故障诊断专家系统介绍

7.故障诊断专家系统故障诊断专家系统一、专家系统概述定义：能以人类专家级水平进行故障诊断的智能计算机程序。发展专家系统的必要性1）知识构造的需要2）故障诊断应用上的需要系统复杂性及故障复杂性所决定3.专家系统所能处理的问题机械系统诊断中的复杂问题；能到达专家水平4.专家系统的特点1）应用范围广2）诊断水平高3）诊断效率高5.专家系统的构成一般由五部分构成：知识库、推理机、数据库、解释程序和知识获取程序。实用的专家系统尚有其他中间环节。故障诊断专家系统实用的专家系统数据库管理数据库推理机知识库知识表达知识库管理任务管理工况分析工况报表动态黑板诊断成果诊断成果解释知识获取诊断实例故障诊断专家系统6.专家系统分类故障诊断专家系统(1)解释型(Interpretation)专家系统：此类系统通过度析所采集到的数据进而阐明这些数据的真实含义，如由质谱数据解释化合物分子构造的DENDRAL系统、由声纳信号识别舰船的HASP／SIAP系统、语音理解系统HEARSAY等。(2)预测型(Prediction)专家系统：此类系统根据处理对象过去和目前的状况去推测其未来发展趋势，如多种气象预报系统、军事预测系统I&W等。(3)诊断型(Diagnosis)专家系统此类系统根据输入信息推断出处理对象中也许存在的故障，如计算机硬件故障诊断系统DART、核反应堆故障诊断系统REACTOR、感染病诊断与治疗系统MYCIN、旋转机械故障诊断系统EXPLORE-EX、透平机械故障诊断专家系统TUBMAC等。(4)调试型(Debugging)专家系统此类系统给出已确认故障的排除方案，如石油钻探机械故障诊断与排除系统DrillingAdvisor等。故障诊断专家系统(5)维修型(Repair)专家系统此类系统制定并实行纠正某类故障的规则，如诊断排除内燃机故障的DELTA系统、电话电缆维护系统ACE等。(6)规划型(Planning)专家系统此类系统能根据给定的目的制定行动计划，如电子线路布线系统PROTEL等。故障诊断专家系统(7)设计型(Design)专家系统此类系统能根据给定的规定形成所需要的方案或图样，如DEC企业的计算机总体配置系统XCON。

(8)监测型(Monitoring)专家系统此类系统多用于完毕实时监测任务，如REACTOR系统和高危病人监护系统VM等。故障诊断专家系统(9)控制型(Control)专家系统此类系统能自动控制系统的所有行为，一般用手生产过程的实时控制，如维持钻机最佳钻探流特性的MUD系统、MVS操作系统的监督控制系统YES／MVS等。

(10)教育型(1nstruction)专家系统此类系统能诊断并纠正学生的行为，重要用于教学和培训，多为诊断型和调试型的结合体，如GUIDON和STEAMER等。故障诊断专家系统二、知识库1.定义：专家知识、经验及书本知识的存储器2.知识表达1）对知识表达的基本规定（三个基本规定）①表达方案应便于知识的修改和扩充；②表达方案应尽量简朴易懂；③表达措施应清晰明确。由于专家系统的建造过程是一种不停扩充和完善的过程，因此，便于修改和扩充的知识表达方案对专家系统来说是非常重要的，它直接关系到专家系统的成败。实现这一规定的有效手段是把知识与使用知识伪程序相分离，即把知识库和推理机相分离。故障诊断专家系统故障诊断专家系统人工智能研究者们已提出了许多种知识表达措施，如产生式表达、框架式表达、语义网络表达、逻辑性表达、对象—属性—值三元组表达、过程表达和面向对象的表达等，这些不一样的表达措施各有其优缺陷和最合用的领域。综合数据库(GlobalDatabase)和规则解释器(RuleInterpreter)这三个基本部分构成；规则解释器规则库综合数据库2)产生式系统的基本构成一种经典的产生式专家系统一般由规则库(RuleBase)、故障诊断专家系统3）产生式表达(或规则表达）其一般形式为PQ（即IF…THEN…)左部分表达前提（条件或状态），右部分表达若干结论人工智能研究者们已提出了许多种知识表达措施，如产生式表达、框架式表达、语义网络表达、逻辑性表达、对象—属性—值三元组表达、过程表达和面向对象的表达等，这些不一样的表达措施各有其优缺陷和最合用的领域。如：出现异常振动则振幅大。对于复杂的故障用树枝状表达。振动峰值大基频振动低频振动二倍频振动广谐振动不平衡热弯曲油膜涡动油膜震荡支承问题轴裂纹不对中摩擦联轴器问题…………注：与事故树类似故障诊断专家系统产生式表达的优缺陷长处:①模块化；②自然性；一致性。重要缺陷：①推理效率低；②非通用性；③依赖于已经有的经验。故障诊断专家系统故障诊断专家系统3.不确定知识表达1）随机性知识2）模糊性知识3）未确知性知识三、知识的获取知识获取的措施：有*机械式、条件反射式、*传授式、演绎式、归纳式、猜测证明式、*反馈修正式、类比式、联想式、灵感与偶发式等，故障诊断专家系统四、推理机制1.推理分类2.推理控制方略3.推理搜索方略4.似然推理故障诊断专家系统故障诊断专家系统五、应用美国西屋企业从开发汽轮发电机专家系统GenAID开始，现已在佛罗里达州的奥兰多发电设备本部建立了一种自动诊断中心，对各地西屋企业制造的汽轮发电机进行远距离自动诊断。诊断对象从汽轮发电机逐渐扩大到汽轮机、锅炉和辅机。西屋企业和卡内基·梅隆大学合作研制了一台汽轮发电机监控用专家系统，用来监视德州三家重要发电厂的七台汽轮发电机组的全天工作状况。此专家系统能迅速、精确地分析仪表送来的信号，然后立即告诉操作人员应采用什么措施。我国故障诊断工作者也积极探索专家系统的应用研究，国家在“七·五”和“八．五”期间也列有这方面的攻关课题，获得了—些进展，但目前总的状况是试验室研究较多，现场条件下的实际应用、尤其是成功的应用实例并不多见。人工神经网络一、概述1.定义及特点2.目前的应用状况二、基本原理1.神经元构造模型x1~xn输入w1~wn权值闵值Xi神经元求和输出，Oi输出F神经元特性函数fOiXi-1x1w1x2w2xnwnSi故障诊断专家系统人工神经网络各参数之间的关系为：特性函数重要有尚有符号型、S型、双曲正切型和高斯函数型等。1f(x)f(x)xx线性阶跃1-1a-a符号型斜坡型0.51S型双曲正切型1c1高斯函数故障诊断专家系统人工神经网络2.网络拓扑构造（神经元联结构造）1）不含反馈的前向网络神经元分层排列，构成输入层、隐层（可有若干）和输出层。每一层的神经元只接受前一层的神经元输出作为输入。输入模式通过各层的顺次处理后得到输出层输出。误差反向传播算法（Bp法）的网络即为此模型。xnx2x1y1yn单层前向网络x