基于專家系統的船舶電氣設備故障診斷研究

張蒙蒙

摘? ?要：船舶的行駛環境造成了船舶電氣設備發生故障的不穩定性、故障點的不確定性。針對該問題，文章提出了采用專家系統解決故障點的不穩定性、不確定性。該系統通過反向推理、模糊推理等方式能將船舶電氣設備歷史故障種類、故障解決辦法記錄下來，從而提高了船舶電氣設備供電的連續性，保證了船舶在行駛時的安全性。

關鍵詞：船舶電氣設備;專家系統;故障診斷

1? ? 船舶電氣設備相關研究

隨著十八大提出的發展海洋強國戰略，船舶電氣設備越來越向集中控制、大型化的方向發展，船舶電氣設備每個模塊的復雜性、集成性也逐步提高，所以，船舶電氣設備某個模塊發生故障時，容易引發二次故障，這樣使得船舶輪機人員的檢修工作量、檢修難度增大，進而使檢修時間加長，提高了檢修成本，也不利于船舶航行時的安全[1]。另外，隨著信息技術的快速發展，船舶電氣設備模塊更新快，這就要求船舶檢修人員的知識量增大、技術能力提升，短期內是不可能辦到的，而且成本很高。所以，需要設計出一套能自動分析船舶電氣設備故障點位置、根據位置準確給出故障解決方案、還能不斷更新數據庫的故障診斷系統，這樣可以提高船舶電氣設備的安全性、船舶檢修人員的工作效率，保證船舶能持續、安全地運行。

傳統的電氣設備故障發生時，一般采用建立設備的拓撲模型，從而得到設備的數學模型—拓展關聯矩陣，診斷故障發生時依據電流的變化來判斷出故障的位置，由于船舶不穩定因素較多、數學模型難以找到合適的船舶電氣設備，故很難更好地實現理想的效果。隨著模糊控制、專家系統、蟻群算法等智能算法的提出，現代電氣設備故障診斷經常采用智能化辦法進行解決。王天序[2]提出了根據故障樹模型，通過ACCESS數據庫存儲專家數據，實現了專家系統故障診斷的功能。陳小平[3]通過分析LMS最小均方根原理對自適應濾波器的實現方法進行了仿真實驗并驗證其濾波功能，取得了好的效果，但是當設備出現微小故障時，該方法顯示了它的局限性，在針對微小故障時具有檢測效果不靈敏等缺點。

基于以上的研究基礎，綜合船舶電氣設備的運行特點，分析船舶電氣設備在運行時可能存在的故障點及原因，本文對產生的故障進行了分類，并對故障采用框架的方式來表示。這樣在搭建專家系統時，可以高效地處理故障點。搭建完故障框架，需要采用一種對應故障及故障所屬的類型的規則。本文采用產生式規則進行故障知識描述，通過模糊控制提高故障解決過程中的準確性，減少不確定性的發生，設計出專家故障診斷系統。

2? ? 船舶電氣設備故障分類

船舶電氣設備具有電網容量小、輸電線路短、工作環境惡劣等特點，所以，船舶電氣設備不間斷地、長時間地工作，出現運行不正常及各種故障類型的可能性提高，現對船舶電氣設備故障進行分類[4]。

（1）船舶電氣設備自身產生的故障，如原動機—柴油機組的功率、轉速失調等，發電機繞組發生三相短路、單相短路、斷路、過電流等故障。

（2）船舶電氣維修人員由于操作不當引起的故障，如合閘操作和分閘操作，應該合閘操作的沒有合閘，或者不應該合閘操作的進行合閘等人為造成的失誤操作等。

（3）海上惡劣的環境引起的電氣設備故障，當然這種故障一般是由于電氣設備的絕緣措施沒有做好。

（4）三相短路、斷相、缺相等意外情況引起的故障。

通過以上分析，形成船舶電氣設備的故障框架及歸類故障演變關系[5]如圖1所示。通過該框架，可知為了避免船舶電氣設備故障的擴大，要使船舶電氣設備各個參數保持正常、穩定的狀態。

3? ? 船舶電氣設備專家系統診斷總體結構框架

綜合知識庫、解釋機、推理機、知識庫與人機交互界面組成了基于專家系統的船舶電氣設備故障診斷系統結構框架如圖2所示。該系統的工作原理是：人機界面起到用戶、專家與推理機、解釋機、知識庫溝通的橋梁，人機界面將用戶與專家儲存的故障特征輸入到專家系統，所用的規則通過推理機識別并匹配專家系統的特征，數據庫用于存儲成功匹配的故障特征信息[6]。專家系統可以實現圖2所描述的功能，可以對知識庫中的信息進行更新、維護，使得電氣設備更新換代時專家系統能不斷適應并及時升級。通過上述操作，能夠實現專家系統對船舶電氣設備故障類型的準確判斷，并能夠很好地應對故障，可以更好地清除故障，達到船舶電氣設備正常運行的效果。

4? ? 結語

本文首先分析了船舶電氣設備故障的特點，針對故障特點對故障進行分類，并將故障可能會衍生出來的其他故障進行了總結，通過專家系統來分析船舶電氣設備故障類型，通過判斷故障所屬類型從知識庫中找到相應的故障解決方案。同時，針對船舶在行駛過程中船舶電氣設備各參數出現不穩定的問題，提出了采用模糊控制的規則，通過對電氣設備各模塊的仿真模擬，使得應用專家系統來解決船舶電氣設備故障診斷得到很好的實現。

[參考文獻]

[1]梁純，仇文寧.人工智能技術在船舶電力系統故障診斷中的應用[J].艦船科學技術，2018（16）：52-54.

[2]王天序，譚躍.船舶電氣設備故障診斷專家系統建造策略[J].大連海事大學學報，2001（3）：29-32.

[3]陳小平.高壓電網故障信號處理與保護系統研究[J].華中電力，2011（4）：1-3.

[4]周左晗，施偉鋒.船舶電力系統故障工況仿真[J].船電技術，2008（4）：193-196.

[5]馮茂巖.船舶電力系統故障演變與對策[J].江蘇船舶，2005（3）：30-31，35.

[6]周子冠，白曉民，李再華，等.采用知識網格技術的智能輸電網故障診斷方法[J].中國電機工程學報，2010（4）：8-15.