就 是使它的工作性能偏离预期的指标，或使设备或系统失灵，甚至会永久的损坏【i ”。而且 电磁干扰对人类及生物也有着危害作用。在时间、空间频谱资源有限的条件下，如何使 处于同一电磁环境的众多电气电子设备和系统不发生互相干扰，并正常运行，就是电磁 兼容需要解决的问题。 1 2 规则式电磁兼容专家系统框架研究的涵义及其意义 电磁兼容( e l e c t r o m a g n e t i cc o m p a t i b i l i t y , e m c ) 是研究在有限空间、时间和频率资 源条件下，各种电工、电子设备或系统在同一电磁环境中可以相互兼容，而不致引起其 性能降低的应用科学技术。也可从两个角度来理解：一是指设备自己产生噪声而去干扰 周围设备的能力有多强，这就是所谓的电磁干扰( e l e c t r o n m a g n e t i ci n t e r f e r e n c e ，e m i ) ； 二是指设备对于周围噪声的抵抗能力有多强，这就是所谓的电磁耐受度 ( e l e c t r o n m a g n e t i es u s c e p t i b i l i t y , e m s ) 【1 4 1 | 3 0 1 o 规则式专家系统是一种基于规则和事实的计算机语言，根据用户提供事实，系统依 据规则析取出用户所需的专家或专门知识，它根据特定领域专家提供的知识和经验，进 行推理和判断，模拟人类决策过程，以解决那些需要人类专家才能处理的复杂问题2 】。 在本系统中规则式专家系统中知识表示方法是框架结构，由于框架结构在继承性和封装 性与v i s u a lc + + 程序设计非常相似，所以程序可以说是在v i s u a lc + + 上建造的规则式的 专家系统。 电磁兼容性关系到设备是否能在恶劣的电磁环境下正常的工作，而要求电磁骚扰不 会对人体产生危害。因此这个问题越来越受到各个方面的关注。上世纪末世界各国政府 先后将电磁兼容的规范纳入强制执行项目之，使得许多产商的产品如果要销售到某一 国家之前就必须通过该国对于电磁兼容的规范。为了避免造成损失，电磁兼容技术蓬勃 发展起来，全国新建了许多电磁兼容实验室来进行检测和研究，制订标准规范和认证的 华中科技大学硕士学位论文 措施。由于我国在电磁兼容方面起步较晚，很多技术还不够全面、成熟，针对电磁兼容 内容的复杂性和覆盖蘑比较广泛，电磁兼容系统最好用什么方式表现出来，一直是电磁 兼容工程技术人员研究的方向。目前国内极少的单位开发出电磁兼容预测软件，而采用 专家系统来表现电磁兼容的内容，在国内还属首次。 1 3国内外的发展及现状 国外先进国家在电磁兼容研究和应用方面在八十年代就已达到了较高的水平，国际 电工委员会( i e c ) 已进行多年e m c 标准化工作，i e c 从事与e m c 标准化有关的技术 委员会主要有e m c 技术委员会、国际无线电干扰特别委员会以及大约5 0 多个关心特定 产品的e m c 方面问题的产品技术委员会和分委员会。在欧洲，以调整和统欧共体各 成员国间有关电子电工标准为目的c e n e l e c ( 欧洲电工标准化委员会) 积极开展e m c 标 准的欧洲标准( e n ) 工作，欧共体已于1 9 8 9 年5 月制定了e m c 指令，并于1 9 9 6 年1 月全面实施i 。 我国由于对电磁兼容问题起步较晚，在7 0 年代才开始重视电磁兼容问题。先后组 织制定了7 4 个有关电磁兼容的国家标准，基本上等同或等效采用国际电工委员会( i e c ) 和国际无线电干扰特别委员会( c i s p r ) 的标准。自恢复i e c 和成立与e m c 有关标准化工 作以来，我国派出代表团出席了历届的e m c 技术委员会和国际无线电干扰特别委员标 准化技术年会，了解了国际e m c 标准化的进程和动态，交流标准化工作的经验。我国 e m c 标准化工作有关组织有全国电磁兼容标准化技术委员会，与i e c 厂r c 7 7 对口，全国 无线电干扰标准化技术委员会，与i e c c i s p r 对口，两表委会直接由国家标准化管理委 员管理。为了进一步推动电磁兼容标准的实施，适应国际上电磁兼容领域的发展趋势， 国家质量技术监督局决定对相关产品开展电磁兼容认证，1 9 9 9 年发布了电磁兼容认证 管理办法和第一批实施电磁兼容安全认证的产品目录。目前，国内已有几十家企业 几百个型号的产品通过了认证中心的电磁兼容认证，并获得认证证书”。 国外在八十年代就已经研制出了高精度的电磁干扰及电磁敏感度自动测量系统，开 发出多种系统内和系统间电磁兼容性计算机分析和预测软件。例如，俄罗斯国家系统科 学研究所开发了针对航空机载设备e m c 的评估软件，美国a n s o f t 公司的e m f e m c 分 析软件一- - e m i n e n c e 采用了场路结合的手段来进行e m c 预测分析。在我国电磁兼容预 测软件发展的速度还比较缓慢，2 0 0 4 年长峰科技工业集团推出了满足预测电子系统电磁 兼容的软件。电子设计工程师们有史以来第一次可以同时对热和电磁兼容进行协同分 华中科技大学硕士学位论文 析，这两项设计通常是相互影响和制约的。使用f l o m e r i c s 软件公司( w w w f l o m e r i c s c o m ) 推出的4 1 版f l o t h e r m 和f i o e m c 软件就可实现这两者的协同设计。目前市场上电磁兼 容整体设计的软件还没有研制出来，此软件只是针对热效应，存在软件适用范围比较狭 窄，所以研制电磁兼容整体预测软件已成为热门话题。 1 4 本课题的意义及关键技术 本课题来源：武器装备预研基金项目。 项目编号：5 1 4 4 7 0 7 0 1 0 1 j w 0 5 针对国内电磁兼容现状与发展的需要，而目前市场上电磁兼容整体设计的软件还没 有完全研制出来，本课题的意义在于研究出一套完整的e m c 专家系统框架软件，将常 见的电磁兼容知识溶入系统，实现了对e m c 知识的查询、计算、解释及推理建议的功 能，对普及电磁兼容专家知识、解决设计中常见计算问题、建议指导产品电磁兼容设计 等问题给出了解决途径，为国内进一步研究大型实用化e m c 专家系统软件打下基础， 而且软件适用范围非常广泛，适用于需要电磁兼容设计的各个领域。由于本课题仅仅只 是对电磁兼容专家系统的框架性研究，并没有包含整个电磁兼容系统详细性分析，只是 搭好了一个框架，举出一些实例来说明本系统的作用。本软件最大的特点就是把电磁兼 容的内容的复杂性和广泛性利用模块的方法一一封装起来，便于系统查询、推理、解释 和计算。 本课题关键技术在于采用专家系统来表现电磁兼容的内容，这在国内还属首次。由 于电磁兼容内容复杂、涉及范围比较广泛，所以本系统采用模块化的技术方法对电磁兼 容的内容进行归类、细化，利用专家系统的智能化，可直接从软件中导入数据，包括寻 找匹配的库模型，系统自动地作出推理，并将其存储在系统中，还可灵活地更改系统的 知识库，以保证模型化的完整性。 华中科技大学硕士学位论文 2 基于规则框架式专家系统的实现 2 1 基于规则专家系统的概述 2 1 1 专家系统的定义及基本组成要素 专家系统实质上是一个计算机程序，它利用人工智能技术，模拟人类专家如何运用 他们的知识和经验来解决所面临问题的方法、技巧和步骤。它是一种基于规则和事例的 计算机语言，用户提供事实，推理机从知识库中析取用户所需的专家或专门知识，它根 据特定领域专家提供的知识和经验，进行推理和判断，模拟人类决策过程，以解决那些 需要人类专家才能处理的复杂问题【l ”。 专家系统主要是六大要素组成：人机接口、知识获取机制、知识库、解释机制、综 合数据库、推理机。下面介绍专家系统的结构( 如图2 1 所示) 和各要素的功能。 图2 1 专家系统基本结构 各部分的功能如下： ( 1 ) 人机接口。又称界面，它将专家和用户的输入信息翻译成计算机可识别的形式， 同时把系统向专家或用户的输出信息转换成易于接受的形式。 ( 2 ) 知识获取机制。e m c 专家系统并不是一个完备的系统，它也需不断地进行更新 和补充，使得专家系统具有良好地扩充行和修改性。同时，不同的用户具有不同级别的 使用权限，以保证系统数据的安全性。 ( 3 ) 知识库。用于存储e m c 领域专家提供的专门知识，包括事实、特性、可行操作 与规则等。它也是静态数据库，以“对象一属性一值”三元组在系统中以v c h 的方法 4 华中科技大学硕士学位论文 来实现。 ( 4 ) 解释机制。对系统得出结论的求解过程或系统当前状态进行说明，使得用户能 很好的理解系统对问题的求解，并使初学者对问题有着直观的学习。 ( 5 ) 数据库。反应问题在当前状态下的符号和事实的集合，它使由问题的初始数据 和系统求解所产生的信息组成，是动态数据库。 ( 6 ) 推理机。识别和选取知识库的可用知识对数据库的当前信息进行推理，修改数 据以便得出问题的求解方法，而不是简单地搜索现成答案。 2 1 2 基于规则专家系统的技术 本系统采用的是基于规则的专家系统，它与其它形式的专家系统的区别是在每一个 识别动作循环过程，用事实去匹配规则，采取先满足优先级规则，然后才去尝试较低规 则，这样有助于提高算法的速度。基于规则专家系统组成形式如图2 2 所示： 圈2 - - 2 基于规则专家系统组成形式 2 2 专家系统与传统程序的区别 专家系统与传统程序有以下几个方面的区别： ( 1 ) 专家系统处理的对象是知识，主要是对知识库进行操作，即运用知识库所提供 的知识；来推理获得结论，本质上是面向符号的处理，而传统程序处理的对象是数据， 主要是对数据库的操作，基本上是面向数值计算或数据处理。 ( 2 ) 专家系统解决的是非确定性型问题，使用的是专门的知识。专门的知识具有启 发性、专用性和不稳定性。专门知识是不稳定的，专家随着情况而改变，可能修改已有 华中科技大学硕士学位论文 具有解释功能，说明系统是如何解释问题的，使用了哪些知识。说明知识的来源及其合 理性。传统程序是不需做任何解释而提供最终结论。它解决的问题是确定性的问题，只 要数据完整、准确，就课得到与其的结果，可以说是一种封闭式的系统。 2 3 面向对象框架结构的知识表示 在专家系统中，我们提供的每种问题求解方法都需要某种对解答的搜索，而在搜索 之前，必须用某种模式来表示问题，这就是知识的表示。它是知识的语法( s y n ) 和语 义( s e m ) 的集合，是知识符号化的过程。描述知识的语义( s e m ) 、表示语法允许的符号 ( s y m ) 和符号的排列( a ) 的含义( i i ( x ) ) 的关系为s e l l f ( m ( x ) lx s y m 且x a ) “”。 由于专家系统外壳是为某种类型的知识表示方法设计的，例如规则或逻辑，它的方式还 影响着系统的开发，效率，速度和维护，所以知识表示在专家系统中尤其重要。本知识 系统采用的是概念一规则一事实三级层次知识构造体系，即： k=c+f+r( 21 ) 公式2 1 中，k 表示知识项；c 表示概念；f 表示事实：r 表示规则。 2 3 1 框架的知识表示 在专家系统中，知识有很多表示方法，象规则、框架、网络、原型等。本系统使用 的面向对象知识表示的模式是框架表示。框架是一种结构化表示法。它采用语义网络中 的节点一槽一值来表示结构，这些节点和槽是描述格式固定的事物，行动和事件。在知 识表示中，属性用槽表示，方法用消息句柄表示，然后把它们封装到个模块中从而构 成一个封闭包，可以很好实现知识的层次化和结构化。一个框架的一般结构如下： 为什么本系统采用这种模式呢? 专家系统在问题求解的过程中需要大量的常识和 华中科技大学硕士学位论文 = = 一= = = # = = = ；= = = = = = = = = = ；= = = = = = g = = = = = = = 一 具有典型特征的专业知识作为推理的基础，而常识是计算机难以掌握的，框架特别适于 模拟常识，它提供了一个方便的来表示刻板模式这样的在特定环境中的典型对象，它还 有着语义网络中的匹配和特性继承的特点。所以基于框架的专家系统非常适于表示因果 关系的知识。 2 _ 3 2v i s u a lc + + 与框架表示的相似性 v i s u a lc + + 设计的基本特征是它的模块性、封装性、继承性，它的关键技术是类， 类实际定义是一种对象类型，它描述属于该类型的所有对象的特性，由该类对象共享。 而这些与框架知识表示型是非常相似的，所以采用v i s u a lc + + 做为开发平台建造专家系 统是很合理的考虑。 框架结构是由节点一槽一值来表示的。每个框架拥有若干个槽，槽类似与c 语言的 数据结构，可以是值，也可以是指针。每个槽可以拥有若干个侧面，而每个侧面又可以 拥有若于个值。框架和框架之问的联系是ak i n do f 的关系。框架之间的联系方法是属 性的关系共同的属性由上层框架表示，相当于v c t + 技术的父类；特殊的属性由下层 框架表示相当于v c 十+ 技术的子类：槽亦可以由类或另外定义表示，槽的各个侧面及槽 值可相当于类的属性，而类的每一个对象实例代表框架所示实体类的一个特定实体。因 此设计框架提供分类和继承机制需要有四个基本元素；类、单元( 类或实体) 、槽和继 承1 1 3 1 1 4 j 。它们的关系如图2 3 所示： 图2 - 3v c + + 建造的框架关系结构图 华中科技大学硕士学位论文 2 4v i s u a lc 十+ 建造的专家系统 2 4 1v i s u a lc + + 建造的专家系统的特点 v i s u a lc + + 建造的专家系统有如下特点： ( 1 ) c + + 可操作性强，编辑调试方便； ( 2 ) v c + + 内核小，可移植性强，代码优化； ( 3 ) v c + + 的构造与类的层次继承特性与知识表示的框架结构十分相似。 2 4 2 用v i s u a lc + + 建造e m c 专家系统的具体方法 在具体实现时可按下列步骤来进行：首先建立e m c 知识类的层次结构框架图。然 后按每一类定义槽结构，对于每一个槽，定义槽值的成员函数来管理槽值，对父类和子 类，则用c + + 继承机制自然的实现。 由于v c 十+ 不是动态定义的，就不能用它来生成运行类。用v c + + 建立e c 专家系统 的表示需下列步骤“： ( 1 ) 建立一个有关电磁兼容的类层次图。 ( 2 ) 对于草图的每一个类，定义槽的数据结构。对于最低层的每个类，将它的所 有实体链成一个树型结构，以实现高效查询。 ( 3 ) 对于所有的槽，定义管理槽值的成员函数。 ( 4 ) 对父类和子类，可使用c + + 的继承机制来定义。 在用v i s u a lc + 十建造的专家系统中，v i s u a lc + + 的数据的表示与组织结构应尽量做 到与专家系统的知识的表示与组织相容，以便推理机制可利用数据库的知识来求解。 2 5 基于规则产生式系统的实现 2 5 1 产生式系统的特点 主要采用产生式系统是因为有以下几个特点 ”1 ： ( 1 ) 模块化特征。规则使得知识容易封装并不断扩充。 ( 2 ) 解释机制。通过规则容易建立解释机，n 是n n - - 个规则的前件指明了激活这 个规则的条件。通过追踪亿触发的规则，解释机可以得到推出某个结论的推理链。 ( 3 ) 类似人的认知过程。规则的简单表示方式“i f t h e n ”，这样就使得向获取它 们的专家来解释知识的结构。 华中科技大学硕士学位论文 2 5 2 基于规则产生式系统组成 本系统采用的是基于规则的专家系统，所以采用基于规则产生式系统。它是用来描 述若干个不同的以一个基本概念为基础的系统。这个基本概念就是产生式规则或产生式 条件的概念。在产生式系统中，用事实表示静态知识：用规则表示推理过程和行为。它 主要由三部分组成：数据库、产生式规则和控制策略。各部分的关系如图2 4 所示： 图2 4 产生式系统的主要组成 总数据库是规则结构所使用的主要数据结构，用来描述问题的状态。在问题求解过 程，它记录已知的事实、推理的中间过程和最终结论。产生式规则的作用是对总数据库 进行操作，使数据库发生变化。 产生式规则的一般形式是： 1 f t h e n 或 w 胁 规则的前提部分是能和总数据库匹配的任何模式，允许些变量在匹配过程可以以 不同的形式约束。一旦匹配成功，则实行“ ”部分。 控制策略是“识别一动作”的不断循环，先根据总数据库找到可用的规则，再利用 优先级挑出符合的规则，最后执行规则。就按这样的步骤，直到满足了结束条件为止。 2 5 3 基于规则树型结构产生式系统 本专家系统利用非线性数据结构的树型来表示产生式规则的知识。树形结构在计算 机领域中有广泛应用，它是编译系统中表示源程序的语法结构，在数据库系统中是数据 库层次模型的基础，也是各神索引和目录的主要组织形式m 1 。在许多算法中，树形结构 描述问题的求解过程或表示求解的对策。树型结构用法是： ( 1 ) 它是编译系统中表示源程序的语法结构： ( 2 ) 在数据库系统中是数据库层次模型的基础； 华中科技大学硕士学位论文 一= = = = e = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = ； ( 3 ) 它是各种索引和目录的主要组织形式； ( 4 ) 树型结构是描述问题的求解过程或表示求解的对策。 树形结构表示的产生式规则，如图2 - - 5 所示： 图2 5 树形结构表示的产生式规则 如果前提1 成立 ，则询问前提2 ；前提2 成立，则询问前提3 ；前提 3 成立，最后得出结论。 2 6 基于规则知识库及其管理系统 2 6 1本系统知识库及其管理系统概述 本系统基于规则的知识库有着以下几个特点： ( 1 ) 知识的共享性，知识库中所包含的涵义等价关系的信息，不同用户可以访问的 知识，知识库不需重复存储。 ( 2 ) 知识的独立性。如果知识库的逻辑结构发生变化，不会影响应用程序。 ( 3 ) 知识的完整性。完整性要求用户对知识库的操作要满足一定的限制。 知识库管理系统包括：知识获取、知识更新、知识查询和知识校验。它不仅对知识 进行分类形成知识库，还保证对知识库增加、修改、删减时，而推理机不做改动，实现 了继承输入，即输入具体对象的属性值时，该对象自动继承所属类及根类的所有属性， 用户对该对象的每个属性都要赋值。 2 6 2 本系统知识库管理系统知识分类 本系统知识库的知识可分为三种：零级知识、一级知识和二级知识。其基本内容如 表2 - l 所示： 1 0 华中科技大学硕士学位论文 表2 - 1 知识库知识的分类 知识一 零级知识一公式 级知识一 规则 r 定义 静态知识一f 基本概念 i 规范 二级知识 裂票銎分类 零级知识：是指电磁兼容的常识及原理性知识，包括电磁兼容领域的事实、定理及 方程等。 级知识：是经验性知识，是专家根据经验编译的规则、判断标准及静态知识。 二级知识：判断树是一种树型图，专家可进行动态编译；特征量分类是将模块的内 容按其特征进行分类，在求解过程中缩小搜索空间，减少时间，提高效率。 2 , 6 3 基于框架知识获取问题 知识获取是将用于求解的专门领域知识从专家经验中抽取出来，以适当形式表现出 来，并存到知识库的过程“”。知识获取分为几个阶段： ( 1 )识别领域对象类； ( 2 )指定所识别对象的属性； ( 3 )确定对象属性值域； ( 4 )确定对象属性间的关系； ( 5 )确定对象间和不同对象属性间的关系： ( 6 )关系具体化，形成操作集，如果关系描述不确定，则返回( 4 ) ： ( 7 )确定问题求解任务； ( 8 )分解求解任务，形成子任务集： ( 9 )建立子任务集与操作集的联系，如果操作方法不够，返回( 6 ) ； ( 1 0 ) 建立子任务集与对象问的关系： ( 1 1 ) 返回( 1 ) ，补充新知识，直到得到专家认可。 华中科技大学硕士学位论文 = = = ! - ： ! = = = = = = = = = = = ；= = ；= = = = = = = = = = = 一 2 7 基于规则的动态数据库管理 动态数据库是由工作存储器控制的。工作存储器又叫动态存储器，或叫黑板。用于 记录专家系统处理的中间假设和判断。就是说建议处理所有最初的数据，然后形成几个 可能的假设，根据规则的优先权选出一个最好的假设。它存放有关求解过程中已知的事 实、用户回答事实，推理得到的中间结论等”。其存储的内容是动态的，随着推理不断 的进行，系统逐步地把求解的初始状态和更新的知识存入工作存储器中。同时工作存储 器还要存储一次推理过程地全部推理路径，供解释机使用。 工作存储器包括：规划、议程和解答。规划来源于解释模块，解释模块应用知识库 的规则来挑选议程上的项目。议程来源于调度模块，调度模块通过规则，找出规划的相 关的信息，给议程确定优先级。解答来源于一致性模块，它主要是维护所产生解答的一 致表达形式。当解答需引入一些新的数据时，或当真值与逻辑数据不一致时，就需对其 不一致进行修正。 所谓问题求解就是要求计算机有一种机构能实施在数学体系内严格定义的变换，且 这种变换是预先预定的。由于闯题的描述是用户给出的，计算机不能把它表述成程序的 形式，而是要根据涵义的等价关系的变换描述，得到此种变换的偏序组“。因此，如果 问题可以展开为这种变换的偏序组时，则称问题的解是给出的。 2 8 基于规则的推理机机制 由于本专家系统是基于规则和事实的计算机语言，知识库和推理机是它的重要部 分，知识库是基于规则的专业知识，推理机是通过决定哪些规则满足事实或目标，并授 予规则优先级，然后执行最高级规则进行推理的。在基于规则的系统中，推理机决定哪 些规则的前件被事实满足”1 。在以规则为基础的专家系统中推理过程有三种：正向推理、 反向推理和正反向混合推理。正向推理是从事实到结论的推理。反向推理则是从假设， 即要证明的结论，到事实推理。正反向混合推理则是综合两种方法的推理。 2 8 1 基于规则正向推理的方法 本系统主要是采用正向推理，其优点是算法简单，容易实现。其指导思想是：从已 有的事实出发，寻找相应的知识。通过冲突消解选择知识，执行选择的知识，改变求 解状态，逐步求解直至问题解决。它完成三种活动：规则匹配、冲突消解和执行。“。 规则匹配：是将当前工作存储器的事实与当前规则相比较，如当前事实满足规则的 华中科技大学硕士学位论文 所有条件，则匹配成功，反之，匹配不成功。 冲突消解：多条规则同时被匹配时，根据评价准则，选择优先级，决定执行那条规则。 执行：把所选的规则结论存入工作存储器中，作为新的事实，此过程叫执行。 正向推理就是不断重复这三个过程，根据知识库的知识和工作存储器的事实，不断由已 知的前提推出未知的结论，并存储到存储器中，得出最终结论。 2 8 2 本系统基于规则判断树的推理 本系统判断树推理表现为利用继承推理方法，在框架网络中，各框架通过继承关系 子节点继承了根结点所表示规则前提及匹配情况。具体方法如图2 6 所示： 图2 - - 6 基于规则判断树的推理 华中科技大学硕士学位论又 ：= ：一 2 9 专家系统与c l i p s 本系统用来展示蹦c 专家系统语言是c 语言集成产生式语言( c l i p s ：cl a n g u a g e i n t e g r a t e dp r o d u c t i o ns y s t e m ) 。c l i p s 是美国航天局为适应航天应用的需要而研制的 一个基于规则的通用专家系统工具，比较适合开发基于规则的产生式专家系统。它支持 基于规则、面向对象和面向过程的编程，其知识表示为事实和产生式规则。尤其是 c l i p s 6 ，i 版的源代码与c + + 是兼容的：为用户开发提供了便利。c l i p s 中的面向对象程 序设计由结构定义、函数描述、命令和实例知识库查询操作函数四大部分构成n ，。 c l i p s 还提供强大的调试工具，可以设置断点，通过w a t c h 命令查看运行情况，通 过不同的命令参数，监视事实、规则激活情况的随意组合，以便提供合适的调试信息。 一一 1 4 华中科技大学硕士学位论文 3电磁兼容总体设计 3 1 电磁兼容设计指导思想 电磁兼容设计扮指导思想是指标分配和功能分块设计，也就是说先根据e m c 的有 关标准把整体e m c 指标分配到各功能块上，并细化成系统级的、设各级的、电路级的 和元件级的指标【j 们。在进行电磁兼容设计时，依据电磁兼容的重要性，可分层依次设计： 第一层为有源器件的选择和印刷板设计，第二层为接地设计，第三层为屏蔽设计，第四 层为滤波设计，最后为综合设计。 3 2 电磁兼容设计的基本内容 电磁兼容设计可分为系统内和系统间两部分。系统内部的电磁干扰情况称为系统内 电磁干扰，系统与外部环境之间的电磁干扰的情况称为系统间电磁干扰。 ( 1 ) 系统内电磁兼容设计 系统内电磁兼容设计按分层设计分为五个部分：印刷板设计和有源器件的选用、布 线、接地、屏蔽及滤波。设备或系统内需电磁兼容设计的具体内容如下： 有源器件包括：电机、电器、芯片、s d m ： 布线包括：印刷板、电缆、互连线、连接器； 接地包括：建筑、室、机箱、信号地、电源地、搭接： 屏蔽包括：材料、厚度、机箱、衬垫、通风板、显示窗、屏蔽室、输入输出； 滤波包括：电源线、信号线、发射式、吸收式、铁氧体元件。 系统内主要耦合方式有：公共地阻抗共模耦合、场一电缆共模耦合、场一电缆差模 耦合、电缆一电缆差模耦合、天线一天线瞩合。 ( 2 ) 系统间电磁兼容设计 系统间电磁干扰包括：1 对有用信号的控制：2 对人为干扰的控制：3 对自然干扰源 的控制。 3 _ 3 电磁干扰数学模型的建立 3 3 1 电磁干扰基本要素及控制技术 形成电磁干扰必须同时具备以下三个因素：( 1 ) 电磁干扰源，指产生电磁干扰元件、 华中科技大学硕士学位论文 器件、设备、分系统、系统或自然现象。( 2 ) 耦合途径或称耦合通道、指把能量从烦扰 源耦合( 或传输) 到敏感设备上，并且该设备产生相应的媒介。( 3 ) 敏感设备，指对电 磁干扰发生响应的设备。三要素相互关系可用图3 1 表示。 臣叵卜吨堕叵卜吨圃 图3 1 三要素的相互关系 根据e m c 基本设计原理，采用相应的e m i 控制技术： ( 1 ) 在骚扰源处抑制骚扰源。使用干扰抑制元件及干扰吸收器，抑制干扰的产生； ( 2 ) 减小骚扰源和敏感电路之间耦合。合理设计布线与接地系统，在传播线路上加 以限制。 ( 3 ) 按最小敏感度要求设计敏感电路。使用屏蔽、接地、滤波的方法降低传导和辐 射干扰。 任何干扰发生过程都要遵循电磁干扰三要素原理的规律，而建立三要素的数学模型 是所有系统的基础。下面从软件的干扰源模块、耦合途径模块、敏感设备模块三方面进 行叙述。 3 3 2电磁干扰三要素模型的建立 ( 1 ) 干扰源模块 按实际电磁干扰的特性，骚扰源模块可分为传导和辐射骚扰源模块。 传导骚扰主要发生在设备间的连接导线上，它主要是以电压源和电流源模型来表示 的。电压或电流源模型可分为五类： 1 ) 单频( 连续波) 电压或电流； 2 ) 梯形脉冲序列电压或电流； 3 ) 斜波或阶跃电压或电流； 4 ) 梯形单脉冲电压或电流： 5 ) 以频谱密度数据构成的电压或电流。 辐射发射包括有意辐射和无意辐射。有意辐射用来描述各种发射天线发射的电磁 波。无意辐射描述各种高频电路、数字开关电路、电感性瞬变电路引起的电磁辐射干扰， 它主要是以电场源和磁场源模型表示。辐射源模型可分为五种模块： 1 ) 电耦极子； 2 ) 磁耦极子； 华中科技大学硕士学位论文 3 ) 各种振荡波( 脉冲波、阶梯波等) ： 4 ) 各种调制类( 调幅、调频、开关键控、频率键控、数字调制等) ； 5 ) 噪声波。 ( 2 ) 耦合途径模块 根据电磁骚扰传输和耦合途径的特征，学者对工程中的各类问题归纳为六种模块： 1 ) 天线对天线骚扰模块： 2 ) 电磁场对导线的感应骚扰模块： 3 ) 导线对导线感应模块： 4 ) 公共阻抗传导骚扰模块； 5 ) 孔缝泄漏场模块； 6 ) 机壳屏蔽效能模块。 干扰信号从干扰源到敏感设备主要有两种方式：传导耦合和辐射耦合。它们的传输 特性如表3 一i 所示： 表3 1 干扰耦合方式的传输特性 传输特性一 一传导耦合一 二萎耄篡鬻蔷霎嘉合 一辐射 ij 一电场对回路的感应 li 一磁场对回路的感应 j 一感应耦合一j 一导线与导线的耦合一二筹篓篓曩蓑型 il一屏蔽 耦台一i 一导线防护模型一j 一双胶 lll 一双胶加屏蔽 ff 一自由空间传播 l 辐射耦合一l 一金属壳体透射 l【一孔缝泄漏一 二耄品雾萎盏荔蓦塞筹萋娄盏 ( 3 ) 敏感设备模型 任何敏感设备均非理想的通带，都具有接受外界信号的能力，它的电路特性是由敏 感度特性、等效阻抗、电路拓扑结构和电路元件的电压电流计算来描述的。 总之，根据不同的耦合，即可建立相应的传输函数模型。 1 7 华中科技大学硕士学位论文 3 4电磁干扰传递的途径 干扰传递的途径如下： ( 1 ) 当干扰源的频率较高、干扰信号的波长又比被干扰的对象结构尺寸小，或者干 扰源与被干扰者之间的距离r 九2 7 时，刚干扰信号可以认为是辐射场，它以平面电 磁波形式向外辐射电磁场能量进入被干扰对象的通路。 ( 2 1 干扰信号以漏电和耦合形式，通过绝缘支承物等( 包括空气) 为媒介，经公共 阻抗的耦合进入被干扰的线路、设备或系统。如果干扰源的频率较低，干扰信号的波长 丸比被干扰对象的结构尺寸长，或者干扰源与于扰对象之间的距离r o ，即当只( ，d ，p ) p r ( f ，) 时存在干扰； 若i m 0 ， _ 是丫筛除 性能预测：( 1 ) 计算有关 发射机的s 州 ( 2 ) 计算s “i 州) 图4 一l基于规则式专家系统分级筛选 结柬 i m 干扰余量 i 接收机输 入端干扰 n 一接收机噪 声电平 s 一接收机输 入端信号 下面重点介绍下基于规则式专家系统幅度筛选。 4 5 2 基于规则式专家系统幅度筛选 电磁干扰预测的最基本级别是幅度筛选对发射一响应的幅度考虑。它采用每个输入 函数的近似式，将大量的微小信号干扰与少量的强干扰分开来。幅度筛选结果判明了潜 在电磁干扰情况的大小，并确定下一步的频率和详细预测中应考虑的频率范围和干扰情 况f 2 ”。 有很多电磁干扰预测问题仅仅只需要考虑几对发射机一接收机的分类就行了，它们 可能的组合是四类： f i m ( 基波干扰余量) 发射机基波发射和接收机基波响应 t i m ( 发射机干扰余量) 发射机基波发射和接收机杂波响应 r i m ( 接收机干扰余量) 接收机基波响应和发射机杂波发射 s i m ( 杂波干扰余量) 发射机杂波发射和接收机杂波响应 基于规则式专家系统幅度筛选的程序如图4 2 所示： 华中科技大学硕士学位论文 第一步：根据有关频率区间，判断应采用哪一类的发射响应。 第二步：根据响应幅度，计算出初步电平及传输损耗。 第三步：修正发射机的接收机带宽之间的差， 第四步：确定兼容性所需的频率间隔。 图4 2 基于规则式专家系统幅度筛选的程序图 发射机和接收机频率范围： 发射机基波频率 发射机最低杂波频率 发射机最高杂波频率 接收机基波频率 接收机最低杂波频率 接收机最高杂波频率 基波干扰的发一收最大允许频率间隔 程序依据的规则如