基于专家系统的船舶电气设备故障诊断研究

张蒙蒙

摘   要：船舶的行驶環境造成了船舶电气设备发生故障的不稳定性、故障点的不确定性。针对该问题，文章提出了采用专家系统解决故障点的不稳定性、不确定性。该系统通过反向推理、模糊推理等方式能将船舶电气设备历史故障种类、故障解决办法记录下来，从而提高了船舶电气设备供电的连续性，保证了船舶在行驶时的安全性。

关键词：船舶电气设备;专家系统;故障诊断

1    船舶电气设备相关研究

随着十八大提出的发展海洋强国战略，船舶电气设备越来越向集中控制、大型化的方向发展，船舶电气设备每个模块的复杂性、集成性也逐步提高，所以，船舶电气设备某个模块发生故障时，容易引发二次故障，这样使得船舶轮机人员的检修工作量、检修难度增大，进而使检修时间加长，提高了检修成本，也不利于船舶航行时的安全[1]。另外，随着信息技术的快速发展，船舶电气设备模块更新快，这就要求船舶检修人员的知识量增大、技术能力提升，短期内是不可能办到的，而且成本很高。所以，需要设计出一套能自动分析船舶电气设备故障点位置、根据位置准确给出故障解决方案、还能不断更新数据库的故障诊断系统，这样可以提高船舶电气设备的安全性、船舶检修人员的工作效率，保证船舶能持续、安全地运行。

传统的电气设备故障发生时，一般采用建立设备的拓扑模型，从而得到设备的数学模型—拓展关联矩阵，诊断故障发生时依据电流的变化来判断出故障的位置，由于船舶不稳定因素较多、数学模型难以找到合适的船舶电气设备，故很难更好地实现理想的效果。随着模糊控制、专家系统、蚁群算法等智能算法的提出，现代电气设备故障诊断经常采用智能化办法进行解决。王天序[2]提出了根据故障树模型，通过ACCESS数据库存储专家数据，实现了专家系统故障诊断的功能。陈小平[3]通过分析LMS最小均方根原理对自适应滤波器的实现方法进行了仿真实验并验证其滤波功能，取得了好的效果，但是当设备出现微小故障时，该方法显示了它的局限性，在针对微小故障时具有检测效果不灵敏等缺点。

基于以上的研究基础，综合船舶电气设备的运行特点，分析船舶电气设备在运行时可能存在的故障点及原因，本文对产生的故障进行了分类，并对故障采用框架的方式来表示。这样在搭建专家系统时，可以高效地处理故障点。搭建完故障框架，需要采用一种对应故障及故障所属的类型的规则。本文采用产生式规则进行故障知识描述，通过模糊控制提高故障解决过程中的准确性，减少不确定性的发生，设计出专家故障诊断系统。

2    船舶电气设备故障分类

船舶电气设备具有电网容量小、输电线路短、工作环境恶劣等特点，所以，船舶电气设备不间断地、长时间地工作，出现运行不正常及各种故障类型的可能性提高，现对船舶电气设备故障进行分类[4]。

（1）船舶电气设备自身产生的故障，如原动机—柴油机组的功率、转速失调等，发电机绕组发生三相短路、单相短路、断路、过电流等故障。

（2）船舶电气维修人员由于操作不当引起的故障，如合闸操作和分闸操作，应该合闸操作的没有合闸，或者不应该合闸操作的进行合闸等人为造成的失误操作等。

（3）海上恶劣的环境引起的电气设备故障，当然这种故障一般是由于电气设备的绝缘措施没有做好。

（4）三相短路、断相、缺相等意外情况引起的故障。

通过以上分析，形成船舶电气设备的故障框架及归类故障演变关系[5]如图1所示。通过该框架，可知为了避免船舶电气设备故障的扩大，要使船舶电气设备各个参数保持正常、稳定的状态。

3    船舶电气设备专家系统诊断总体结构框架

综合知识库、解释机、推理机、知识库与人机交互界面组成了基于专家系统的船舶电气设备故障诊断系统结构框架如图2所示。该系统的工作原理是：人机界面起到用户、专家与推理机、解释机、知识库沟通的桥梁，人机界面将用户与专家储存的故障特征输入到专家系统，所用的规则通过推理机识别并匹配专家系统的特征，数据库用于存储成功匹配的故障特征信息[6]。专家系统可以实现图2所描述的功能，可以对知识库中的信息进行更新、维护，使得电气设备更新换代时专家系统能不断适应并及时升级。通过上述操作，能够实现专家系统对船舶电气设备故障类型的准确判断，并能够很好地应对故障，可以更好地清除故障，达到船舶电气设备正常运行的效果。

4    结语

本文首先分析了船舶电气设备故障的特点，针对故障特点对故障进行分类，并将故障可能会衍生出来的其他故障进行了总结，通过专家系统来分析船舶电气设备故障类型，通过判断故障所属类型从知识库中找到相应的故障解决方案。同时，针对船舶在行驶过程中船舶电气设备各参数出现不稳定的问题，提出了采用模糊控制的规则，通过对电气设备各模块的仿真模拟，使得应用专家系统来解决船舶电气设备故障诊断得到很好的实现。

[参考文献]

[1]梁纯，仇文宁.人工智能技术在船舶电力系统故障诊断中的应用[J].舰船科学技术，2018（16）：52-54.

[2]王天序，谭跃.船舶电气设备故障诊断专家系统建造策略[J].大连海事大学学报，2001（3）：29-32.

[3]陈小平.高压电网故障信号处理与保护系统研究[J].华中电力，2011（4）：1-3.

[4]周左晗，施伟锋.船舶电力系统故障工况仿真[J].船电技术，2008（4）：193-196.

[5]冯茂岩.船舶电力系统故障演变与对策[J].江苏船舶，2005（3）：30-31，35.

[6]周子冠，白晓民，李再华，等.采用知识网格技术的智能输电网故障诊断方法[J].中国电机工程学报，2010（4）：8-15.