专家系统故障诊断方法
自动化控制系统的故障诊断与容错技巧
自动化控制系统的故障诊断与容错技巧引言：随着科技的不断发展，自动化控制系统在各个行业中扮演着重要的角色。
然而，这些系统在运行过程中可能会遇到各种故障，影响生产效率和稳定性。
因此，故障诊断和容错技巧变得非常关键。
本文将介绍几种常见的自动化控制系统故障诊断与容错技巧，帮助读者更好地解决和应对故障。
一、故障诊断技巧1. 故障观察和数据分析：及时观察和记录系统运行时的异常现象，如报警信号、异常噪声、异常振动等，并分析相关的数据，以帮助确定故障原因。
2. 故障模式识别：根据历史故障案例和经验，通过比对当前出现的故障现象，识别出可能的故障模式，以加快故障诊断的速度和准确性。
3. 逆向工程：通过逆向工程的方法，对系统进行分析和重构，以便更好地理解系统的工作原理和内部结构，从而更好地发现和修复故障。
4. 故障排除法：通过逐个排除可能的故障原因，缩小故障范围，以确定具体的故障点并进行修复。
5. 专家系统：利用人工智能和专家知识，建立专家系统，通过输入故障现象和提示信息，系统可以帮助进行自动故障诊断和提供解决方案。
二、容错技巧1. 双重检测：在系统设计中引入双重检测机制，通过使用两套独立的传感器和执行器来检测和控制系统的工作状态，以克服单点故障的影响。
2. 多重冗余：通过增加系统中的冗余元件，如备用传感器、执行器、电源等，一旦主要元件发生故障，冗余元件可以顶替其功能，确保系统的正常工作。
3. 错误检测与纠正：在系统中引入错误检测和纠正机制，如奇偶校验码、循环冗余校验等，可以在数据传输过程中检测和纠正错误，提高系统的可靠性。
4. 系统监控与警报：建立监控系统，实时监测和记录系统的运行状态和参数，一旦出现异常，及时发出警报，以便及时采取措施进行故障修复。
5. 定期维护和保养：定期对自动化控制系统进行维护和保养，包括清洁、紧固、润滑、替换老化元件等，以延长系统的使用寿命和提高系统的可靠性。
三、案例分析以汽车生产线上的自动化控制系统为例，当生产线上的机器人无法正确操作时，工人只需按照以下步骤进行故障诊断和容错操作：1. 观察和记录异常：工人应仔细观察机器人的运行状态，记录任何异常现象，如停止运动、震动、噪声等。
一种基于专家系统的故障诊断方法[发明专利]
![一种基于专家系统的故障诊断方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/c38512ea6c85ec3a86c2c599.png)
专利名称：一种基于专家系统的故障诊断方法专利类型：发明专利
发明人：白侃,魏振宁
申请号：CN201810353708.3
申请日：20180419
公开号：CN108596341A
公开日：
20180928
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种基于专家系统的故障诊断方法，涉及通信设备远程监视领域中设备故障诊断方面的技术。
主要通过设计一种可编辑的故障诊断模型，来实现针对不同通信设备的自动故障诊断，从而及时的解决通信设备在运行过程中的各种问题。
本发明可应用于设备具有远程监视功能的通信系统中，具有可扩展性强、适用范围广、易于管理、维护等特点，能够实时检测系统运行过程中出现的故障，同时达到提高通信系统可靠性的目的。
特别适用于较为复杂的通信系统远程监视场景中。
申请人：中国电子科技集团公司第五十四研究所
地址：050081 河北省石家庄市中山西路589号第五十四所卫通部
国籍：CN
代理机构：河北东尚律师事务所
代理人：王文庆
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控制系统的故障诊断与容错控制技术
控制系统的故障诊断与容错控制技术故障诊断与容错控制技术在控制系统领域有着重要的应用。
控制系统是用于监测、控制和调节工业过程的设备和系统。
然而，由于各种原因，控制系统可能会出现故障，导致系统性能下降甚至完全失效。
因此，故障诊断与容错控制技术成为确保控制系统可靠性和鲁棒性的重要手段。
一、故障诊断技术故障诊断技术是通过对系统的状态进行监测和分析，识别出系统存在的故障并确定其位置和原因的过程。
常见的故障诊断技术包括模型基于故障诊断方法、专家系统、神经网络、模糊逻辑等。
1. 模型基于故障诊断方法模型基于故障诊断方法是利用数学模型描述系统的动态行为，通过与实际测量值进行比较，检测和诊断系统故障。
该方法的优点是能够提供准确的故障诊断结果，但需要精确建立系统的动态模型。
2. 专家系统专家系统是模拟人类专家决策能力和知识的计算机系统。
基于专家系统的故障诊断方法通过将专家知识和规则嵌入系统中，实现对系统故障的自动诊断。
该方法不依赖系统的动态模型，具有较强的实用性。
3. 神经网络神经网络是一种模拟人脑神经元网络的计算模型。
基于神经网络的故障诊断方法利用网络的学习和泛化能力，通过对系统传感器数据的分析，实现对系统故障的自动诊断。
该方法适用于系统故障模式较复杂的情况。
4. 模糊逻辑模糊逻辑是一种扩展了传统逻辑的数学工具，用于描述不确定和模糊的情况。
基于模糊逻辑的故障诊断方法将模糊集合理论应用于故障诊断过程，通过对模糊规则的推理和模糊匹配，实现对系统故障的判断和诊断。
二、容错控制技术容错控制技术是指在控制系统出现故障时，通过改变系统结构或控制策略，使系统仍能维持一定的性能和稳定性。
常见的容错控制技术包括冗余设计、重构控制和适应性控制等。
1. 冗余设计冗余设计是指在系统中引入冗余元件或冗余部件，在故障发生时通过自动或人工切换，实现对故障元件或部件的容错。
冗余设计可以提高系统的可靠性和鲁棒性，但也会增加系统成本和复杂性。
2. 重构控制重构控制是指在系统出现故障时，实时地调整控制策略或参数，使系统继续满足性能要求。
故障诊断专家系统介绍
故障诊断专家系统 一、专家系统概述 1. 定义：能以人类专家级水平进行故障诊断的智
能计算机程序。
2. 发展专家系统的必要性
1）知识结构的需要
2）故障诊断应用上的需要 系统复杂性及故障复杂性所决定 3. 专家系统所能解决的问题 机械系统诊断中的复杂问题；能达到专家水平
故障诊断专家系统 4. 专家系统的特点 1）应用范围广
故障诊断专家系统 (9) 控制型(Control)专家系统 这类系统能自动控
制系统的全部行为，通常用手生产过程的实时控
制，如维持钻机最佳钻探流特征的MUD系统、 MVS操作系统的监督控制系统YES／MVS等。 (10) 教育型(1nstruction)专家系统 这类系统能诊 断并纠正学生的行为，主要用于教学和培训，多 为诊断型和调试型的结合体，如GUIDON和 STEAMER等。
故障诊断专家系统 人工智能研究者们已提出了许多种知识表示方法， 如产生式表示、框架式表示、语义网络表示、逻辑 性表示、对象—属性—值三元组表示、过程表示和 面向对象的表示等，这些不同的表示方法各有其优 缺点和最适用的领域。 2) 产生式系统的基本组成 一个典型的产生式专家系统通常由规则库(RuleBase)、 综合数据库(GlobalDatabase)和 规则解释器 规则解释器(RuleInterpreter)这 三个基本部分组成； 综合数据库 规则库
故障诊断专家系统
五、应用
美国西屋公司从开发汽轮发电机专家系统GenAID开始， 现已在佛罗里达州的奥兰多发电设备本部建立了一个自动 诊断中心，对各地西屋公司制造的汽轮发电机进行远距离 自动诊断。诊断对象从汽轮发电机逐步扩大到汽轮机、锅 炉和辅机。西屋公司和卡内基· 梅隆大学合作研制了一台汽 轮发电机监控用专家系统，用来监视德州三家主要发电厂 的七台汽轮发电机组的全天工作状况。此专家系统能快速、 精确地分析仪表送来的信号，然后立即告诉操作人员应采 取什么措施。 我国故障诊断工作者也积极探索专家系统的应用研究， 国家在“七· 五”和“八．五”期间也列有这方面的攻关课 题，取得了—些进展，但目前总的情况是实验室研究较多， 现场条件下的实际应用、特别是成功的应用实例并不多见。
7.故障诊断专家系统解析
故障诊断专家系统
人工神经网络
一、概述
1.定义及特点 2.目前的应用情况
x1 w1
i
二、基本原理
3）产生式表示(或规则表示）
其一般形式为
P
Q（即IF … THEN…)
左部分表示前提（条件或状态），右部分表示若干 结论
故障诊断专家系统
如：出现异常振动则振幅大。对于复杂的故障用树
枝状表示。
振动峰值大
基频振动
低频振动 二倍频振动 广谐振动
不平衡 热弯曲 油膜涡动 支承问题 轴裂纹 不对中 摩擦
油膜震荡
故障诊断专家系统
故障诊断专家系统
四、推理机制 1.推理分类 2.推理控制策略 3.推理搜索策略 4.似然推理
故障诊断专家系统
五、应用
美国西屋公司从开发汽轮发电机专家系统GenAID开始， 现已在佛罗里达州的奥兰多发电设备本部建立了一个自动 诊断中心，对各地西屋公司制造的汽轮发电机进行远距离 自动诊断。诊断对象从汽轮发电机逐步扩大到汽轮机、锅 炉和辅机。西屋公司和卡内基·梅隆大学合作研制了一台汽 轮发电机监控用专家系统，用来监视德州三家主要发电厂 的七台汽轮发电机组的全天工作状况。此专家系统能快速、 精确地分析仪表送来的信号，然后立即告诉操作人员应采 取什么措施。
故障诊断专家系统
二、知识库
1. 定义：专家知识、经验及书本知识的存储器
2. 知识表示
1）对知识表示的基本要求（三个基本要求） ①表示方案应便于知识的修改和扩充； ②表示方案应尽量简单易懂； ③ 表示方法应清晰明确。因为专家系统的建造过程是一
设备异常检测与诊断方法及流程
设备异常检测与诊断方法及流程引言：设备在运行过程中，可能会出现各种异常情况，如故障、性能下降、异常噪声等，这些异常情况对设备的正常运行和生产能力会产生重大影响。
因此，开发一套有效的设备异常检测与诊断方法及流程，对于设备运维和管理具有重要意义。
本文将详细介绍设备异常检测与诊断的方法与流程，并提供相应的实施指导。
一、设备异常检测方法1. 传感器数据监测法：通过加装传感器或利用设备本身的传感器，实时监测设备的各项指标数据，如温度、压力、运行速度等。
利用数据采集系统对这些数据进行存储和分析，通过设定的阈值判断是否出现异常情况。
2. 故障模式检测法：利用设备历史故障数据以及设备运行数据建立故障模式，通过比对实时数据和故障模式，判断设备是否存在异常情况。
可以使用统计分析、机器学习等方法进行模式匹配和诊断。
3. 特征提取与分析法：在设备运行数据中提取出关键特征，如频率分析、时域分析、振动分析等，通过对这些特征进行分析和比对，判断设备是否存在异常情况。
可以借助频谱分析、小波分析等方法对数据进行处理。
4. 图像处理与分析法：对于部分设备，如电子设备、机械部件等，可以利用图像采集系统对设备进行实时拍摄，然后进行图像处理和分析。
通过比对实时图像和参考图像，检测设备是否存在异常状况。
二、设备异常诊断方法1. 故障树分析法：根据设备异常的表现和故障模式，建立起故障树，通过对故障树的分析，确定可能的故障原因。
根据故障树的优先级和重要程度，对故障原因进行排序，并进行针对性的排查和修复。
2. 专家系统诊断法：建立专家系统，通过对设备故障及异常情况的知识进行规则化，利用推理机制对设备进行诊断。
根据设备所出现的异常情况，系统可以给出可能的故障原因和解决方案。
3. 统计模型诊断法：利用统计方法对设备的异常情况进行建模，通过综合分析设备历史数据和运行数据，判断设备是否存在故障。
可以使用时间序列分析、灰色模型、贝叶斯统计等方法进行设备异常诊断。
专家系统故障诊断 - 副本
先进控制技术——专家系统故障诊断1适用场合目前专家系统在故障诊断领域的应用非常广泛，如美空军研制的用于飞机喷气发动机故障诊断专家系统XMAN，NASA与M IT合作开发的用于动力系统诊断的专家系统，英国某公司为英国军方开发的直升机发动机转子监控与诊断专家系统等，此外在电力、机械、化工、船舶等许多领域中也大量应用了故障诊断。
但不同的专家知识可能不一样，甚至互相矛盾，因此它主要应用于非结构化有经验的系统当中。
2专家系统诊断优缺点2.1优点（1）灵活性大多数故障诊断专家系统的体系结构都采用知识数据库与推理机制相互分离的构造规则，二者之间既有数据关联，又相互独立运行。
这样在专家系统运行时，能根据具体问题的特点，分别选取合适的知识条目构成不同的推理方法序列，实现对问题的诊断。
（2）透明性专家系统设置解释机制或者解释模块，用于向用户解释推理机制的思维过程，以及某些答案的分析思路。
这样，可以帮助用户较清楚地了解系统诊断问题的过程。
（3）交互性智能度较高的专家系统均采用交互式系统。
专家系统的这一特征为用户提供便利，这也是它得以广泛应用的重要原因。
（4）实用性专家系统的技术要求来自于特定领域问题的实际需求，这种特性决定了专家系统具有强烈的应用性。
同时该诊断方法具有诊断过程简便、快速快、不单纯依赖于数学模型，而且具有较为丰富与灵活的知识表达和问题求解能力，它可充分发挥人类专家根据经验和知识所进行的推理和判断能力。
2.2缺点（1）获取知识的能力较弱为开发特定对象的专家系统，软件设计人员几乎要从头学习一门新的专业知识，大大增加了开发成本，还不能完全保证特定专业知识的领会程度，对知识条目数据库的建设和维护带来很多麻烦。
另一方面，不同的专家知识可能不一样，甚至互相矛盾，因此该方法不适用于没有经验的系统的故障诊断。
（2）具有一定的复杂性及难度专家系统拥有知识数据库，运用知识条目进行推理，模拟领域专家诊断问题的思维过程。
但是，人类的知识世界丰富多彩，人类的思维方式多种多样，要想较准确地实现模拟人类思维，是一项非常困难的技术。
动车组检测与故障诊断第十讲故障诊断方法的分类
（2）、专家系统故障诊断方法
故障诊断系统的专家系统主要由知识库、知 识处理模块、诊断推理模块、人机接口等部 分组成，总体结构如下图 ：
10
1）专家系统中的知识库
知识库是专家系统的核心部分, 它的完善 与否决定了专家系统的工作能力及效率。
通常专家系统知识库的存储采用链表形 式，知识库的扩充、删除、修改等操作 实质上是插入、删除和修改链表的一个 节点。
11
2）专家系统知识库结构图
12
3）专家系统知识库的建立
例如：受电弓的故障原因结构图
13
4）规则：
规则1: 如果 弓网接触力不正常
且 受电弓电流不正常
且 弓头振幅不正常
则 受电弓离线------受电弓故障
规则2: 如果 受电弓汽缸气压不正常
且 升不起弓
则 受电弓汽缸故障
规则3: 如果 滑板厚度不正常
基于信号处理的方法主要有：
2
1）小波变换方法
小波变换是一种时－频分析方法。 故障诊断时，对采集的信号进行小波变
换，在变换后的信号中除去由于输入变 化引起的奇异点，剩下的奇异点即为系 统发生的故障点。 基于小波变换的方法可以区分信号的突 变和噪声，故障检测灵敏准确，克服噪 声能力强。
3
2）主元分析方法
17
3、专家系统进行故障诊断的过 程
专家系统工作，就是模拟人类专家进行思 维。所以，专家系统进行故障诊断的过程 应该如下图所示：
18
（3）、故障树故障诊断方法
故障树分析法是从果到因的分析方法，它以 故障模式影响与后果分析法为基础，对系统 故障形成的原因采用从整体到局部按树技状 逐渐细化分析的过程。
22
建树的主要步骤：
(3)构造故障树 由顶事件出发，逐级找出各级事件的全部直
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专家系统故障诊断方法
专家系统是一种基于人工智能技术的计算机系统，其设计目的是模拟专家的知识和经验，用于解决复杂的问题。
在实际应用中，专家系统常常用于故障诊断和问题解决。
故障诊断是专家系统的重要应用之一。
在现代社会中，许多系统和设备都非常复杂，一旦出现故障，往往需要专业的知识和经验来诊断和解决。
专家系统通过将专家的知识和经验编码成规则和推理机制，可以快速准确地诊断和解决各种故障。
专家系统故障诊断方法可以分为以下几个步骤：
1. 知识获取：首先需要从专家那里获取故障诊断所需的知识和经验。
这可以通过面谈、观察和文献研究等方式进行。
2. 知识表示与编码：获取到的知识和经验需要转化为计算机可以处理的形式，通常是规则和推理机制。
规则是一种以“如果-那么”形式表示的知识，推理机制则是用于根据规则进行推理和推断的方法。
3. 诊断推理：在诊断推理阶段，根据用户提供的故障现象和系统信息，专家系统将使用已编码的知识和推理机制进行推理和推断，以确定可能的故障原因。
这通常涉及到多个规则的匹配和推理链的构建。
4. 故障排除：在确定可能的故障原因后，专家系统还可以提供相应的故障排除建议。
这些建议通常是基于专家知识和经验的，可以帮助用户解决故障。
5. 知识更新与维护：随着时间的推移，系统的故障诊断知识和经验可能会发生变化。
因此，定期对专家系统的知识进行更新和维护是很重要的，以保证其准确性和有效性。
综上所述，专家系统故障诊断方法是一种基于专家知识和经验的计算机辅助诊断方法。
通过将专家的知识和经验编码成规则和推理机制，专家系统可以快速准确地诊断和解决各种故障。