模糊Petri网在航天发射系统故障诊断中的应用研究

　　航天发射系统,包括各种类型的应用卫星、载人航天器、空间探测器、运载火箭,以及发射它们的设施设备。这些系统组成复杂,自动化程度高,软硬件结合,系统内外互相紧密关联,协同动作,共同完成航天发射任务。航天发射活动中,一处设备故障,就可能引起连锁反应,使系统不能正常工作。因此,航天发射活动的安全性和可靠性极其重要,航天发射系统故障诊断技术具有重要的军事和经济意义。故障诊断是通过研究故障与征兆之间的关系来判断设备状态。但由于航天发射系统的复杂性,故障与征兆之间的关系很难用精确的数学模型表示,随着某些故障状态模糊性的出现,不能用“是否故障”的简易诊断结果表达;同时,复杂系统的各种故障现象和故障原因并不是单纯的一对一的关系,某种故障现象可能是由多个故障原因导致,而发生故障时所表现出的征兆也可能处于轻微到严重之间的某一中间状态。模糊Petri网能够很好地解决该类问题,它能够描述系统状态和行为的改变[1],体现故障的传播特性及传播行为,能够处理模糊性IF-THEN结构产生式规则,从而描述故障特征与故障模式之间的模糊关系,同时利用变迁激活规则进行故障诊断的推理,分析这些异常行为过程之间的因果关系,推理出故障的原因及其真实度。

　　1　故障诊断模糊Petri网模型

　　1. 1　模糊Petri网(FPN)定义

　　模糊Petri网结构可由一个9元组来描述[2]:

　　FPN的点火规则与传统的Petri网相比,有以下不同:

　　1)库所中的托肯值表示命题的真实度,而真实度是介于0和1之间的一个实数;

　　2)规则的触发意味着命题为真的繁衍,规则触发后,规则的前提命题的真值并不消失。

  　　1. 2　基于模糊Petri网的故障传播模式模型

　　模糊产生式规则是用来描述2个命题之间模糊关系。一般形式为: ifPithenPkwithγ。其中:Pi,P是包含一些模糊变量的命题;Pi表示一组前提条件,它包含一个或几个与或树;Pk表示若干个结论命题;γ是规则的可信度。FPN和模糊产生式规则之间的相互对应关系可用表1表示[3]。FPN中变迁的激发是指相应的规则匹配成功。

　　故障诊断就是检查、确定、分离故障。因此,故障的产生原因及传播过程是故障诊断的基础。利用模糊Petri网,可以建立系统故障传播模式的模型,清晰地反映故障的产生、发展及影响。故障诊断即是在此基础上进行追根溯源的工作。模糊Petri网的产生式规则通常可以分为4种类型,本文建立与之对应的故障传播模式模型分别为一因一果模式模型、多因一果模式模型、一因多果模式模型和竞争模式模型。