自動(dòng)駕駛儀故障診斷專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)初稿

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1、自動(dòng)駕駛儀故障診斷專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)(自動(dòng)化專業(yè)碩士畢業(yè)論文整理的小論文) 摘要:以樹結(jié)構(gòu)先序遍歷為核心,設(shè)計(jì)了遍歷推理算法,可用于較為直觀的知識(shí)獲取、診斷邏輯解釋機(jī)制以及故障診斷推理,使診斷信息在故障樹的結(jié)構(gòu)中體現(xiàn)得較為明晰。根據(jù)自動(dòng)駕駛儀系統(tǒng)故障知識(shí)特點(diǎn),設(shè)計(jì)了一種基于故障樹的推理機(jī)制對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷。建立了某飛機(jī)自動(dòng)駕駛儀故障樹,設(shè)計(jì)了針對(duì)故障樹數(shù)據(jù)庫(kù)的先序遍歷推理機(jī)和解釋機(jī)制,進(jìn)行合乎故障樹模型的樹關(guān)聯(lián)知識(shí)獲取,結(jié)合相應(yīng)的維護(hù)修理知識(shí)和BIT檢測(cè)結(jié)果,完成專家系統(tǒng)的知識(shí)更新和對(duì)系統(tǒng)的故障診斷。初步實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,故障診斷準(zhǔn)確,該專家系統(tǒng)具有一定的實(shí)用性和擴(kuò)展性。 自動(dòng)駕駛儀是涵蓋了許多子

2、系統(tǒng)的集成系統(tǒng),涉互,用戶須確認(rèn)中間現(xiàn)象1。有些對(duì)故障知識(shí)進(jìn)行了及部件種類較多,故障因果關(guān)系復(fù)雜,針對(duì)該系統(tǒng)的原理細(xì)化,但是用戶須通過(guò)指向特定子樹以斷方法在其維護(hù)修理時(shí)的需求較高。確認(rèn)推理流程來(lái)進(jìn)行診斷。許多故障數(shù)據(jù)庫(kù)的建隨著機(jī)內(nèi)檢測(cè)(BIT)技術(shù)的完善,越來(lái)越多的自立在地面測(cè)試中獲得2,并沒(méi)有和實(shí)際飛行數(shù)據(jù)以及動(dòng)駕駛儀系統(tǒng)可得到自檢測(cè)。然而,許多被BIT技術(shù)飛行員操縱信息結(jié)合,因此影響了專家系統(tǒng)工作內(nèi)存檢測(cè)到的故障事件看似孤立,但在特定的模型框架中(workingmemory)的真實(shí)性,導(dǎo)致虛警或誤報(bào)。是有關(guān)聯(lián)的。因此建立一個(gè)良好的故障模型和推理方針對(duì)上述問(wèn)題,本文根據(jù)自動(dòng)駕駛儀故障知識(shí)的法

3、將提高故障診斷的效率和準(zhǔn)確性。 關(guān)鍵詞:自動(dòng)駕駛儀;故障樹;專家系統(tǒng); 作為定性故障模型,故障樹方法對(duì)于飛控系統(tǒng)較為有效 。然而當(dāng)前有些基于故障樹的專家系統(tǒng)缺乏自動(dòng)化手段,通常是用戶按照相應(yīng)測(cè)試步驟,經(jīng)專家系統(tǒng)進(jìn)行試探性診斷。比如有些故障樹診斷系統(tǒng)雖然對(duì)故障對(duì)象建立了完備的故障樹,但過(guò)于依賴人機(jī)交作者簡(jiǎn)介:張競(jìng)凱(1981),男,河北泊頭人,博士,主要研究方 關(guān)聯(lián)知識(shí)獲取,從而完成專家系統(tǒng)維護(hù);結(jié)合相應(yīng)的維護(hù)修理知識(shí)以及飛行參數(shù)和BIT檢測(cè)結(jié)果，提出了基 于樹結(jié)構(gòu)的故障樹數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)及其有限遍歷推理機(jī)通過(guò)故障樹的推理機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)該類系統(tǒng)的故障診斷，并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的解釋方法;最后

4、通過(guò)實(shí)例驗(yàn)證該系統(tǒng)的實(shí)用性和可擴(kuò)展性。 1自動(dòng)駕駛儀故障樹拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 工學(xué)博士，主要研究方向?yàn)轱w行控制與仿真、容錯(cuò)控制、智能計(jì)算等;朱江樂(lè)(1982)，男，安徽蚌埠人，博士，主要研究方向?yàn)轱w行容錯(cuò)控制。 及其相關(guān)數(shù)據(jù)連線進(jìn)行故障診斷。 當(dāng)前高可靠性民機(jī)常采用多余度飛控系統(tǒng)配置方 收稿日期:2010-03-28 向?yàn)轱w行控制系統(tǒng)故障診斷及其專家系統(tǒng)技術(shù);章衛(wèi)國(guó)(1956)，男，安徽南陵人，教授，博士生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)橄冗M(jìn)飛行控制和智能控制;劉小雄(1973)，男，陜西周至人， 自動(dòng)駕駛儀部件按照更換可行性分為外場(chǎng)可更換組件(LRU)和內(nèi)場(chǎng)可更換組件(SRU),針對(duì)這兩

5、種組件的診斷和維修要求不盡相同。本文主要針對(duì)LRU[6] 。 式,其中又以四余度比較監(jiān)控和三余度自監(jiān)控方式最為常用45］。隨著自監(jiān)控技術(shù)的日益提高，三余度配置方式在提高監(jiān)控效率、降低多余度配置成本和增強(qiáng)系統(tǒng)的故障容忍能力方面都有著較好的應(yīng)用前景因此，本專家系統(tǒng)針對(duì)三余度配置的自動(dòng)飛行系統(tǒng)進(jìn)行診斷。 [5]。 ,人 對(duì)可靠性要求較高的民機(jī)余度通道運(yùn)行狀態(tài)主要為熱并行運(yùn)行方式，故不用考慮冷備件邏輯形式3231~3029?1110~98?1一奇偶校驗(yàn)位符號(hào)狀態(tài)矩陣數(shù)據(jù)區(qū)源/目的識(shí)別位標(biāo)志位 此外，自動(dòng)駕駛儀設(shè)備異常有時(shí)并非僅由故障引起因素也應(yīng)作為設(shè)備異常原因在建立故障樹時(shí)考慮進(jìn)去,以免系

6、統(tǒng)誤報(bào)。根據(jù)上述對(duì)余度配置和故障信息邏輯結(jié)構(gòu)的分析，可以設(shè)計(jì)如圖1所示的故障樹。 圖1中頂級(jí)故障征兆是以飛控系統(tǒng)的自動(dòng)駕駛儀為核心,它所表征的是？自動(dòng)駕駛儀自動(dòng)斷開(kāi)%;邏輯符號(hào)？，%表示？與%邏輯,?%表示？或％邏輯;方塊節(jié)點(diǎn)？％描述的頂事件和中間事件表示？系統(tǒng)級(jí)故障征兆%和？中間故障征兆%;圓形節(jié)點(diǎn)？&%的基本事件 2故障診斷專家系統(tǒng) 基于故障樹推理的自動(dòng)駕駛儀故障診斷專家系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。系統(tǒng)工作主要分為飛行數(shù)據(jù)接收和處理、故障知識(shí)獲取以及故障診斷3個(gè)過(guò)程。 2.1數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、接收和預(yù)處理 飛行參數(shù)和BIT信息存儲(chǔ)的主要形式是ARINC429信息字該類信息字的最直接表示

7、形式是二進(jìn)制，此外還可以通過(guò)十六進(jìn)制和十進(jìn)制間接表示。標(biāo)志位（前8 位）一般表示該信息字名稱、總線類型等信息，機(jī)載數(shù)據(jù)發(fā)送端發(fā)送的數(shù)據(jù)先將其摘除。而從第9-32位的信息在ICD文檔中均有定義，這些位主要表示部件的 。該類型信息有32位，一般有5種應(yīng)用格式：BNR、BCD、離散、維護(hù)和AI。其中離散數(shù)據(jù)（即DISC數(shù)據(jù)）表示離散量，主要表征設(shè)備狀態(tài)、操作等離散信息。該類信息是診斷需要的主要數(shù)據(jù)源。信息字各段定義如表1所示。 表1ARINC429信息字各段定義工作狀態(tài)、操作模式等信息。比如用一個(gè)十進(jìn)制數(shù)1024（2o）表示某個(gè)信息字的值，說(shuō)明從第9位開(kāi)始，向左數(shù)的第10個(gè)數(shù)（相當(dāng)于第18位）

8、被置？1%,根 [10]據(jù) ICD9信息查找第18位定義,即可判斷出其所表示的具體信息。 數(shù)據(jù)接收和預(yù)處理主要讀取飛行數(shù)據(jù)服務(wù)器發(fā)送來(lái)的信息，并將信息中所需的數(shù)據(jù)寫入以參數(shù)名命名的參數(shù)文件（圖2中的工作內(nèi)存）中。 行故障診斷的推理是反向鏈推理，即已知征兆，在假設(shè)征兆發(fā)生為真的基礎(chǔ)上，獲得支持該征兆發(fā)生的其他事件的過(guò)程。技術(shù)實(shí)現(xiàn)如下所述。 當(dāng)檢測(cè)到某時(shí)刻出現(xiàn)系統(tǒng)故障征兆（比如自動(dòng)駕駛儀自動(dòng)斷開(kāi)或無(wú)法正常接通）時(shí)，診斷程序開(kāi)始進(jìn)行故障樹推理診斷，以頂事件為起點(diǎn)進(jìn)行基于先序遍歷的查找（如圖3所示）。在查找每個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)，根據(jù)該節(jié)點(diǎn)的？Parameter%屬性值（如表2所示），打開(kāi)相應(yīng)參數(shù)數(shù)據(jù)文

9、件，將數(shù)據(jù)文件中的該時(shí)刻值和該節(jié)點(diǎn)的?ParaValue%屬性值進(jìn)行？&%運(yùn)算，若運(yùn)算結(jié)果仍為?ParaValue%屬性值，于是匹配成功，這說(shuō)明該故障樹節(jié)點(diǎn)為系統(tǒng)故障征兆的一個(gè)故障原因。如此，遍歷完所有節(jié)點(diǎn)后，結(jié)束診斷。 圖2故障診斷專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.2知識(shí)的表示和獲取 知識(shí)主要指基于故障樹形式的診斷規(guī)則和邏輯。 知識(shí)獲取技術(shù)的基礎(chǔ)是建立有效的知識(shí)表示和存儲(chǔ)方式，根據(jù)圖1的故障樹，結(jié)合信息字的相應(yīng)值，可以設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表，通過(guò)各字段定義，描述故障樹節(jié)點(diǎn)信息，并以此為核心設(shè)計(jì)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，便于在故障診斷專家系統(tǒng)中操作。數(shù)據(jù)表定義如表2所示。 表2表21故障樹節(jié)點(diǎn)事件數(shù)據(jù)表 字段名數(shù)據(jù)類型說(shuō)

10、明 ID 數(shù)字 用于識(shí)別故障樹各節(jié)點(diǎn)的數(shù)字代碼 eventame 文本 節(jié)點(diǎn)故障信息 Parent 數(shù)字 節(jié)點(diǎn)上一級(jí)ID number_children 數(shù)字 節(jié)點(diǎn)的子事件個(gè)數(shù) Logicalgate 文本 子事件節(jié)點(diǎn)的邏輯關(guān)系 Parameter 文本 確定該事件發(fā)生的32位參數(shù)信息字名 ParaValue 數(shù)字 表征故障事件發(fā)生的32位參數(shù)信息字值 由于本系 統(tǒng)以 LabWindows/CVI為開(kāi)發(fā)環(huán)境，因 此采用樹控件表示故障樹結(jié)構(gòu)，樹項(xiàng)控件則表示故障樹節(jié)點(diǎn)事件信息，控件ID和故障樹事件ID綁定。 所有操作借助表格控件、樹控件和數(shù)據(jù)庫(kù)接

11、口函數(shù)完成，這些工具在LabWindows/CVI中均有封⑹裝，不再贅述。 2.3推理機(jī)制圖3遍歷函數(shù)主要流程 根據(jù)圖3的遍歷流程結(jié)合圖1的故障樹，得到故障事件的檢索序列如圖4所示（事件已編號(hào)）。 2.4解釋機(jī)制 專家系統(tǒng)應(yīng)用的領(lǐng)域?qū)＜抑R(shí)包含許多經(jīng)驗(yàn)性信息,因此通過(guò)解釋機(jī)制闡明診斷邏輯和策略可以提高專家系統(tǒng)透明度。較為常用的解釋方法有預(yù)置文本法、執(zhí)行跟蹤法、策略解釋法和自動(dòng)程序員法等。本系統(tǒng)采用執(zhí)行跟蹤法。 根據(jù)該法，解釋機(jī)制分為兩個(gè)部分：故障樹遍歷顯示和診斷結(jié)論。前者在故障診斷流程執(zhí)行中即已經(jīng)得到匹配事件ID序列,再通過(guò)遍歷顯示故障樹并框選故障樹相應(yīng)樹項(xiàng)控件進(jìn)行可視化解釋；后者則

12、利用已得到的匹配序列以及符合故障樹的邏輯語(yǔ)言組成診斷結(jié) ◎…0圖4故障樹諸事件檢索序列3故障診斷測(cè)試及主要人機(jī)接口 現(xiàn)通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)本系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。 首先讀取工作內(nèi)存中參數(shù)數(shù)據(jù)文件。各參數(shù)的采樣頻率一樣,且其應(yīng)用類型均為DISC數(shù)據(jù)。通過(guò)ICD定制,32位DISC型的信息字的數(shù)據(jù)區(qū)（如表1所示）各位可以定義為操作模式選擇、LRU故障告警、各系統(tǒng)工作狀態(tài)等信息，以1表示某事件發(fā)生，以0表示未發(fā)生。 將信息字按參數(shù)分類，依據(jù)數(shù)據(jù)區(qū)各位定義解析，繪制數(shù)據(jù)圖形，觀察其相對(duì)于時(shí)間的變化情況。 圖5為某型飛機(jī)某段飛行期間相關(guān)參數(shù)被解析并分類之后的示意圖。分別用實(shí)線、虛線和方塊表示余度通道1、2、3

13、的各部件狀態(tài)變化。該圖只揭示了各參數(shù)的改變情況，無(wú)法得到自動(dòng)駕駛儀自動(dòng)斷開(kāi)原因?，F(xiàn)通過(guò)本文設(shè)計(jì)的專家系統(tǒng)進(jìn)行推理，并將診斷結(jié)論和圖5參數(shù)改變信息作比較。 自動(dòng)駕駛儀自動(dòng)斷開(kāi)2次（兩次由0跳變?yōu)?）。第1次在第10s，因采取復(fù)飛模式，為防止自動(dòng)駕駛設(shè)備和人工操作發(fā)生沖突，故自動(dòng)駕駛儀自動(dòng)斷開(kāi)。復(fù)飛操作持續(xù)至第295s后，自動(dòng)駕駛儀重新連接。 第2次自動(dòng)斷開(kāi)在第754s。此前第600s時(shí)，余 相關(guān)參數(shù)的解析和分類 圖5度通道1的FCC故障，根據(jù)故障樹邏輯（圖1），通道1棄用。第673s，余度通道2的伺服系統(tǒng)故障，通道2棄用。第754s，余度通道3的AHC故障，通道3棄用。此時(shí)3個(gè)余度通

14、道均故障，自動(dòng)駕駛儀自動(dòng)斷開(kāi)。 故障診斷和解釋界面如圖6所示。首先？自動(dòng)駕駛儀自動(dòng)斷開(kāi)%作為？列舉信息%檢測(cè)到的故障征兆，發(fā)生時(shí)間分別為16?13?25和16?25?49。由于前者是?IOCrimaAcademicJourneilfSIcclronicriibhsri由于復(fù)飛操作導(dǎo)致，其診斷毋庸贅述。后者對(duì)應(yīng)的是部件故障導(dǎo)致的斷開(kāi)，其對(duì)應(yīng)樹項(xiàng)控件被自動(dòng)框選。 匹配事件ID序列包含對(duì)應(yīng)圖1中的？1號(hào)FCC系統(tǒng)故障%、?2號(hào)伺服系統(tǒng)故障％和？3號(hào)AHC故障%,于是自動(dòng)框選其對(duì)應(yīng)的樹項(xiàng)控件，并生成結(jié)論文本。 當(dāng)各故障事件的邏輯關(guān)系變化后，可通過(guò)知識(shí)獲取模塊進(jìn)行修改。知識(shí)獲取模塊界面如圖7所示

15、,專 家在選擇故障樹后，先對(duì)故障樹遍歷顯示，再通過(guò)刷新故障樹表中的數(shù)據(jù)對(duì)所選樹進(jìn)行訪問(wèn)，借助一系列操作（刪除、插入和修改）使故障知識(shí)得到更新。圖6圖61診斷和解釋圖掛咼聽(tīng)■圖I一邏輯關(guān)聯(lián)并診斷,若故障相互影響的延遲時(shí)間較長(zhǎng)ritl^±^FKS(SEff丄崗1214HXSH-rtA.TlBil2SHC)p13曲FltrHr?5r^wSfilr甌「導(dǎo)戟無(wú)裁is啟歳故常-r馬g號(hào)丸0臨曲障諫)r可：號(hào)丈氣機(jī)憩附rw丹?urtMi-re?ftiBia：araor訂弓號(hào)靦系握靜障—-rib3目軌姿乎蜿曲陳P73瀉UC那|L-M”I?a*n**IM— 茁障衽土；目3J好股目丘冏iifH?因：由

16、于L號(hào)FCCJWjF.S.i^AJtSO C^nkJ ildffWr attestwq r/jb*r晌i-f>-rva-Jjiirtw*rwWiE-rKUV^MolL rkkifwriMiMB^urnjriVMlJltiHIatriri耶耳r哼袒■-rr-r:4tt?f4Mi!0ri

17、一 ■.

18、重慶大學(xué)，2007. 2宋云雪，史永勝,錢禮斌.飛機(jī)起落架故障數(shù)據(jù)庫(kù)模型與實(shí)現(xiàn)方法研究[J].飛機(jī)設(shè)計(jì)，2002(1):14-17. 3NandaM,RaoS.Aformalmethodapproachtoanalyzethedesignofaircraftflightcontrolsystems]A].Proceedingsof3AnnualIEEESystemsConference[C].Vancouver,BC,2009:64-69. 4宋翔貴，張新國(guó).電傳飛行控制系統(tǒng)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社,2003:125-131. 5王紀(jì)森，余洋,梁海毅.一種自監(jiān)控二余度舵回路設(shè)計(jì)方法[J].機(jī)床與液壓，2007,35（4）. 6姜濤,謝曉方，宇偉.ARINC429總線在航空設(shè)備中的應(yīng) 用[J].航空計(jì)算技術(shù),1997（3）. 7王建新，楊世鳳，隋美麗.LabWindows/CVI測(cè)試技術(shù)及工程應(yīng)用[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2006:386-434. 8GiarratanoJC,RileyGD.專家系統(tǒng)：原理與編程[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005:16-20. 9顧世哲.ARINC429數(shù)據(jù)測(cè)試分析儀的研究與實(shí)現(xiàn)[D].西安:西北工業(yè)大學(xué),2006:16-18.