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1、西部电手 1 0 9 1 年 第l 期(总第5 期)雷达故障诊断专家系统(R F D)的设计与实现 空军工程学院王星周玉芬 猫囊本文介绍了一种应用于机载雷速故障诊断的专家系统R F D系统。概要论 述了R FD的结构和特点。主要讨论了其知识库 系统、推理机构、知 识获取 系统，同时 介 绍 了RFD具 有的其 它 几种 功能，阐述 了RFD系统的构造方 法 一引 言 R FD【R a d a r F a t i l t D i a g n o s i s)专家系统是用于机载HL一 3雷达故障诊 断 的 专 家系统。它是把啻达本身酌结构知识和有关维修专家的经验性知识与人工智能技术相结台而 讲翻成
2、功酌。刺崩硅 D 系统。据稂观察到的故障现象，可诊断HL 一3 雷达的绝大多数故障，并同时 可给出诊断结果的可信度和解释。系统采用菜单式的人机对话形式，帮助、指导维修人员进 行故障谤断，向蔚，它述可片 I 于培训维修人员和建立故障档案。R F D系统主要甩T u f 一P r 如g 语言编程，具有通用性。二系统结构 RFD系统 由知识库、诊 断 推理机 构、知识获取、画 图、制 表 等五个 主要模块 组成，其 中诊 断推理 结构 包 含了解 释功能。该 系统 总体 结构采用模块 化技 术，各模块相互独立，单独调试后联 结成一个系统。这样，极大地方 便 了程 序的调 试、维 护和功能 的 扩充。
3、其基本 结构如图一。三知识 表示 和知 识库结构 图 l R FD的基本结构 知识库中存放了诊断所需的 所有知识。这些 知识芹仅要表 达准确，更重要的是要简单、清楚、便于检索、匹配和维护。52 维普资讯 http:/ R ED系统中，采用谒词逻辑表示事实，用产生式表示洼表示规则，运用故障树表 示 故 障现象和故障原因之间的逻辑关系。知识库中存放的是事实。事实表示了各种放肆现象和故 障原因，是规则的前提部分和结论。它们最初辗据故障树得到，在知识库奉按故障树 酶结构 编排，每一个事实对应着故障树的一个节点，其中结论对应着故障树的甚标结点。产生式 规则的形 式 是t I F 前提 条件)TH EN
4、结论 规则是根据装备的结构知识和专家的经验给出，各撬则的结论部分都带有该规觅 Ij 的可信 度。倒如：规 则：I F a n d-THEN 其内部表示格式为t 规格名(编码值，结论(可信度)其中，编码值是规则的编号，它由故障树得来，表示了推理路径，即代表了前提条件的 总和。例 如：Ru l e(F1 7 C 1 4 B6 损 环(0 8)。事实在知识库中的表示形式同它一样，只不过它的编码值既是该事实的编号，又代表了 该事实之前发生的事实。编码值的应用，绐推理机构的调用带来了极大的方便。知识库中共 包括事实3 5 O 余条。它们对应着HL 一3 雷达的七个系统 分别建立了七个子 库其内容可任意增
5、减，容量仅受磁盘或计算机容量的限制。四诊 断推理机 构 1、诊 断问题的数学模型 诊断问题是 借助专家的知识和经验，根据观察蓟的证据，进行故障定位和隔离。借助集合的概念。我们 把由故障引起的所有现象(证据)定为论遵X，X=x1，X 2，x n=1，2 )把不同的故障对应的现象看成是x上的不同子集y (i=1，)，每一子 集包食-k 个现 象 y i=l 1，_ 2，X l k (k=，2，)这样，诊断问题就归结为确定x 上的某一元素x i 在多大程度上属于其中一个子宾 i学确定 7 y 后，再根据其确定的对应关系来确定该子集所对应的故障 2，推理 策略 RF D系统采用启发式正向推理策略，系统
6、根据观察鳓的证据匹配知识库中的事实，并 调用有关规则来探 索目 标。在事实匹配和规则调 用过程中，动态牛成上下文参理树，参 霉图 5 3 维普资讯 http:/ R F D设计了三种推理策略，但以统一的形式应用启发信息，通过调用不同 的觏 则来区 分不同的策略。推理过程中匹配调用事实是针对它们的编码进行的，并不牵涉到具体内容，推理机构中也不存具体内容。这样，就使推理机构和知识库相互独立，不仅方便了知识库的 维护 和修 改，而且 极大弛 提高 了推理机 构的通用性 推理机 构通过 窗 口菜单 的形 式执行人 机对话任务。进 入推理机 构后，首 先用户根据窗 口 菜单的提 示赋 初值 推 理机 构
7、据此 初值 MY 相应的 子知识库(向 内存)，开始诊断 推理的过 程，该过程 中，推理机构不断在窗 口提供提示引导用户。诊断推理结束后，推理机构转向结 果处理部分(如 图兰)。圈2推理机构流程 固 圈3部分推理 树 部分推理程 序如 下。run(“F 一)l c O i l s u l t(“f d b a )，f a l 1 I B U(s l，一)一s t rl e n(s l，D2)，D2=2，c o n ca t(s l，db a ，S 1 0)，c o ns u l t(s l 0)。c o n s u l t(“f db a )，f a i l r o o(s 3，一)I f a
8、 c t(s 3，Z)，!，wr l t e l i s t(Z)，l e adk e y(Z，S 5，s 3)l l n(s l，S O)I c l e a r wi d o w，f a c t(S O，Z)，wr i t e(“故障可能 为)，wr i t e l i s t(Z)其中，第一句为将知识库清单调入内存。第二旬把选择的子知识库调入内存。第三旬在 知识库 中匹配事实并显示。第四句为诊断 结束后显示结果。最后的结果处理分三个分技一 1、画图，2 解释J 3、记录，由甩户任选一个。5 4 维普资讯 http:/ 推理过程还 引入了不精确推理，用可信度因子C F来描述诳据E 规则和结论
9、H的不确定 性。一般CF 取值在 一1，1 之间，这里，由于我们的推理过程中所采用的证据都是 支持 结论或 与结论独 立，因此此处我 们将 CF的取值 范围定 为 C o，1 。计算时规则的可信度CF(H，E)和证据的可信度CF(E)由专家事先 确定。结论 的可信度由下式计算得 出；CF(H)=CF(H。E)弗 CF(E)五知 识获 取 此处知识获取是指相对于现有系统已知事实的新事实的吸收和积累。从当前专家系统发 展现状来看，比较成熟且易于实现的知识获取方法是有专家参与的基于人机对话的半 自动获 取方式。本系统 就采用这 种方法。RF D的知识获取系统是一独立模块，它对知识库中知识的处理分为添
10、加薪 知识，删 除 废弃知识，修改不准确知识等兰项。待处理的知识显示在窗口内，供用户参考，用户可在窗 口内对知识的任一部分进行操作，处理完毕后，系统自动将处理后的结果存入知识库中。并 同时完成对节点编鹃值的修改和知识存放结构的调整。系统对用户的任何非法输入都给出出 错信 息。一 该子系统在添加知识时，考虑了两种情况t 1)是在原有节 点上添加，2)是新的节 点 分枝。在修改知识时。考虑了是否修改了节点。在删除知识时，则要对 其后 的节 点进 行处 理。六系统的其它功能 1、解释功能 解释是对结果的解释。它解释根据现有的观察，为什么会得到这样的结论。其目的，一 是使现场操作人员清楚故障发生的原因
11、，二是提供评价系统推理机 构的依据；三是 为利用本 系统学 习的人 员提 供参考。解释信息由专家事先编好，以谓词形式存在知识库中。诊断钴束后，根据诊 断结果来调 用相 应的解释信息。2、画 图功能 画 图子系统 的设计，是 为 了在故障诊断 出来后，能迅 速准确地在相应 的 电路图上标示 出 故 障发生 的部位 和故障值。电路图事先 已存入知 识库，以分 区设 立标 号的形式 来识 别提取。显 示时，根据诊断 结果 生 成相应的标号 以调 出相 应 电路 图进 行显示。该部分程序用编 释Ba s l c 语言编制 并与主挺 块相连。3、制表功 能 制表子 系统 是根据部 队故障诊断工作 的需要
12、而设计 的。制表项 目有；部 别 时 问、发生 故 障的机型 机号、雷 达号、故障现 象和故障值，其 中前 四项通 过人机 对话获得。故 障现象和 故障值是系统在诊断过程 中自动记录 制表分屏幕显示和打印机打印两种方式。维普资讯 http:/ 吕前，RF DEs 已基本构造完成，备子系统模块巳调试成功并完成与主摸块的联接，可 供实用参考。七结束语 RF D系统采用了产生式系统方式。按树状结构来表达知识，知识库与推理 机 构相 对独 立，便于维护。推理采用启发式正向推理策略，诊断时，系统通过窗II以菜单形式向用户进 行提示，最后根据收集到的证据推导出缔论 其中引入的编码技术不仅使推理机拇与知识库
13、 相对独立，提高 了推理机构的通用性。而且极大地简化了推理程序，并省略 了动态数据库的 健用。诊断拖理过程蔚单。易掌握。犀时。系统还根据实际需要提供了多种功能。垒系统采 甩挺块他程序设计技术。调试，修改方便该系统运行速度快，试用效果良好。参考文献 1 AL l e n Bt O Wn。*Q u a l i t a t i v e Kn o wl e d g e，Ca U s a l R e a s o n i n g a n d t h e l o c a l i z at i on 0f Fal l【l r ，AD NO AD AO5 2 9 5 2，1 9 卵。【2 Ne wt o n s L e e，u z z y I n 争 e c e En g i n e s i n p r o l o p s h I EEE CH2 3 4 9 9 8 6 p p 2 4 3 3 何华灿t 工帮镑母论 西北王业太学出版社，1 9 8 8 【4 3 k 乾谤禽蠹谢俊元t T 船b o P t o l o 设计，南京大学出版社，1 卵9 6 爵玉芬高锡俊 l 模拟电路故障诊断”，空军工程学院，1 9 8 4 作者简夼 王星t空军-r,I 学院航空电子工程系，研 究生 周玉 芬t 空军工程 学 院航空 电子工程 系，副 教授 维普资讯 http:/