最新71故障诊断专家系统
故障诊断专家系统及发展趋势
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓ ｒ ｃ ：Ｔｈ ｑ ｉ ｍｅ ｔｂ ｃ ｍｅ ｌ ！ ｎ ｒ ｏ ｌｘ ｗｉｈ ｔ ｅ ｓ ｉ ｎ ｅ ａ ｄ ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ．Ａｎ ｔｄ ｐ ｎ ｓ ｏ ａ ｌ ｅ ｅ ｕ ｐ ｎ ｅ ｏ ｓ Ｉ Ｏ。 ａ ｄ ｍｏ ｅ ｃ ｍｐ ｅ ｔ ｈ ｃ ｅ ｃ ｎ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｌ ｅ ｄ ｉ ｅ ｅ ｄ ｎ ｆ ｕｔ ｄ ａ ｎ ｓｓ ｍｏ ｅ ａ ｄ ｍｏ ｅ Ｔｈ ａ ｅ ｓ ｕ ｓ ｓ ｆ ｕ ｔｄ ａ ｎ ｓ ｓ ｅ ｐ ｒ ｓ ｓｅ ｎ ｔ ｄ ｖ ｌｐ ｎ ｎ ｐ ｌ ａ ｉ ｎ ｉｇ ｏ ｉ ｒ ｎ ｒ ． ｅ ｐ ｐ ｒｄｉｃ ｓ ｅ ａ ｌ ｉ ｇ ｏ ｉ ｘ ｅ ｔ ｙ ｔ ｍ ａ ｄ ｉ ｅ ｅ ｏ ｍｅ ｔａ ｄ ａ ｐ ｉ ｔ ） ．Ａｎ ｓ ｃ （ ｄ
国内外 的发展现状 、 应用情况及其发展趋 势。 关键 词 ： 障诊断 ； 故 人工智能 ； 专家系统
中图分类号 ：Ｐ ９ Ｔ３１
文献标识码 ： Ａ
文章编号 ：０ ２ ２ ３ （０ ６ １ — ０ ６ ０ １０ — ３ ３ ２ ０ ）１ ０ ２ — ３
Ｐｒ ｇ ｅ ｓａ ｄ Ｐｒ ｓ ｅ ｔ ｆＦａ ｌ ａ ｎ ｓｓＥｘ ｅ ｔＳｙ ｔ ｍ ｏ ｒ ｓ ｎ ｏ ｐ ｃ ｓｏ ｕ ｔＤｉ ｇ ｏ ｉ ｐ ｒ ｓ ｅ
ｌ 前
言
（） １数据 库
专家系统在电力系统故障诊断中的应用
112科技资讯 SC I EN C E & TE C HN O LO G Y I NF O R MA T IO N动力与电气工程随着电网的不断发展和厂、网分开后电网运行模式的改变,对电网安全、经济运行的要求将进一步提高。
但电力系统的故障是难以避免的,为了快速监测及消除故障,确保系统安全稳定运行,增强供电的可靠性和连续性,就需要一个优质的故障诊断系统,快速实现输电网络的故障定位和故障类型识别。
本文将介绍的故障诊断系统为专家故障诊断系统。
1 专家系统的结构简介专家系统一般由知识库、全局数据库、推理机、解释器和人机对话接口等部分组成,各组成部分功能如下。
(1)知识库。
用以存放领域专家提供的专门知识,专门知识含有与领域问题相关的书本知识(理论知识)、常识性知识,也含有专家凭经验得到的启发式知识。
(2)数据库存放所要解决问题的原始数据。
它存放着电力系统的网络拓扑信息、实时故障信息以及断路器状态和继电保护状态信息。
(3)推理机在一定的控制策略下针对上下文中的当前问题信息,识别和选取知识库中对当前问题的可用知识进行推理,以修改上下文直至最终得出问题的求解结果。
(4)人机对话窗口可使用户通过窗口对知识库进行添加、删除以及修改操作。
(5)解释部分将推理出的结果做出必要的解释,为用户学习维护提供方便。
2 专家系统核心故障诊断的基本结构诊断的基本思想。
电力系统输电网络的故障诊断总体上是一个执果索因、逐步求精的过程,所以考虑到故障信息的分层特性及实时性的要求,采用正反向混合推理的控制策略,进行故障元件的判断。
核心诊断程序包括五个数据库:实时数据库、知识库、报警信息库、结果库解释库;启动检测程序后,先后经过正向推理、反向推理给出结论并生成报告,通过人机接口展示结果。
3 正向、反向判断的推理过程(1)正向推理或前向推理,又称数据驱动的推理,其推理过程是从条件出发推出结论。
具体正向诊断推理,就是由接收到的实时报警信息驱动,在由跳闸开关隔离的故障区域内,利用动作保护的保护范围取交集的方法,确定可能的故障元件,最后按照故障可信度的大小,对可能故障的元件进行排序。
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。
故障诊断专家系统介绍
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
故障诊断专家系统
(3) 诊断型(Diagnosis)专家系统 这类系统根据输入 信息推断出处理对象中可能存在 的故障，如计算机 硬件故障诊断系统DART、核反应堆故障诊断系统 REACTOR、感染病诊 断与治疗系统MYCIN、旋 转机械故障诊断系统EXPLORE-EX、透平机械故障 诊断专家系统TUBMAC等。
(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)、
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单层前 向网络
多层前 向网络
专家系统在汽车故障诊断中的应用
专家系统在汽车故障诊断中的应用作者：蒋鸣雷来源：《中国新技术新产品》2011年第02期摘要：专家系统是应用人工智能技术和计算机技术，模拟人类专家的决策过程。
将专家系统应用于汽车的故障诊断，是降低诊断成本，提高诊断工作效率和准确性的有效途径。
此外还阐述了各种汽车故障诊断专家系统的优缺点。
关键词：专家系统；应用；模型中图分类号：TP399文献标识码：A前言专家系统(Expert System，简记ES)产生于20世纪60年代中期，是人工智能(Artificial In-telligene，岛简称AI)研究中最活跃和最广泛的领域。
所谓专家系统，实际上是一个以知识为基础的智能计算机程序系统，其内部含有大量的某个领域专家的知识和经验，能够利用人类专家的知识和和解决问题的方法来处理该领域问题。
1专家系统的结构组成一个专家系统一般由人机接口、知识库、数据库(Data Base)、推理机(Inference Engine)、解释器(Explanation)和知识获取系统(KnowledgeAcquisition)六部分组成，如图1－1所示。
1.1人机接口人机接口是用户与系统之间进行数据、信息交流的界面。
接口的功能是识别与解释用户向系统提供的命令、问题和数据等信息，并把信息转化为系统内部的表示形式，另一方面，接口也将系统向用户提出的问题、得出的结果和做出的解释以用户易于理解的形式提供给用户。
1.2知识库知识库用来存储领域专家的经验性知识和事实。
知识库内的知识通过知识获取得到，又为推理提供问题求解所需的知识。
1.3数据库数据库又称“黑板”，是专家系统在推理过程中存储初始事实、中间结果、最终结论等信息的工作存储器。
数据库的内容在系统运行过程中是变化的，而知识库在一次推理中是相对不变的，两者动静结合，构成专家系统完整的知识库。
1.4推理机推理机能够模拟领域专家的思维过程，根据知识库中的知识，按一定的推理方法和控制策略进行推理，最终求得问题的解。
专家系统故障诊断方法
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。
第13章 设备故障诊断专家系统原理
第十三章
设备故障诊断专家系统原理
六、设备故障的神经网络诊断技术 人工神经网络模型是在现代神经生理学和心理学的研 究基础上，模仿人的大脑神经元结构特性而建立的一种非 线性动力学网络系统，它是用大量简单处理单元广泛连接 而成的网络，是根据现代生物学研究人脑组织所取得的成 果而提出的，它反映了人类大脑的基本特征：学习、记忆 和归纳。 人工神经网络在故障诊断领域的应用主要集中于三个 方面： 一是从模式识别角度应用神经网络，作为分类器进行 故障诊断；二是从预测角度应用神经网络，作为动态预测 模型进行故障预测；三是从知识处理角度建立基于神经网 络的诊断专家系统。
第十三章
设备故障诊断专家系统原理
3、 BP网络 BP网络又称为误差反向传播神经网络，其结构如图 所示。该网络为单向网络，网络分为不同层次的节点集合， 每一层节点输出送入下一层节点，本层节点之间没有连接。 上层输出的节点值被连接权值放大、衰减或抑制。除了输 入层外，每一节点的输入为前一层所有节点输出值的加权 和。
第十三章
设备故障诊断专家系统原理
3．知识与推理和控制的分离技术 AI 研究者发明了将知识与应用知识的过程相分离的 技术。这就相当于任何一个专家都可以检查一个专家系统 里的知识，并判断其正确性。另外，当关于一个问题的知 识改变时，专家能找到相应的规则并修改它们。 知识与推理和控制的分离，是人工智能研究的最重要 概念。表面上看起来很简单：人工智能语言能实现，传统 的编程语言同样也能实现。而实际上并非如此，这项新成 果的意义在于使非程序员编程成为可能，从此，编程者不 必是懂得处理技术问题的专家，而技术专家不必懂得计算 机语言也可以编制大型程序。
Y F2 [Wnm F1 (Wml X )]
第十三章
设备故障诊断专家系统原理
第六章机组故障诊断专家系统
第六章故障诊断专家系统6.1专家系统概述专家系统（Expert system简称ES）是人工智能的一个分支领域，在自然科学、社会科学、工程技术的各个领域得到了广泛的应用，是人工智能领域中最具有吸引力、最成功的研究领域。
专家系统的发展可以分为孕育（1965年以前）、产生（1965—1971）、成熟（1972—1977）和发展（1978—）四个阶段[25]。
在70年代ES系统的成熟期，ES的概念与观点逐渐大众化，先后出现了一批较成熟的ES系统，主要是在医学领域，代表性的有MYCIN、CASNET、PROSPECTOR等ES系统。
这一时期的ES系统与第一代系统相比具有：多数使用自然语言对话，多数系统具有解释功能，采用了似然推理技术。
进入80年代后，专家系统的应用范围更加广泛，已扩展到军事、空间技术、建筑设计和设备诊断等方面。
在设备的故障诊断领域中，近几年我国也开发了一些专家系统，主要是针对汽轮发电机组开发的故障诊断专家系统。
水电机组的结构与运行原理同汽轮发电机组相似，但却有不同之处，因此水电机组故障诊断的研究即具有一定的理论基础，又具有很大的必要性。
专家系统发展到现在，已经得到许多领域专家的认可，但是对于专家系统的定义到目前为止还没有一个统一的说法。
一种意见认为：专家系统是利用具有相当量的公认、权威的知识来解决特定领域中的实际问题的计算机程序系统，可以根据人为提供的数据、事实和信息，结合系统中存储的专家经验或知识，运用一定的推理机制进行推理判断，最后给出一定的结论和用户解释以供用户决策之用。
持有另一种意见的人则认为：专家系统是一个具有知识库和具体计算机的系统，其知识库中的知识来源于某领域专家的技能和经验；可以对某一任务提出建议或给出合理的决策；能判断自己的推理路线并以简明的形式显示出来；常采用基于规则的程序设计。
第三种意见认为：专家系统是一个使用知识和推理的智能计算机程序，它的目的是解决人类专家很难解决的一些问题；专家系统中的知识由事实和启发式信息构成，其事实构成了共享且为专家认可的知识信息体；专家系统的启发式信息则是一些独特的推理规则，如似然推理规则、优化猜测规则等。
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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
3.
1）知识结构的需要
4.
2）故障诊断应用上的需要
5. 系统复杂性及故障复杂性所决定
6. 3. 专家系统所能解决的问题
7. 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
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
个不断扩充和完善的过程，因此，便于修改和扩充的 知识表示方案对专家系统来说是非常重要的，它直接 关系到专家系统的成败。实现这一要求的有效手段是 把知识与使用知识伪程序相分离，即把知识库和推理 机相分离。
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
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。
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。
联轴器问题
……
……
注：与事故树类似
故障诊断专家系统
2. 产生式表示的优缺点 3. 优点: 4. ① 模块化 ； 5. ② 自然性 ； ③ 一致性。 主要缺点： ① 推理效率低 ； ② 非通用性； ③ 依赖于已有的经验。
故障诊断专家系统
3.不确定知识表示 1）随机性知识 2）模糊性知识 3）未确知性知识
1.神经元结构模型
x2 w2
-1
Xi
Oi
f
x1~xn输入 w1~wn权值
i 闵值
xn wn Si
Xi神经元求和输出， Oi输出
F神经元特性函数
人故障工诊神断专经家网系统络
各参数之间的关系为：
Xi
j n1xjwj
si
i
Oi f(xi)
特性函数主要有
线性 f(x： )kx
f(x) 线性 x
符号型
f(x) 阶跃 1
x
斜坡型
阶跃 f(x)： 1 0
x0 x0
还有符号型、S型、
1 -1
-a a
双曲正切型和高斯 1
函数型等。
0.5
1
1
c
S型
双曲正切型 高斯函数
人故工障诊神断专经家网系统络
2.网络拓扑结构（神经元联结结构）
1）不含反馈的前向网络
神经元分层排列，组成输入层、隐层（可有若干）和输出 层。每一层的神经元只接受前一层的神经元输出作为输入。 输入模式经过各层的顺次处理后得到输出层输出。误差反向 传播算法（Bp法）的网络即为此模型。
三、知识的获取 知识获取的方法：有*机械式、条件反射式、*传授 式、演绎式、归纳式、猜想证实式、*反馈修正式、 类比式、联想式、灵感与偶发式等，
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。
x1
y1
x1
y1
x2
x2
y2
xn
yn
xn
yn
单层前 向网络
多层前 向网络
人故工障诊神断专经家网系统络
2）反馈网络
输入输出之间存在反馈，因此具有动态特性。
y
y
输出层
输出层
隐层
隐层
输入层 u
输入层 u
人故工障诊神断专经家网系统络
3.学习算法 1）学习算法 2）BP算法 3）应用
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)、
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
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。
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