基于LabVIEW和Access的陀螺仪组故障诊断专家系统
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【摘 要】为了对坦克陀螺仪组故障诊断问题进行研究，满足陀螺仪的可靠性要求，提出一种基于labview和access的陀螺仪组故障诊断专家系统。本系统构建了专家系统的知识库和推理机，利用LabVIEW和Access工具建立相应的软件环境并编写相应程序，开发陀螺仪故障诊断系统。该系统在测试过程中发挥了专家系统的智能性，能够快速准确地诊断陀螺仪组的故障位置及故障原因，并能给出有效的维修建议，适合于陀螺仪组的故障诊断。
【关键词】陀螺仪组；LabVIEW；专家系统；故障诊断
0 引言
陀螺仪是一种感测旋转的装置，被广泛应用于航海等诸多领域。陀螺仪组是坦克炮控系统中最重要的部分之一，炮控系统的稳定功能主要依靠陀螺仪的工作来实现。陀螺仪能够自动保持炮身轴线方向不受车体振动的影响，将火炮稳定在所赋予的射角和射向上，以减小车体俯仰振动和水平振动对行进间射击的影响，提高射击精度[1]，所以保持陀螺仪组正常工作以及快速检测故障维修设备，对炮控系统正常稳定地工作是非常重要的。故此，本文提出基于LabVIEW和Access的陀螺仪组故障诊断专家系统，并将故障树分析法应用于陀螺仪故障诊断中，从陀螺仪故障状态出发，自上而下逐层展开，逐级推理分析找出故障原因，其特点是逻辑清晰明了使人易懂。利用LabVIEW和Access工具建立相应的软件环境并编写相应程序，开发陀螺仪故障诊断系统。LabVIEW是一种图形化的编程语言的开发环境，其图形化的界面使得编程简单易懂，其软件系统集成了与满足 GPIB、VXI、RS-232和 RS-485 协议的硬件及数据采集卡通讯的全部功能，功能强大灵活性强，且兼容Access数据库，所以便于与Access建立陀螺仪组故障诊断专家系统。
1 专家系统
专家系统将领域专家知识和经验以知识库的形式存入计算机，并模仿领域专家解决问题的推理方式和思维过程运用专家的知识与经验进行推理、判断和决策。其主要由知识库、综合数据库、推理机、解释系统、人机接口组成。下面为专家系统结构图。
专家系统的工作过程
将从专家获取的知识送给知识获取系统，建立故障树并通过历史故障分析将所有的事实转化为规则集存储到知识库中，用户通过人机接口（用户界面）输入初始事实，推理机把存放在数据库中的事实与知识库中的规则进行匹配，推理过程中的中间结果存储到数据库中，推理完毕推理机将故障结果送给人机接口显示，而解释系统将可能导致故障的原因及维修建议送给人机接口显示。
2 陀螺仪组故障诊断专家系统设计
2.1 知识获取
根据对陀螺仪组故障的分析，该故障诊断专家系统的知识获取方法包括以下几方面：
1）查阅陀螺仪组资料，了解陀螺仪组的工作原理，找出可能发生故障的原因。
2）建立故障树：收集陀螺仪组工作过程中出现的故障，从这些故障中选择顶事件来绘制故障树。同时，根据陀螺仪组的结构和故障情况，将陀螺仪组整体逐层分解。对故障树的底事件进行故障模式和影响分析，为查找故障原因提供依据。图2为故障树。
3）故障发生概率：应尽可能地收集故障树中故障发生的客观概率，特别是陀螺仪组的故障历史记录。在难以估计其概率时，可由维修人员和专家给出故障发生可能的概率。
4）经验知识：从陀螺仪组维修专家、试验员获取故障排除的经验知识，这是故障诊断的主要依据。
2.2 知识表示方式
知识表示方式有许多种，其中产生式规则表示方式是模仿人的思考问题方式和解决问题的方法，而且在推理过程中容易保留中间推理结果及推理路径[2]。故陀螺仪组故障诊断专家系统采用基于规则的知识表示方式。以下简要介绍这种方法在系统中的应用。
基于规则的表示方式
= （IF THEN（ELSE））
= （AND{}）
=（OR{}|（）
antecedent（前提）action（执行结论） condition（条件）
If D[如果证据D存在]
then C（F（C，D））[那么，结论存在的置信度为F（C，D）]
例如：If D={角度传感器故障为偏离理论值}
then C={炮控故障}（F（C，D）=0.977），基于规则表达式表示了故障现象的知识[2]。
2.3 推理机
根据故障诊断专家系统中的推理逻辑，经过分析比较，陀螺仪组故障诊断专家系统软件采用故障树分析法建立推理逻辑，并采用正逆双向混合推理两种方式，这种推理策略结合了正向推理和逆向推理的优点，在整个推理过程中，两种推理策略交替进行，正向推理时不期望从初始证据一直推到最终目标，反向推理时也不期望从某个假设一直推到原始事实，而是期望推理过程在中间的某处汇合。这样的专家系统推理策略非常适合陀螺仪组管理智能化的故障诊断要求。它具有推理灵活、简便性，不会受到被诊断系统的影响。
3 软件实现
结合陀螺仪组故障诊断专家系统和LabVIEW以及Access数据库软件特点，软件设计采用模块化的思想，陀螺仪组故障诊断专家系统主要包括信号采集模块、知识获取模块、知识库模块、知识管理模块、规则库模块、推理机模块、解释系统模块、系统帮助模块软件流程图如图。模块化的软件管理逻辑明了方便操作者的使用。
LabVIEW程序包括程序框图和前面板两部分，前面板为友好人机界面，有各种精美的显示控件，用户可以直接观察所采集的各项参数以及查看检测结果是否正常，而且LabVIEW与数据库利用DSN方式连接操作简单。LabVIEW利用ADO模块及SQL语句可以对数据进行修改、删除、存储等操作，将实时采集数据及诊断结果大量数据分类存储到表格中，非常有利于数据管理。知识库和规则库的管理也可利用以上原理。
4 结论
LabVIEW程序框图将采集到设备各项参数指标显示在前面板，经过和数据库中正常指标的对比判断设备故障部位，并调用数据库中的知识库的知识，利用正反向混合推理相结合的算法快速准确地判断出现故障的原因，并给出排除故障的建议，这样检查人员不仅可以知道设备故障原因，而且也大大减少了故障定位和查找故障原因的时间，这是非常有利于设备维修的。
【参考文献】
[1]坦克炮控系统液浮陀螺仪故障机理分析.
[2]飞机燃油系统故障诊断方法分析.
[3]基于LabVIEW的飞机电源故障诊断专家系统.