[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

说明书

技术领域

本发明属于人工智能技术领域，特别涉及一种船舶电力推进系统故障诊断专家系统和建立方法。

背景技术

随着电力电子技术、变频电机制造技术、电机控制理论和计算机控制技术的迅速发展，国际上船舶电力推进方式迅速发展，电力推进系统的装船率也逐年上升，己经成为国内外船舶动力发展的主要方向。由于船舶电力推进系统是一个高阶、非线性、强耦合、时变的复杂系统，要保证其工作的持续性、可靠性，提高稳定运行时间，减少故障维修时间，需要对船舶电力推进系统进行故障诊断，及时的发现和排除故障，实现全船自动化控制。基于知识的智能诊断方法是将人工智能的理论和方法用于故障诊断，是故障诊断的一条全新途径，不需要精确的数学模型，只需引入诊断对象的状态信息，因而比较适合实际工程的应用，具备很好的应用前景，特别是专家系统在诊断技术中的应用，为故障诊断的智能化提供了可能性。

目前，虽然有部分关于故障诊断专家系统，但没有关于船舶电力推进系统故障诊断专家系统。船舶电力推进系统是一个高阶、非线性、强耦合、时变的运动控制系统，其设备众多，结构复杂，对其建立传统的故障诊断专家系统有如下几点困难：

a．知识获取困难：由于电力推进系统的运行参数多，且各参数间有些是耦合的，其运行状态是一个整体，所以故障诊断知识难以表示成规则的形式。

b．模糊知识处理困难：电力推进系统发生故障是一个渐变的过程，这对某些参数而言，存在一个正常状态和故障状态之间的模糊状态，而传统专家系统不易处理此类知识。

c．故障推理速度慢且难以实现在线性：电力推进系统的故障诊断应在线进行，以及时的发现和排除故障，而传统专家系统推理速度慢，难以实现在线故障诊断。

针对传统专家系统在电力推进系统故障诊断中的局限性，需要设计并建立一种船舶电力推进系统故障诊断专家系统。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，克服目前船舶电力推进系统故障诊断中传统专家系统知识获取难，模糊知识处理困难及推理速度慢等问题，提供一种船舶电力推进系统故障诊断专家系统和建立方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种船舶电力推进系统故障诊断专家系统，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，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。

以下是本发明进一步的技术方案：

优选的，所述的神经网络模块包括知识获取模块、推理机以及解释器；所述数据库模块包括样本库、知识库和动态数据库；所述样本库分别与知识获取模块和数据管理模块连接；所述知识库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；所述样本库用于存储神经网络的学习样本；所述知识库用于存储训练好的神经网络；所述动态数据库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。

优选的，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；所述推理机用于根据推理策略从所述知识库中选择知识，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；所述解释器用于告诉用户本系统是如何得出结论的。

优选的，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。

本发明另外一个技术方案是：

一种船舶电力推进系统故障诊断专家系统建立方法，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）设计样本库和知识库步骤；

（5）神经网络编程实现步骤。

优选的，所述步骤（1）中确定神经网络模块各子网络结构分别为推进变压器子网络、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，各子网络设计为三层神经网络，对于设备而言，若有个运行参数，种故障和种正常模式，则其输入层神经元个数为个，输出层神经元个数为+个；对于合成网络，其输入为各设备的工作模式，输出为电力推进系统的故障诊断结果。