机车故障诊断系统研究范文

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《武汉理工大学学报》2014年第十一期

1案例推理技术

1．1案例属性的获取在机车故障专家系统中，每个案例包括很多种属性，各个属性之间不同的组合方式会得到不同的故障诊断结果。在众多的属性中，有些属性对诊断结果的影响几乎可以忽略，如果仍将这些冗余属性带入诊断过程中必然会影响诊断的效率和诊断结果的准确性。因此有必要剔除这些冗余属性，在保证诊断结果准确性的前提下，尽可能多地减少参与诊断的属性个数。粗糙集理论的数学基础成熟，不需要先验知识，是一种处理不精确、不一致、不完整等各种不完备信息的有效工具。其基本思路就是将决策表划分为若干个子决策表，然后根据各子表的约简构造原始决策表的最小约简，从而去除包含关系，提高计算性能，有效提高系统效率。变压器是电力机车中重要的组成部件，铁芯是变压器的磁路，其质量直接影响到变压器功能的好坏。笔者以主变压器铁芯故障为例来说明属性约简的方法。图2为机车主变压器铁芯故障的故障树。在铁芯故障中，故障信息包括条件属性集和故障集，如果用集合表示属性集C={C1，C2，…，C10}，如表1所示，故障集D={D1，D2，…，D7}，如表2所示。根据决策系统的定义，可以很清晰地将铁芯的属性与故障诊断结果用二维表格的形式相对应，这种数据表被称为知识表达系统KRS［4］，如表3所示。通过KRS表，可以很容易地对其属性约简，消除冗余属性。接下来按照图3粗糙集属性约简流程对KRS表进行约简。约简后的KRS表清楚地显示出了每个故障的必要属性。原来需要用10个属性才能对故障进行判断。一般值约简算法的核心思想是在获得最小约简属性的基础上，假设删除某属性值后，观察决策的效果是否发生变化。如果没有发生变化，说明该属性值是冗余的，可以被删除。反之则说明这部分属性值对决策有影响，不能被删除。然而，按照不同的条件属性处理顺序和决策规则顺序，会得到很多不同的最小决策表，可列出其中一种最小决策表，如表7所示。

1．2案例表示案例表示决定着一个案例推理系统是否能较好地工作，只有对目标问题通过恰当的案例进行描述，才能获得正确的诊断结果。目前，产生式表示法已成为人工智能中应用最多的一种知识表示模式，许多成功的专家系统都是采用产生式知识表示方法。按照铁芯故障诊断的最小决策表在专家系统中的案例表示如下:(1)磁通量饱和THEN磁饱和;(2)散热通风通道堵塞THEN散热不良;(3)多点接地且不存在异物THEN芯碰壳或夹件;(4)迭片间短路THEN迭片老化或振动;(5)在某个电压范围内放电THEN接地不良;(6)多点接地且存在异物THEN存在导电异物;(7)接地片熔断THEN接地片熔断。

2专家诊断系统设计

2．1系统构架该系统在．Net4．0开发平台上，利用Mi-crosoftVisualStudio2010软件以CJHJ作为编程语言进行开发。系统服务器采用C/S(Client/Server)模式并使用SQLServer2005作为数据存储工具。

2．2系统实例该系统包括人员管理、知识库管理、故障查询、故障诊断和故障预测5个大模块，其功能如图5所示。运用该系统对主变压器铁芯故障进行模拟诊断，其运行过程如下:首先运行程序，进入登录页面，如图6所示，输入用户名、密码跳转至系统主页面;在主页面选择故障诊断模块则会跳转至故障诊断页面，如图7所示。在故障诊断页面填写基本的故障现象之后，故障属性区域会显示相对性的故障属性。如需添加新的属性，点击添加属性按钮后，可以直接在属性列表后的新增空白行内输入新属性内容。勾选符合的属性后，单击故障查询按钮即可开始对故障进行诊断，弹出的诊断结果页面如图8所示。根据在诊断页面勾选的故障属性，运用上述方法求得约简后的属性，并在历史知识库中寻找类似的案例，按照符合度进行排序，将结果显示在列表中。右键单击案例行，会弹出菜单，可以在案例详情页面，查看案例详情，如图9所示。案例详情页面显示了该案例的详细信息，包括故障属性、处理方法、故障图像和故障视频等信息。操作者可以对信息进行编辑、修改和完善，使之更加符合实际情况，为今后的案例诊断提供更加完整的信息。

3结论

机车诊断中存在大量随外界因素干扰而变化的经验知识，很难用某个特定的模型来准确地表示出来。基于案例推理的机车诊断系统，通过对历史案例的检索来找到与当前案例相似的案例，不需要构建详细的模型就能进行故障诊断。其较高的灵活性和可操作性可以使机车诊断系统更加高效、准确，为机车的安全提供保障。

作者：罗冰洋黄丽婷周廷美莫易敏陈璟魏贝单位：武汉理工大学自动化学院