地空导弹飞行试验智能评定诊断系统doc-中国计算机自动测

Evaluation Warning: The document was created with Spire.Doc for .NET.地空导弹飞行试验评定及故障诊断专家系统设计温渊涛 （空军工程程大学工工程学院院 装备备管理系系统工程程系，陕陕西 西西安 77100068）摘要：本文文介绍了了一个适适合地空空导弹飞飞行试验验结果评评定及故故障诊断断特点的的专家系系统框架架，论述述了系统统的总体体结构、知知识表示示方法和和符合地地空导弹弹故障特特点的推推理机制制。系统统快速、实实用，为为试验决决策和进进一步的的故障分分析评定定提供帮帮助。关键词：地地空导弹弹；故障诊诊断；专专家系统统引言导弹飞行试试验是在在研制定定型(设计定定型、工工艺定型型)、批生生产等不不同阶段段进行最最终检验验、考核核导弹武武器系统统的战术术、技术术性能，以以及各分分系统的的性能和和相互间间协调性性的一种种直接手手段。导导弹飞行行试验过过程中将将产生大大量的有有关导弹弹性能的的信息数数据。这这些测控控数据是是导弹研研制试验验过程中中结果分分析、系系统评价价的基础础。实时遥测处处理数据据包含了了导弹内内部各分分系统工工作情况况的大部部分信息息，对于于快速评评价导弹弹系统飞飞行试验验情况及及故障原原因的初初步定位位，提供供了基本本的依据据。本文文介绍了了一种基基于飞行行试验实实时遥测测处理结结果分析析的准实实时飞行行试验评评定诊断断专家系系统框架架，实现现地空导导弹武器器系统试试验结果果的智能能评定与与故障诊诊断。即即在飞行行试验过过程中或或飞行试试验结束束时，及及时给出出对飞行行试验过过程相对对准确的的初步评评价和对对故障的的粗略定定位，为为后续试试验进程程安排和和事后分分析提供供帮助，大大大提高高飞行试试验的综综合效率率。1 专家家系统结结构该专家系统统主要由由实时监监测评定定子系统统和基于于故障树树的故障障诊断子子系统构构成。评定诊断专专家系统统组成如如图1所所示。数据通信及及预处理理模块接接收并解解出测量量系统实实时处理理后的遥遥测数据据帧电文文，对其其进行分分路和格格式转换换后，传传送给监监测评定定模块，同同时在对对数据进进行合理理性检验验、剔除除野值等等预处理理后按一一定的存存储策略略存入历历史数据据库。实时数据库库是一块块内存区区，用于于存放评评定检测测子系统统所需的的关键特特征数据据。历史数据库库存于硬硬盘上，用用于存放放按一定定策略（按按研制部部门给定定的各参参数压缩缩窗口值值）压缩缩的实时时处理后后的遥测测特征参参数（参参数代号号；参数数名；时时刻；参参数值等等）。标准数据库库用于存存放各特特征数据据验前仿仿真的结结果（地地面模飞飞遥测数数据），用用于与实实际测量量值的比比对。征兆获取模模块根据据故障树树框架的的报警规规则，对对历史数数据库的的特征参参数进行行必要的的处理并并产生相相应结点点的报警警信息诊断知识库库用于存存放不同同飞行阶阶段的故故障树诊诊断知识识。黑板设在内内存中，是是用于存存放推理理中的各各种当前前信息以以及和用用户交互互时提供供的各种种信息的的一块存存储区。它它与知识识库一起起支持专专家系统统执行机机构、推推理机构构和解释释机构等等部件的的运行。在在地空导导弹飞行行试验评评定诊断断系统中中，黑板板也是综综合推理理中深、浅浅知识的的综合、执执行器。数据通信及预处理实时数据库历史数据库监测评定模块评定规则库知识库管理模块报警诊断知识库征兆获取基于故障树推理诊断模块数据处理、显示模块黑板及控制器用户接口图1 评定诊断专家系统数据流程图标准数据库送显示遥测实时处理结果电文监测评定子子系统是是一个实实时运行行的模块块，对接接收到的的能表征征系统各各阶段总总体工作作情况的的关键特特征参数数进行监监测评定定，并通通过故障障报警启启动系统统进行故故障诊断断。故障推理诊诊断子系系统接到到某阶段段故障告告警，进进行故障障诊断的的指令后后，立即即调用相相应诊断断知识库库，并从从历史数数据库提提取故障障征兆；然后根根据故障障树的故故障诊断断方法，进进行推理理诊断，确确定故障障树底事事件状态态，最终终确定故故障原因因。2 知识识表示（1）基于于数据驱驱动的框框架+产产生式的的评定监监测知识识表示方方法地空导弹整整个飞行行试验表表现为一一个时序序过程，它它分为初初制导、中中制导和和末制导导三个阶阶段。由由弹上计计算机输输出的“工作状状态标识识字”参数（初初转中、中中转末标标识）表表征导弹弹工作阶阶段。测测控系统统按照时时序，连连续不断断地发回回被测对对象的实实时处理理信息。评评定监测测子系统统依据历历程段标标识，调调用相应应历程段段框架的的检测评评定规则则单元，对对关键特特征数据据进行动动态检测测告警，对对该阶段段系统总总体工作作情况进进行评定定。因此此在评定定监测子子系统我我们采用用了基于于数据驱驱动的框框架+产产生式知知识表示示方法，使使其能按按时序监监测各阶阶段关键键特征变变量，对对系统进进行监测测评定，产产生对系系统故障障的报警警。我们按飞行行阶段将将系统的的监测告告警和评评定知识识库划分分成若干干个知识识单元，每每个知识识单元对对应一个个飞行阶阶段，知知识单元元中包含含与该飞飞行阶段段相关的的特征参参数、监监测告警警规则和和评定规规则等信信息，用用“框架+规则”的混合合知识表表示方法法来描述述知识单单元。框架名：（初初制导评评定、中中制导评评定、末末制导评评定）槽1：监测测告警规规则（特特征参数数名、检检测方法法、告警警规则）槽2：评定定规则监测告警规规则和评评定规则则用产生生式表示示，如以以下评定定规则：IF（如果果）：（值异常）OR （值异常）AND（历程段为初制导）THEN（则则）：（初初制导故故障）由于产生式式规则的的表示法法有明确确的因果果关系和和推理方方向，推推理速度度快；采采用按不不同历程程段框架架组织检检测评定定规则的的方法，缩缩小解空空间，防防止出现现规则检检索的“组合爆爆炸”，提高高了实时时性。（2）框架架+广义义规则的的基于故故障树的的诊断知知识表示示地空导弹飞飞行试验验评定诊诊断专家家系统研研究处理理的对象象是地空空导弹，地地空导弹弹是一个个复杂的的大系统统，其系系统级和和分系统统级间紧紧密耦合合，同时时存在着着结构和和功能上上的多层层次性及及构形和和参数的的时变性性，导致致结果评评定和故故障诊断断复杂和和困难，其其诊断的的经验知知识较少少，故障障树将是是其主要要的诊断断知识来来源，故故障树有有关信息息的利用用解决了了地空导导弹故障障诊断知知识获取取的瓶颈颈问题。由由于导弹弹武器系系统设计计、遥测测参数设设计和测测试过程程中，进进行了必必要的故故障树分分析和仿仿真试验验。因此此在故障障诊断子子系统我我们选择择采用面面向故障障树的“框架+广义规规则”的混合合知识表表示方法法。利用用框架表表示法表表达能力力强、层层次丰富富及有效效的知识识组织手手段，建建立地空空导弹故故障树的的层次框框架模型型。这里里的广义义规则，借借用经验验规则的的IF-THEEN表示示形式表表示子、父父结点间间逻辑关关系的深深知识。知知识组织织和表示示如图22所示。3 推理理机制由于地空导导弹系统统的动态态性、参参数的耦耦合性，某某一局部部故障（参参数异常常）可能能引发其其它部分分相继产产生异常常，而飞飞行试验验快速故故障诊断断的目的的就是找找出最初初的故障障源，即即系统存存在的薄薄弱环节节，为今今后的分分析、设设计和改改进提供供帮助。因因此，本本专家系系统最主主要的任任务就是是利用遥遥测系统统的高采采样率信信息查找找出最初初故障源源，所以以必须采采用适合合其特点点的推理理控制策策略。（1）面向向故障树树的故障障诊断系系统的控控制策略略：采用用元级控控制和对对象级控控制的分分层控制制方式把系统推理理控制分分为系统统级、分分系统级级的元级级控制和和部件级级的对象象级控制制。框架名：总体故障框架A（初制导、中制导、末制导）属性：系统级槽1：A报警规则库（系统特征参数异常检测）槽2：A诊断规则库（IF某特征参数异常THEN某分系统故障）框架名：制导控制分系统故障B属性：分系统级槽1：B报警规则库（B特征参数检测）槽2：B诊断规则库（IFTHEN某部件故障）框架名：能源分系统故障B属性：分系统级槽1：B报警规则库（B特征参数检测）槽2：B诊断规则库（IFTHEN某部件故障）框架名：指令产生器故障C属性：对象级槽1：C报警规则库（C特征参数检测）槽2：C诊断规则库（IFTHEN某模块故障）图2 基于故障树诊断的知识表示与组织框架名：惯测组合故障C属性：对象级槽1：C报警规则库（C特征参数检测）槽2：C诊断规则库（IFTHEN某模块故障）框架名：惯测组合故障报警规则库规则1：IFTHEN(某结点异常、正常、未知)规则2：规则n：框架名：惯测组合故障诊断规则库规则1：IF(父结点)THEN(子结点1)规则2：规则m：异常底事件（故障源）其中元级推推理是专专家根据据对象特特性，抽抽取少数数关键特特征量建建立的，将将故障定定位在较较粗的级级别上，元元规则的的利用及及其自身身的内容容代表了了系统的的控制信信息，推推理机根根据事件件成立与与否和元元规则的的内容，形形成可用用规则集集，从而而大大缩缩小了每每次推理理的求解解空间，达达到快速速推理的的目的。在在元规则则的使用用中采用用正向广广度优先先方式，当当存在故故障顶事事件时，采采用反向向深度优优先回溯溯控制策策略，根根据故障障树搜索索故障底底事件。元级推理的的冲突消消解采用用由故障障顶事件件发生时时刻确定定的优先先级策略略实现。诊断子系统统首先进进行系统统级元级级诊断推推理，根根据系统统级框架架的报警警规则和和优先级级依次启启动相关关各分系系统框架架；被启启动的分分系统框框架再进进行元级级推理，根根据分系系统级报报警规则则和优先先级依次次启动相相关各部部件级框框架。系系统级框框架的任任务就是是把故障障定位到到分系统统，分系系统级框框架的任任务就是是把故障障定位到到部件。而而最终的的故障源源定位，是是在部件件级故障障树框架架内。系系统可根根据回溯溯搜索，确确定继发发故障的的次序。也也可以通通过实际际需要和和可能，确确定故障障源定位位是在分分系统级级还是冗冗余级。（2）对象象级面向向故障树树模型的的基于报报警的反反向遍历历搜索推推理策略略如果某对象象级框架架被元级级推理所所启动，那那么该级级框架就就按照基基于正常常、异常常事件的的反向推推理方法法，依次次启动各各结点报报警规则则库框架架、诊断断规则库库框架，利利用故障障树中部部分已知知结点（可可测结点点），推推理确定定所有底底事件（叶叶结点）的的状态。报警规则库库框架启启动后，通通过对历历史数据据库中对对应的特特征参数数（对应应于该结结点的特特征参数数）进行行检测和和处理，提提取故障障征兆，给给出诊断断规则库库框架启启动所需需的故障障树上结结点的报报警信息息（正常常结点、异异常结点点、未知知结点）。诊诊断规则则库框架架依据正正常结点点、异常常结点采采用确定定性推理理产生诊诊断结果果。因为为每一条条诊断规规则（反反向广义义规则：IF父父结点TTHENN子结点点）的前前提或结结论都对对应着故故障树上上的一个个或多个个结点，根根据正常常、异常常结点事事件，推推理确定定所有底底事件的的状态，确确定故障障源。或或者通过过对未知知底事件件的可能能性推理理（引发发故障树树顶事件件的可能能性的推推理），确确定可能能故障源源。略否？4 结束束语本系统采用用基于故故障树框框架的知知识表示示方法和和适合飞飞行试验验特点的的推理控控制策略略，使系系统有很很强的针针对性和和实用性性。主要要特点体体现在：（1）实时时评定和和故障诊诊断结合合，完成成对飞行行试验情情况的动动态检测测。（2）研制制试验的的导弹系系统不同同于定型型产品，先先验故障障样本缺缺乏，决决定了基基于故障障树诊断断系统是是适合于于导弹飞飞行试验验故障诊诊断较实实用的方方式。（3）系统统原型采采用面向向对象方方法设计计，更便便于知识识库和软软件系统统的扩充充和修改改。参考文献1纪常常伟，荣荣吉利，黄黄文虎. 航天天器智能能诊断系系统开发发研究J.航空学学报，119999，200(3).2王日日新，徐徐敏强，宋宋政吉. 航天天器推进进系统故故障的面面向时态态检测和和诊断J.推进技技术，220022. 3闻新新，张洪洪钺，周周露.控制系系统的故故障诊断断和容错错控制M.北京京：机械械工业出出版社，119988.4王道道平，张张义忠.故障智智能诊断断系统的的理论与与方法M.北京:冶金工工业出版版社，220011.