基于Petri網(wǎng)的機車(chē)故障診斷方法研究

1 引言

　　目前，對于機車(chē)故障檢查與診斷存在各種方法，其中專(zhuān)家系統，故障樹(shù)分析方法(fta)，以及兩者的結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(zhuān)家系統突出弱點(diǎn)就是知識獲取的“瓶頸”問(wèn)題[2];基于故障樹(shù)的專(zhuān)家系統診斷系統在一些方面雖得到優(yōu)化，但是由于故障樹(shù)模型之間的缺陷，又加上診斷的規則數目較多，當添加修改規則時(shí)，易出現規則之間的沖突和冗余，無(wú)法保證專(zhuān)家系統高效、正確地運行。

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

　　在此利用petri網(wǎng)的可達性和狀態(tài)方程方法，分析故障樹(shù)信息，解決故障檢測和故障傳播問(wèn)題。與基于故障樹(shù)的診斷方法相比，本文提出的方法具有結構表達圖形化、 推理搜索的快速化以及診斷過(guò)程的數學(xué)化等優(yōu)點(diǎn)。

　　2 petri網(wǎng)理論基礎及分析

　　2.1 petri網(wǎng)結構和分析方法

　　從圖形上看，petri網(wǎng)由4種不同類(lèi)型的元素組成，即庫所(place，用“○”表示)、轉移(transition，用“|”表示)、連接庫所和轉移的有向弧及位于庫所中的托肯(token，用“·”表示)。庫所表示系統狀態(tài)的邏輯描述，轉移表示系統中事件或行為產(chǎn)生過(guò)程，輸入函數(i)和輸出函數(o)分別描述庫所和轉移之間的聯(lián)結函數關(guān)系。若一庫所被賦與k個(gè)標記(k為非負整數)，則說(shuō)該庫所有k個(gè)托肯，也稱(chēng)該庫所被標記。于是定義標記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)的執行過(guò)程受控于網(wǎng)中托肯的數量和分布情況，并通過(guò)轉移的點(diǎn)火得以實(shí)現。一個(gè)轉移可點(diǎn)火，首先該轉移必須允許點(diǎn)火，即轉移使能。一個(gè)轉移使能的前提條件是該轉移的每一個(gè)輸入庫所中被標記的托肯數至少等于該所到該轉移的有向弧數。也就是說(shuō)一個(gè)轉移的所有輸入庫所中至少包括一個(gè)托肯(假設每條有向弧的權均為1)。體現petri網(wǎng)動(dòng)態(tài)行為的啟動(dòng)規則是:若庫所代表的條件滿(mǎn)足，轉移就點(diǎn)火，點(diǎn)火后轉移的輸入庫所的托肯數等于原托肯數減去該庫所到轉移的輸出弧數。轉移的點(diǎn)火使petri網(wǎng)的標記由m轉變?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)火前后的初始標識集和結果標識集;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，對于機車(chē)故障檢查與診斷存在各種方法，其中專(zhuān)家系統，故障樹(shù)分析方法(fta)，以及兩者的結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(zhuān)家系統突出弱點(diǎn)就是知識獲取的“瓶頸”問(wèn)題[2];基于故障樹(shù)的專(zhuān)家系統診斷系統在一些方面雖得到優(yōu)化，但是由于故障樹(shù)模型之間的缺陷，又加上診斷的規則數目較多，當添加修改規則時(shí)，易出現規則之間的沖突和冗余，無(wú)法保證專(zhuān)家系統高效、正確地運行。

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

　　自1962年由carl adam petri提出petri網(wǎng)的概念以來(lái)，petri網(wǎng)己廣1泛應用于計算機操作系統、通信協(xié)議、分布式數據庫系統及任務(wù)規劃和性能評價(jià)等領(lǐng)域。在此利用petri網(wǎng)的可達性和狀態(tài)方程方法，分析故障樹(shù)信息，解決故障檢測和故障傳播問(wèn)題。與基于故障樹(shù)的診斷方法相比，本文提出的方法具有結構表達圖形化、 推理搜索的快速化以及診斷過(guò)程的數學(xué)化等優(yōu)點(diǎn)。