肖杰 李同亮
【摘 要】星载天线标校控制系统对可靠性、自动化运行特性要求严格。因此，快速、准确的对系统中的异常状态诊断出原因并自动化排除故障显得尤为重要。本文针对星载天线标校控制系统故障诊断功能展开分析研究，提出一种基于小型产生式专家系统的故障诊断解决方案。
【关键词】中继卫星；故障诊断；自动化运行；故障处置
中图分类号： V443.4 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）14-0058-003
DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.14.025
0 引言
随着现代科技水平的不断发展与进步，各种系统与设备的结构和功能越来越复杂，若某系统在关键时刻出现了故障而又未能及时地发现和诊断，会给使用本系统的客户造成经济上的巨大损失。因而，故障诊断扮有重要的角色。由于星载天线标校控制系统对可靠性、自动化运行要求很高，能够快速且准确的对系统中的异常状态诊断出并能排出故障原因非常重要。系统的故障诊断是在系统运行状态下，对所出现得异常情况作出诊断，并依据诊断结果为系统故障决策提供根据。在对该系统诊断之前，首先需要对本系统进行检测，若系统出现故障时，应对故障部位、故障类型和原因进行相应的诊断分析，给出解决方案，实现故障决策。
总体而言，故障诊断方法大体可分为两大类：基于数学模型的故障诊断方法和基于人工智能的故障诊断方法。前者方法包括：基于输入输出与信号处理、基于过程参数估算的方法和基于状态估算。后者方法包括，专家系统的方法、基于类神经网络的方法、基于案例的方法、基于模糊数学的方法和基于故障输的方法。最近基于专家系统的故障诊断方法是研究最多、应用范围最广诊断技术。因为该方法是运用符号进行推理，依据知识的表达方式符号来进行操作。而且它可以全天24小时连续不断地 为用户提供服务，可以对实时的故障数据做出及时的判断。专家系统集成问题领域所有的专家的知识和经验，为故障诊断领域带来了很多的方便。
本文针对星载天线标校控制系统的特点，给出了一种小型产生式故障诊断专家系统解决方案。
1 专家系统的故障诊断设计
专家系统是一类具有专门的智能的计算机程序系统，其能够利用知识和表示推理能力来处理由专家才能解决的该领域问题[1]。人类专家是在某一专门的领域，拥有该领域大量相当数量的专业知识和丰富的实际操作经验，特别是经验知识。这些专家能高效的解决困难和复杂的实际问题。专家系统之所以是人工智能的重要组成部分，是因为它能够有像人类专家一样处理复杂疑难问题的能力。专家系统应该具备的重要因素有：能够应用于某一专门领域、拥有专家级知识和经验、能够模拟具有专家的思维能力和能够达到专家的水平。根据其定义，我们可以首先明白专家系统实际上是一个智能计算机软件系统，该系统处理的是特定某一专门领域知识，这和传统软件系统又有很大区别，传统的程序处理的都是使用固定的数据或者算法，而专家系统处理的是基于知识的智能求解问题。它是靠系统的知识和利用推理来解决复杂的问题，并根据用户的所提出的需求或问题进行解释。
（1）知识库：以某种表示形成存放于领域知识的数据库中的集合。知识库通常是专家系统运行时，将存放于外部介质上的知识被调入内存。知识通常是以在计算机中编码和存储的方式表示的。
（2）推理机：就是使用知识库中的知识以一定的策略和方法实现推理的程序。它能够将已有的事实与结合专家知识相结合，进行推理而解决问题。
（3）全局数据库：又称为动态数据库；是专家系统的综合数据库、工作存储器。用于存放初始证据事实、推理结论等信息。该数据库同时成为存放故障诊断的成功案例、用户信息和控制信息的场所。
（4）解释机：是完成专门向用户解释专家系统功能的程序。
（5）人机界面：是最终用户与专家系统进行对话的交互界面。交互过程是最终用户利用人机界面向专家系统发起服务的请求，接着专家系统通过人机界面向最终用户进行应答。
以上几部分是专家系统的概念模型，其中知识库和动态数据库（全局数据库）是该系统的数据部分；而其他模块是组成专家系统的应用逻辑模块。数据模块通过被应用逻辑模块操作来实现专家系统的功能。
2 知识库设计
本系统采用产生式规则与故障树相结合的方法设计知识库，本文结合星载天线标校控制子系统实际大略列出如下基本模块故障树模型：
标校子系统底层所属各个相对独立的小的系统、装置根据其不希望出现事件构成故障树图的顶事件，依据故障树分析法的理论建立标校各系统和装置的相关故障树。当然，建立标校子系统完整详细的故障树是一项长期的渐进的系统工程，这里不做详细分析，主要故障见表1。
于知识库中主要包含客观事实表、故障诊断规则表、故障案例表，具体设计如下：
3 推理機设计
本文中的专家系统的推理机设计采用回溯推理法，其概要的推理过程是用假设的理论去与经验相对照，然后推导出最佳的假设作为问题的答案[3]，最后验证该结论是否正确。如果答案是正确的，则退出，相反，若答案错误，则需要再生一个新的答案去验证，直到推理出最佳的解释结果为止。具体到本文系统故障诊断中的推理机，首先需要依据已经出现的故障现象，假设出一种可以支持这一现象的故障原因，接着进行推理，查找是否是因这种故障原因造成的这种故障结果。若判断正确，则可以结束诊断，得到结果。如若判断不正确，则需要再假设出另外一个故障原因，再来验证，直到将故障原因找到为止。最后才能完成对故障原因的定位。这种诊断方法符合本系统故障排除的特点和规则。
4 解释机设计
本专家系统中的解释机采用队列技术来实现预置文本法[1]。队列是数据结构中一种特殊的线性表，其数据操作的原则是在表前端进行删除，表的后端进行插入。队列把专家系统的推理机、知识库、解释机和推理机连接起来，采用队列出队和入队原则来实现动态解释。具体来说专家系统将被推理机激活并触发的规则的编码按照其执行的顺序插入至队列中。当用户询问时，专家系统将先前插入队列的规则编码取出来，寻找编码对应的解释语句，显示给用户。这样就可以按照用户要求将推理机每一步的推理过程和结论依据都清楚的告知用户。因为队列的数据原则是先进先出，所以每次专家系统都是从推理的最初结论开始解释，直到将队列中所有规则都解释完毕后，解释工作就结束了。其工作过程如图4所示：
5 结束语
本文给出了星载天线标校控制系统故障诊断专家系统的设计思路。首先故障诊断常用的设计方法，然后结合实际对故障诊断专家系统各组成部分进行了设计。知识库的设计中我们采用了人工的方式来完成知识的获取，知识的表示方法采用故障树+产生式规则相结合的方式。专家系统的数据库采用mysql数据库来实现。推理机的采用溯因推理的方式。设计了专家系统故障诊断工作的具体流程，解释机采用队列方式来实现。
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