基于Petri網(wǎng)的機(jī)車故障診斷方法研究

1 引言

　　目前，對(duì)于機(jī)車故障檢查與診斷存在各種方法，其中專家系統(tǒng)，故障樹分析方法(fta)，以及兩者的結(jié)合體是被廣泛接受的方法，然而，他們也存在一些缺陷;fta僅能表示邏輯關(guān)系[1]，不能表示動(dòng)態(tài)行為;而專家系統(tǒng)突出弱點(diǎn)就是知識(shí)獲取的“瓶頸”問題[2];基于故障樹的專家系統(tǒng)診斷系統(tǒng)在一些方面雖得到優(yōu)化，但是由于故障樹模型之間的缺陷，又加上診斷的規(guī)則數(shù)目較多，當(dāng)添加修改規(guī)則時(shí)，易出現(xiàn)規(guī)則之間的沖突和冗余，無法保證專家系統(tǒng)高效、正確地運(yùn)行。

　　在故障檢測(cè)與診斷領(lǐng)域中，petri網(wǎng)不僅能夠用圖形符號(hào)表示故障事件系統(tǒng)邏輯關(guān)系，知識(shí)的完成和診斷推理，而且能夠表示系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為，故petri網(wǎng)模型能夠用于機(jī)車故障檢測(cè)和可靠性的分析。

　　在此利用petri網(wǎng)的可達(dá)性和狀態(tài)方程方法，分析故障樹信息，解決故障檢測(cè)和故障傳播問題。與基于故障樹的診斷方法相比，本文提出的方法具有結(jié)構(gòu)表達(dá)圖形化、 推理搜索的快速化以及診斷過程的數(shù)學(xué)化等優(yōu)點(diǎn)。

　　2 petri網(wǎng)理論基礎(chǔ)及分析

　　2.1 petri網(wǎng)結(jié)構(gòu)和分析方法

　　從圖形上看，petri網(wǎng)由4種不同類型的元素組成，即庫(kù)所(place，用“○”表示)、轉(zhuǎn)移(transition，用“|”表示)、連接庫(kù)所和轉(zhuǎn)移的有向弧及位于庫(kù)所中的托肯(token，用“·”表示)。庫(kù)所表示系統(tǒng)狀態(tài)的邏輯描述，轉(zhuǎn)移表示系統(tǒng)中事件或行為產(chǎn)生過程，輸入函數(shù)(i)和輸出函數(shù)(o)分別描述庫(kù)所和轉(zhuǎn)移之間的聯(lián)結(jié)函數(shù)關(guān)系。若一庫(kù)所被賦與k個(gè)標(biāo)記(k為非負(fù)整數(shù))，則說該庫(kù)所有k個(gè)托肯，也稱該庫(kù)所被標(biāo)記。于是定義標(biāo)記petri網(wǎng)為一5元組:

　　∑=(p,t,i,o,m)。以圖1所示petri網(wǎng)為例對(duì)上述定義進(jìn)行具體描述[6]。

　　∑=(p，t，i，o，m);

　　p={p1，p2，p3，p4};

　　m=(1 0 0 0);

　　i(t1)={p1};o(t1)={p2};

　　i(t2)={p1};o(t2)={p3};

　　i(t3)={p2,p3};o(t3)={p4};

　　圖1 petri網(wǎng)模型

　　petri網(wǎng)的執(zhí)行過程受控于網(wǎng)中托肯的數(shù)量和分布情況，并通過轉(zhuǎn)移的點(diǎn)火得以實(shí)現(xiàn)。一個(gè)轉(zhuǎn)移可點(diǎn)火，首先該轉(zhuǎn)移必須允許點(diǎn)火，即轉(zhuǎn)移使能。一個(gè)轉(zhuǎn)移使能的前提條件是該轉(zhuǎn)移的每一個(gè)輸入庫(kù)所中被標(biāo)記的托肯數(shù)至少等于該所到該轉(zhuǎn)移的有向弧數(shù)。也就是說一個(gè)轉(zhuǎn)移的所有輸入庫(kù)所中至少包括一個(gè)托肯(假設(shè)每條有向弧的權(quán)均為1)。體現(xiàn)petri網(wǎng)動(dòng)態(tài)行為的啟動(dòng)規(guī)則是:若庫(kù)所代表的條件滿足，轉(zhuǎn)移就點(diǎn)火，點(diǎn)火后轉(zhuǎn)移的輸入庫(kù)所的托肯數(shù)等于原托肯數(shù)減去該庫(kù)所到轉(zhuǎn)移的輸出弧數(shù)。轉(zhuǎn)移的點(diǎn)火使petri網(wǎng)的標(biāo)記由m轉(zhuǎn)變?yōu)閙’。

　　關(guān)聯(lián)矩陣和狀態(tài)方程是petri網(wǎng)分析和建模的主要工具，狀態(tài)方程的表示為

　　m=m0+ct*uo

　　m，m0分別點(diǎn)火前后的初始標(biāo)識(shí)集和結(jié)果標(biāo)識(shí)集;ct為關(guān)聯(lián)矩陣，u為點(diǎn)火序列，由0，1組成的n×1列矩陣。

　　1 引言

　　目前，對(duì)于機(jī)車故障檢查與診斷存在各種方法，其中專家系統(tǒng)，故障樹分析方法(fta)，以及兩者的結(jié)合體是被廣泛接受的方法，然而，他們也存在一些缺陷;fta僅能表示邏輯關(guān)系[1]，不能表示動(dòng)態(tài)行為;而專家系統(tǒng)突出弱點(diǎn)就是知識(shí)獲取的“瓶頸”問題[2];基于故障樹的專家系統(tǒng)診斷系統(tǒng)在一些方面雖得到優(yōu)化，但是由于故障樹模型之間的缺陷，又加上診斷的規(guī)則數(shù)目較多，當(dāng)添加修改規(guī)則時(shí)，易出現(xiàn)規(guī)則之間的沖突和冗余，無法保證專家系統(tǒng)高效、正確地運(yùn)行。

　　在故障檢測(cè)與診斷領(lǐng)域中，petri網(wǎng)不僅能夠用圖形符號(hào)表示故障事件系統(tǒng)邏輯關(guān)系，知識(shí)的完成和診斷推理，而且能夠表示系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為，故petri網(wǎng)模型能夠用于機(jī)車故障檢測(cè)和可靠性的分析。

　　自1962年由carl adam petri提出petri網(wǎng)的概念以來，petri網(wǎng)己廣1泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)、通信協(xié)議、分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)及任務(wù)規(guī)劃和性能評(píng)價(jià)等領(lǐng)域。在此利用petri網(wǎng)的可達(dá)性和狀態(tài)方程方法，分析故障樹信息，解決故障檢測(cè)和故障傳播問題。與基于故障樹的診斷方法相比，本文提出的方法具有結(jié)構(gòu)表達(dá)圖形化、 推理搜索的快速化以及診斷過程的數(shù)學(xué)化等優(yōu)點(diǎn)。