TCASⅡ故障诊断专家系统设计及实现

2022-09-10

飞行安全是民航永恒的主题。为了提高其安全性降低相撞概率, 我国客机上安装了TCASⅡ。但是单存依靠传统的维修手段已经不能满足维修需要, 建立TCASⅡ故障诊断专家系统对TCASⅡ故障检测和维护变的更具有可靠性和科学性, 减少对外送修, 大大降低我国民用飞机故障诊断和维护的费用, 提高机务人员的排故效率、缩短维修时间、减少维修成本、直接增加航空公司的经济效益。

1 故障树分析法

故障树分析法[1] (Fault Tree Analysis:FTA) , 是指在系统设计过程中通过对可能造成系统失效的各种因素进行分析, 画出逻辑框图, 从而确定系统失效原因的各种可能组合方式或其发生概率, 根据已经计算的系统失效概率, 采取相应的纠正措施, 以提高系统可靠性的一种设计分析方法。把系统最不希望发生的故障作为故障树的顶事件, 然后寻找导致顶事件发生的直接原因, 并将它们的逻辑关系用特定的逻辑符号表示出来, 就这样由上之下逐级分解, 一直分解到不能为止, 把不能分解的事件称为底事件, 除了底事件和顶事件以外的所有事件都称为中间事件, 这就是一棵故障树。本系统就是利用故障树来分析TCAS常见故障的。

2 TCASⅡ故障诊断专家系统设计

2.1 T CA SⅡ故障诊断专家系统的基本组成

TCASⅡ故障诊断专家系统的基本组成主要由人机接口、知识库和推理机三个主要部分组成[2]。如图1所示。

(1) 知识库:存放领域专家所提供的知识, 包括书本知识, 常识性知识, 经验知识和原理知识。 (2) 推理机:专家系统的总控制程序, 任务就是完成知识的利用。在一定的策略下, 根据当前的问题利用信息识别和知识库的知识得到问题的正确求解。 (3) 人机接口:人机接口就是将人类专家和用户的输入信息翻译成可接受的机器。

2.2 知识库的建立

(1) 知识的获取。知识的获取是制约专家系统发展的一个瓶颈。一个专家水平的高低很大程度上取决于知识的丰富程度等。本系统的知识获取是通过建立TCASⅡ常见现象故障树来实现的。

(2) 知识的表示。知识的表示有很多种方法[3]:语义网络表示、框架法以及法产生式法等等。由于本系统具有较强的逻辑推理能力, 文中采用产生式表示法:if P then Q (或) 其中, P表示前提条件或左部, Q为结论或右部。其含义是“如果前提条件P满足则可推出结论Q”。

(3) 知识库的组成。本系统主要有两个表组成:TCAS故障字典表和规则表。字典表的作用就是将所有的条件和结论转换成一个符号, 然后在知识库中所有的记录均用相应的符号来表示条件和结论, 所有的条件和结论统称为事实;规则表是专家系统的核心部分, 它既是知识库又是规则库。在规则表中, 索引定义为规则的编号, 其余字段为规则的前提和结论。

2.3 推理机的建立

用于确定推理方向的驱动方式包括正向推理、逆向推理、双向推理和混合推理四种类型。由于本系统为TCASⅡ故障诊断专家系统, 稳定性较强, 故本系统采用正向推理策略[4], 即由原始数据出发, 运用知识库的规则推出结论, 这种推理适用于实时故障诊断专家系统。其基本算法为: (1) 将TCASⅡ的故障事实加入到TCASⅡ事实库中; (2) TCASⅡ规则集为空时结束;否则从规则库中取出与TCASⅡ事实库中事实匹配的规则; (3) 未触发规则时转向 (2) ;否则执行规则并将结论加入到事实库中, 继续步骤 (1) 。