W04083壓縮機故障診斷專家系統(tǒng)的設計

1、壓縮機故障診斷專家系統(tǒng)的設計魏傳鋒 王佩廣 李運澤 王浚(北京航空航天大學,北京 100083)摘 要：壓縮機經(jīng)常長時間、不間斷的運行，因此對它進行實時故障診斷有非常重要的意義。根據(jù)壓縮機故障的特點，提出了基于事例和基于規(guī)則相結合的的推理機制；并采用VB內嵌的數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)知識處理。結果表明，該專家系統(tǒng)具有較好的實用性。關 鍵 詞：壓縮機；故障診斷；專家系統(tǒng)； Design on fault diagnosis expert system of the compressorWei Chuanfeng Wang Peiguang Li Yunze Wang Jun(Beijing Universit

2、y of Aeronautics and Astronautics, Beijing, China 100083)Abstract: Real-time fault diagnosis is very important for a compressor which often runs continuously in a prolonged period. In this paper, a reasoning engine based on cases and rules was put forward, and the knowledge management was realized w

3、ith database in VB. Results of the simulation showed that the expert system was considerably practical. Key words: compressor; fault diagnosis; expert system; 壓縮機在機械、化工、動力等行業(yè)都有非常重要的作用。一般來說，壓縮機經(jīng)常長時間、不間斷的工作，會引起各種疲勞破壞，而人類專家很難長時間的對它進行觀察。因此有必要對它進行實時的故障診斷。長期以來，人們對壓縮機故障診斷進行了深入研究，主要采用振動法、小波分析等方法進行故障診斷1。但卻很少

4、提及故障診斷專家系統(tǒng)的研究，這是很不合理的。因為專家系統(tǒng)能夠不疲勞的聯(lián)系工作，而且不受主觀影響。一個優(yōu)秀的專家系統(tǒng)完全能夠取代一個人類專家的工作，而給出實時的、可靠的故障診斷。本文結合了壓縮機故障的特點和人工智能的思想，提出了適合壓縮機故障診斷的推理機和知識庫的構造方法，并在此基礎上建立了壓縮機故障診斷專家系統(tǒng)。1基本結構本專家系統(tǒng)采取一種混合的故障診斷模式，共包括三層信息處理：狀態(tài)檢測層、故障模式探測層以及專家系統(tǒng)診斷層。狀態(tài)檢測是信號處理的第一層，在這一層里提取來自傳感器的信號，并處理成各種特征要素；隨后這些特征被傳入更高的一層，即故障模式探測層，這一層中使用故障診斷模塊，比如常用的小波變

5、換的方法發(fā)現(xiàn)故障并進行相應的故障診斷。最后所有的信息進入專家系統(tǒng)診斷層，由預先給定的規(guī)則庫進行分析、判斷數(shù)據(jù)的特征要素。并給出相應的對策。這種混合故障診斷系統(tǒng)見圖1。其中，專家系統(tǒng)診斷層是系統(tǒng)的核心部分，它主要是利用專家系統(tǒng)的手段，凝練人類專家的經(jīng)驗以及專業(yè)書籍的優(yōu)秀成果，對故障模式探測層中獲得的故障信息進行處理，得到了比較可行的建議。主要包括推理機和知識庫兩大部分。故障診斷故障特征提取數(shù)據(jù)采集故障決策圖1 壓縮機故障診斷專家系統(tǒng)基本結構故障診斷模塊狀態(tài)檢測層故障模式探測層專家系統(tǒng)診斷層2 推理機的設計推理機是專家系統(tǒng)的核心，它是模擬人類專家的求解問題的思維活動，按照一定的推理策略，有效地選擇

6、知識庫中的知識，根據(jù)用戶提供的問題進行推理，得到用戶滿意的結論，是專家系統(tǒng)通過知識推理而實現(xiàn)問題求解的執(zhí)行機構。推理機工作效率的高低直接影響到專家系統(tǒng)的性能。因此必須構建一個能夠真正反映人類專家水平的推理機。目前在故障診斷專家系統(tǒng)中廣泛采用基于規(guī)則推理2的產(chǎn)生式專家系統(tǒng)。這種方法比較成熟，且簡單易用，開發(fā)周期短，容易被用戶理解。但是推理效率低，知識獲取困難，自學習差?；谑吕耐评?是上世紀末興起的一種推理機制，它模擬人腦的直覺、形象或經(jīng)驗思維的過程，通過類比和聯(lián)想來解決當前相似問題的求解策略。它具有快速推理、記憶及易于解釋等優(yōu)點。而且上次診斷的結果可以作為下次診斷的事例，這樣解決了自學習的問

7、題。人類專家在判斷和解決已出現(xiàn)的壓縮機故障的時候，有些經(jīng)驗很難規(guī)則化，而且即使形成規(guī)則后也容易引起沖突。同時，這些經(jīng)驗又是最寶貴的，因此必須加以充分利用。但是基于事例的推理畢竟是不夠的，還需要大量的從實踐中抽取的規(guī)則同時進行推理，才能有效的解決問題。所以本文提出了一種采取基于規(guī)則和基于事例的混合推理機制的專家系統(tǒng)。推理機制如圖2所示，推理起始后，首先從實時監(jiān)測來自各測點的特征要素，獲取初始事實，把它寫入上下文（黑板），然后進行基于事例的推理，看是否存在相似的事例；如果存在，根據(jù)一定的沖突消解策略（當相似事例多于一個時），給出故障信息。 若不存在相似的事例，則轉向基于規(guī)則的推理。用事實來匹配規(guī)則

8、的左部（前提），來找到所有可用的規(guī)則，構成沖突集。按照一定的沖突消解策略，在沖突集中選取一條規(guī)則使用，從而產(chǎn)生新的事實。新的事實和原事實又引起規(guī)則庫中新一輪的匹配，這樣繼續(xù)問題的求解，直到?jīng)]有規(guī)則被激活。最后檢查上下文是否有解，若有則輸出所有的解（故障信息），否則輸出無解。圖2 推理機流程框圖3 知識（規(guī)則）庫的設計一個知識庫的知識應該具有有效性、完備性和一致性。知識獲取系統(tǒng)（Knowledge Acquisition System，以下簡稱KAS）應該具有友好的用戶界面、良好的人機交互功能，可進行知識庫的管理，包括知識庫的建立、存儲、維護（刪除、修改、添加）、打印、顯示以及查詢等功能。功能如

9、圖3所示：圖3 知識庫功能結構圖可以使用VB內嵌的數(shù)據(jù)庫來實現(xiàn)這些功能4。首先添加data控件，然后設置其DatabaseName屬性和RecordSource屬性。這樣就把用數(shù)據(jù)庫形式編寫的知識庫連接起來。而且可以方便的實現(xiàn)前述的各項功能。僅以知識查詢?yōu)槔唧w的代碼如下：Dim my_number, my_id As StringMy_number = InputBox$("請輸入您所查詢的規(guī)則號或者規(guī)則名", "知識查詢", "")If my_number <> "" Then my_id = &

10、quot;id='" & my_number & " '" Data1.Recordset.FindFirst my_idEnd If4 結論根據(jù)前述的設計思想，采用面向對象（OOP）的編程語言VB6.0，構建了一個壓縮機故障診斷專家系統(tǒng)。經(jīng)過測試發(fā)現(xiàn)，該專家系統(tǒng)能夠方便的進行推理和對用戶進行解釋，具有較強的容錯性，較好的反映了人類專家的推理過程。本文所提出的專家系統(tǒng)思想充分考慮了人類專家在原先壓縮機診斷中形成的故障分析的經(jīng)驗，把他們的知識分為抽象的規(guī)則和具體的事例。而且充分吸取了專業(yè)的歷史經(jīng)驗和專家知識，所以該專家系統(tǒng)較好的模擬了人類專家的推理思路，具有很強的實用價值。參考文獻1 劉樹林，張嘉鐘，黃文虎，時文剛?；谛〔òc粗集的往復壓縮機的故障診斷方法J，壓縮機技術，2002:2，13;2 榮吉利，紀常偉，王日新，黃文虎， 姜興渭。航天器故障診斷專家系統(tǒng)技術的應用和發(fā)展J。強度與環(huán)境，1996(2)，48593 Gupta U G. How case-based reasoning solves new problemsJ. Interfaces, 1994,24(6):1101194 Curtis Smith，Michael Amundsen著，陳海標譯。Visual Basic 6.0數(shù)據(jù)庫編