船舶拖轮舵桨装置控制系统的故障诊断系统开发.pdfVIP

船舶拖轮舵桨装置控制系统的 故障诊断系统开发 叶银忠周明华刘以建汤天浩 吴海涛戚廷宝 (上海海运学院电气自动化系上海20013S) 上晦复兴船务公司上簿200010 擅要本文概述了～个船舶拖轮舵桨装置控制系统的故障诊断系统的璇计思想、技术原 理及开发方法．从实际应用对故障诊断系统的要求出发，探讨了知识获取、信息处理、系 统操作等方面的问题，介绍了主要开发经验．该系统己投入实际运行并取得了良好的效果． 关键词船舶舵桨控制系统，故障诊断，故障树，专家系统．神经网络，图形诊断。 i 引言 故障检测与诊断问题由于与工程系统的可靠性密切有关．自六十年代初以来就已 深受工程技术领域的关注。随着生产与技术的迅速发展，各类系统性能不断提高，复 杂性也不断增加．对行之有效的故障诊断方法的需求也日益明显，所以自七十年代中 期开始，在自动控制领域就派生出了一个新的分支，专门研究故障诊断问题。它与具 体的技术部门如船舶工程、机电、化工、航天等相互结合．解决特定领域中的工程问 题，至今仍方兴未艾，体现丁很强的生命力。基本上．故障诊断技术有两大用途，其 一是用于构成离线式的计算机辅助决策支持系统，即利用故障诊断系统来帮助快速发 现系统的故障，制定更加合理有效的系统维修方案，找出系统的薄弱环节，最终提高 系统的可靠性和生产效益．这类系统的应用近年来发展很快，如已有报道开发出了汽 车发动机的故障诊断系统，辅助维修很有成效．可大大缩短维修时间，提高效率。其 二是用于实现高性能的自动控制系统．在这类应用中，故障诊断系统通常以在线方式 运行，连续地实时监视整个系统的输入和输出信号，并给出系统的故障信息，包括故 障报警信息、故障位置信息和故障程度信息等。这些故障信息可以自动地被控制系统 所利用，从而根据系统运行的不同工况，自动调整控制方案，以此来保证系统运行在 安全状态。 自从故障诊断技术出现以来的廿余年间里．它得到了极大的丰富和发展．处理各 类问题的方法不胜杖举。但在原理上，故障诊断的方法可以被分为两大类： 1)基于数学模型的故障诊断方法… 在故障诊断中．精确的动态数学模型(包括正常模型和故障模型)往往可以发挥{＆ 大的作用。为便于分析和处理，通常限定采用线性化的模型，庄此基础上可以惠用观 代控制理论中的状态观测器、滤波器、或者再种参数估计算法，辅之以相应的统汁分 析和决策方法，从而实现在线的故障检测与诊断。这方面的理论成果近年米特别丰富． 也有不少成功应用的报道。针对复杂非线|生系统的故障诊断方法也已有很夫的发展， 2)非模型化方法 复杂系统的动态数学模型往往难以精确建盘．同而故障诊断将上婴依据埘物理系 统所作的故障机理分析及由此得到的各种先验知识。这种先验知识可以以多种不同的 方式来组织和处理，由此也导致了不同的故障诊断方法。传统的非模型化方法包括故 障树、故障字典、专家系统、有向图等，并且对于特定的应用场合它们往往可以相互 结合的方式发挥作用。 然而，在复杂系统的故障诊断中，普遍存在故障知识获取的“瓶颈”、知识推理 的“无穷递归”和“组合爆炸”等问题。人工神经网络(ANN)方法的引入，为解决这 些问题提供了～条新的思路”]。 作者最近成功开发了一个船舶拖轮舵桨装置控制系统的故障诊断系统。该系统以 为某船务公司技术设备部门提供故障诊断功能为目标，以计算机软件为载体。根据用 户要求，它按“计算机辅助决策支持系统”的方式来设计，但系统开发中为将来通过 卫星通信方式接收实船数据、从而实现远距离快速故障诊断预设了数据通信接口。 结合实际情况，该系统采用多种“非模型化方法”相互结合的方案来解决故障诊 断问题，包括：基于故障树的常规诊断，基于故障字典和专家系统的规则诊断，基于 ANN的故障诊断，以及基于图形方式的诊断等。 2船舶拖轮舵桨装置控制系统概述 某船务公司拖轮舵桨装置控制系统的原理如图l所示．该控制系统属于位置控制， 以舵角为被控制参数。系统级故障以“不能正常操舵”为总体描述，包括不能手动或 自动操舵，主要表现为“无舵”(控制系统不响应)、“响应不彘”(包括舵慢、游舵振 液压油缸 同 号