[发明专利]一种船舶电力推进系统故障诊断专家系统和建立方法

权利要求书

1.一种船舶电力推进系统故障诊断专家系统，其特征在于，包括人机接口模块、神经网络模块、知识维护模块、数据管理模块、数据获取模块及数据库模块，所述人机接口模块分别与所述神经网络模块、知识维护模块、数据管理模块、数据获取模块连接；所述数据库模块分别与所述神经网络模块、知识维护模块、数据管理模块、数据获取模块连接；

所述的神经网络模块包括知识获取模块、推理机模块以及解释器模块；所述数据库模块包括样本库模块、知识库模块和动态数据库模块；所述样本库模块分别与知识获取模块和数据管理模块连接；所述知识库模块分别与知识获取模块、推理机模块、解释器模块以及知识维护模块连接；所述动态数据库模块分别与知识获取模块、推理机模块、解释器模块、知识维护模块以及数据获取模块连接；所述样本库模块用于存储神经网络的学习样本；所述知识库模块用于存储训练好的神经网络；所述动态数据库模块用于存储电力推进系统各设备的实时运行数据和历史数据；

所述神经网络包括推进变压器子网络、推进变频器子网络、推进电动机子网络、辅机系统子网络和合成网络；其中所述合成网络将各子网络的诊断结果结合起来形成电力推进系统的故障诊断结果。

2.根据权利要求1所述的船舶电力推进系统故障诊断专家系统，其特征在于，所述知识获取模块用于确定神经网络结构、从所述动态数据库模块中选择训练样本形成样本库、训练神经网络和存储连接权值和阈值，形成知识库；所述推理机模块用于根据推理策略从所述知识库模块中选择知识，输入各项参数和计算神经网络输出，对用户提供的证据进行推理，得出结论；所述解释器模块用于告诉用户本系统是如何得出结论的。

3.根据权利要求1或2所述的船舶电力推进系统故障诊断专家系统建立方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）确定神经网络模块各子网络结构步骤；

（2）获取训练样本并训练神经网络步骤；

（3）测试神经网络步骤；

（4）设计样本库模块和知识库模块步骤；

（5）神经网络编程实现步骤。

4.根据权利要求3所述的船舶电力推进系统故障诊断专家系统建立方法，其特征在于，所述步骤（5）神经网络编程实现步骤还包括推理机模块设计子步骤和解释器模块设计子步骤。

5.根据权利要求4所述的船舶电力推进系统故障诊断专家系统建立方法，其特征在于，所述推理机模块设计子步骤为应用MATLAB神经网络工具箱结合其它开发软件混合编程；推理过程就是根据输入进行计算的过程。

6.根据权利要求4所述的船舶电力推进系统故障诊断专家系统建立方法，其特征在于，所述解释器模块设计子步骤为利用网络中的各项数据及输入神经元、输出神经元的物理含义并结合知识库中的连接权值来形成解释规则，所述解释规则生成步骤包括：

11-1：将输出结果为1或接近1的输出层神经元找出，对其中的每一个神经元进行如下操作；

11-2：找出与输出层神经元具有正的带权输入值的隐含层神经元，将这些神经元按连接权绝对值大小进行降序排列成表；

11-3：找出与输出层神经元具有负的带权输入值的隐含层神经元，计算这些隐含层神经元的权值绝对值；

11-4：取出表第一项，将其从表删除，放入表中，并计算权值，判断，其中为输出层神经元的阈值，如成立则进入下一步，否则返回步骤11-4；

11-5：生成规则1，其表示形式为：

IF 表达式1 AND 表达式2 AND … AND 表达式n THEN 结论

式中，表达式n的表述形式为某隐含神经元的输出为1，结论的具体表述形式为诊断对象具有故障原因；

11-6：对表中的每个隐含层神经元仿照11-2、11-3及11-4步骤生成规则2，其表示形式为：

IF 表达式1 AND 表达式2 AND … AND 表达式n THEN 结论

式中，表达式n的表述形式为某个输入神经元输入值为1，结论的具体表述形式为某个隐含层神经元的输出为1；

11-7：将规则1和规则2作为解释语句输出，规则2放在规则1前面。

7.根据权利要求3所述的船舶电力推进系统故障诊断专家系统建立方法，其特征在于，所述步骤（1）之前还包括人机接口模块设计步骤；所述步骤（5）之后还包括知识库维护模块、数据管理模块、数据获取模式设计步骤。

8.根据权利要求4至7之一所述的船舶电力推进系统故障诊断专家系统建立方法，其特征在于，还包括确定维修策略步骤，所述确定维修策略为：

设某个神经网络的输出层神经元个数为+个，为故障模式，为正常模式，神经网络的输出结果为，且满足

则维修策略为：

若某个，则可认为系统发生对应的故障，应立即检修；

若某个或，则可认为系统运行正常，不必进行检修；

若，则可认为系统运行不正常，应尽快检修；

若，则可认为系统运行正常，但应注意系统运行状态，可能发生故障，不必进行检修。