专家系统在雷达故障检测中的应用

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    专家系统的设计包括知识库、推理机、人机接口、解释器、知识获取器和系统软件等部分的设计。其中,知识库、推理机和系统软件是主体,也是设计的关键。

  2 知识库的设计

  知识库主要功能是存储和管理专家系统中的经验知识。专家系统知识库主要由故障分类表、子故障分类表、故障现象表以及所有的故障知识表(故障数据库)组成。知识库中拥有知识的多少及知识的质量决定了一个专家系统所具有解决问题的能力。系统故障知识的获取主要是通过研究雷达结构和故障机理来掌握原理性的知识,以及从专家处获取启发式的经验诊断知识、实用的专业技术资料等。

  ① 从雷达结构和故障机理分析中获取

  利用雷达中已有测试点,结合测试信号的特征进行全面分析。通过对雷达中各部件之间的连接以及对部件板级上每个具体芯片功能进行研究,分析特征信号在雷达正常时的标准值;在进行故障检测时,将测试信号的实际工作值与正常工作的标准值比对,以判定出故障点。

  利用雷达的功能特点进行有针对性的分析。当雷达出现故障时,除了检测电路本身故障外,还要考虑特殊环节引起的可能故障,另外开关器件(大功率开关管、继电器和接触器等)也容易损坏而引起故障。

  针对雷达中的共同问题进行综合分析。雷达中各器件、部件间由电缆实现连接,由于电缆本身损坏或接口连接的不可靠,存在着故障隐患。

  ② 从专家经验中获取

  根据平时常见的故障、专业维修人员的知识与经验,以及专家长期积累掌握的基础理论、研究成果、思维逻辑、解决问题的经验等,可以汇总雷达分系统的常见故障。

  3 推理机设计

  推理机是专家系统的组织控制机构,它根据当前输入数据来运行知识库中的相应知识,按一定策略进行推理,以达到要求的目标。该专家系统中,推理机根据用户提供的故障信息,在知识库内寻找能与之匹配的故障树结点事件,每步推理都以用户反馈信息为依据,沿故障树脉络进行正向推理,逐步缩小故障范围,直至完成故障源定位。推理机正向推理过程如图5所示。

 

图5 推理机正向推理过程示意图

  4 人机接口的设计

  人机接口包括开发界面和使用界面。开发界面面向系统开发者和系统维护者;使用界面面向系统使用者,常常涉及“人机交互”,它包括输入和输出两个部分。用户按照提示输入数据,并向系统提出请求或问题要求系统回答或演示。系统输出各种提示、中间结果和最后结果,也可输出用户所要求的信息、各种解释,或按照用户的要求演示推理过程。

  5 解释模块设计

  解释模块负责对系统检测推理过程给出必要的解释,包括2个解释子模块:文字模块和图形模块。其中,文字模块负责对专家系统检测推理过程给出必要的文字解释,以结点作为解释的基本层次;图形模块负责将故障现象、用户选择、检测过程及检测结果这些知识信息用流程图的方式进行显示,以便用户操作和观察,并以此作为记录检测过程的方法。

  6 知识获取器的设计

  在专家系统中要设计知识获取器困难较大,比较实用的方法是建立一个知识编辑器。知识编辑器是知识工程师的一种工具软件,用来帮助知识工程师编辑从专家那里获取的知识。它可以对知识进行检索、修改、删除和重组,并检查知识的相容性、完整性和一致性。

  7 专家系统软件的设计

  为了能更快速、准确地检测出雷达的故障,将CAN总线应用到某雷达,构建故障检测专家系统。 CAN(Controller Area Network)是控制器局域网络,是目前发展较快的一种现场总线,主要用于各种过程或设备检测及控制。它是目前唯一具备国际标准的现场总线,具有容错能力强、传输距离远、带宽大等特点。

  结合某雷达的结构特点构建一种上位运行专家系统,下位机负责采集现场数据和信号的在线故障检测专家系统,如图6所示。

 

图6 故障检测专家系统的结构

  根据某雷达的整体功能模块的不同,方案将各个功能模块划分为若干检测子系统,利用CAN总线技术构建一个网络结构,每个子系统作为网络上的一个CAN智能节点,每个节点检测该模块中待检测设备的运行状况,并将检测结果通过CAN总线发送给故障检测专家系统。故障检测专家系统运行在上位机上,对下位机发送检测命令,下位机检测预留在各子系统的测试点,把测试的各种数据,如电压、各种开关量等,经A/D转换,发送故障检测专家系统;同时,专家系统根据检测信息和各模块发送的自检信息,给出结论后存储并进行显示,检测员可通过查询主机快速、及时对状态和故障情况判断(见图7)。

 

图7 雷达系统总体结构

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