液压挖掘机故障诊断专家系统的设计

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1、2010年第15期(总第103期)液压挖掘机故障诊断专家系统的设计12张庆伟张盈1.济南大学山东济南2500222.济宁市公路管理局山东济宁272000摘要：近年来，为了满足复杂系统的诊断要求，诊断技术已开始进入一个新的阶段，即智能化诊断阶段。这是一种基于专家知识和人工智能技术的诊断方法。通过专家系统和神经网络两种方法对故障诊断进行了研究。应用人工智能理论，开发了液压挖掘机的故障诊断专家系统。对液压挖掘机的故障原理进行了全面的分析，建立了故障知识库，实现了实时状态监测和故障诊断。关键词：人工智能；状态监测；故障诊断；专家系统液压挖掘机是非常复杂的机电液一体化的大系统，并不断向着高

2、速度、高功率、高可靠性、大型化二、故障诊断专家系统的组成的方向发展，这就造成液压挖掘机的故障维修非常困专家系统（ExpertSystem，简称ES）是一种具难。本文提出用专家系统来诊断故障的方法，用这种有专家水平的、基于知识的、智能化的计算机程序，方法可以不用对挖掘机进行解体而进行故障诊断，可是研究如何利用专家知识来解决某专门问题而建立的以缩短挖掘机的故障停机时间，提高挖掘机的经济效人机系统的方法和技术。本故障诊断专家系统的结构益。如图2所示，它包括6个部分：知识库、推理机、综合数据库、人机接口、解释程序和知识获取程序。一、故障诊断系统结构液压挖掘机的故障诊断专家系统是一个集信号

3、、采集、工况分析、状态显示及故障诊断的多任务信息处理系统，由下位机和上位机两部分组成，下位机完成液压挖掘机的状态监测和数据采集功能，上位机完成液压挖掘机的故障诊断功能。系统结构如图1所示，该系统主要实现了液压挖掘机的运行状态在线监测和离线故障诊断功能。图1系统构成收稿日期：2010-03-07作者简介：张庆伟，本科，在职硕士研究生，助理工程师。张盈，本科，助理工程师。图2液压系统故障诊断专家系统结构图58E-mail:cmee@263.net2010年第15期(总第103期)1.人机接口人机接口主要完成输入、输出和显示功能，输入功能是指使用户和专家可以方便地向知识库添加知识，输入

4、人工排障指令、调用历史数据库中的指令、调用显示模块的指令和修改指令等。显示功能是指显示相应诊断模块的诊断结果，或以文字说明，或以图表显示。2.推理机推理机是专家系统的组织控制机构，它根据当前的输入数据（如机器运行过程中的各种征兆），运用知识库中的知识，按一定的策略进行推理，以达到要求的目标。在推理机作用下，一般用户能够如同领域专家一样解决某一领域的困难问题。在本系统中，推理机主要由逻辑推理1和人工神经网络两部分组成。逻辑推理1主要包括含有一些有关征兆参数方面的逻辑知识，逻辑推理1利用这些逻辑知识对所输入的数据进行处理，从而得到人工神经网络的输入信号；人工神经网络则通过它的结构中所

5、包含的故障诊断知识来实现从故障征兆到故障类型的映射。3.解释程序解释程序向用户解释系统的推理过程并回答用户提出的问题，使系统具有透明性。系统在一次咨询结束后主动询问用户是否想知道系统如何得出结论。若用户要求解释，则系统从动态数据库中调出保存用过的规则名去查寻知识库，并在屏幕上显示所采用规则图3故障诊断算法及信息流程图的内容。本系统设计逻辑推理2，通过逻辑推理2对诊5.数据库断结果进行解释。在逻辑推理2中，根据不同的诊断数据库又称为工作存储区或动态数据库，是用于对象总结了诊断对象的逻辑推理规则用来对神经网络存储所诊断问题领域内原始特征数据信息、推理过程的诊断输出进行处理，把处理的结

6、果以故障表的形式中得到的各种中间信息和解决问题后输出结果信息的输出，即通过逻辑推理2和故障表来对神经网络的诊存储器。断结果进行解释。6.知识库4.学习系统知识库包含了所要解决的问题领域中的大量事实系统的学习主要是指系统的神经网络利用知识工和规则，即知识库是领域知识和该专家系统工作时所程师所建立的故障样本进行神经网络的训练，从而把需的常识性知识的集合，包括逻辑性知识和启发性知识。逻辑性知识是指确保其准确无误的知识，通常是故障诊断知识以神经网络权值和阀值的形式存储在神一些常识性的知识；而启发性知识是指领域专家所掌经网络的各个神经元当中，即学习系统的建立就是神握的一些知识，它们通常没有

7、严紧的理论依据，很难经网络模型的建立，本系统选用BP网络进行知识的学保证其普便正确性，也就使得专家系统在工作时会出习。本系统的故障诊断算法及信息流程如图3所示。错。E-mail:cmee@263.net592010年第15期(总第103期)知识库中的知识可以用一种或几种知识表示方法来表示。知识的表示方法直接决定着知识库的组织四、结束语结构并直接影响着整个专家系统的工作效率。知识库故障诊断专家系统软件设计采用VC++6.0，系是一个独立的实体，它内存的知识可以通过程序来提统采用多文