专家系统的实例分析

专家系统的实例分析

【教学目的】

以操作票专家系统中的操作校验功能为例，阐述以下问题：

1、专家系统的设计和开发过程

2、构造专家系统的关键问题：知识表示。不同知识表示方案，决定系统性能，适用不同目标，采用

最切合实际问题需要的方案。

【案例分析】

1、操作校验的功能需求

（1）调度/变电站的倒闸操作工作简介

图：两站一联络线（都是单母分段），一系统（每站有一线与系统连接）

龚家湾站华林站

电气设备的四种运行方式：运行、热备用、冷备用、检修

联络线正常工作方式：运行

联络线检修的工作流程：

调度员写调度操作票：（华林站为受端）

令华林站：华龚线1114运行转冷备用

令龚家湾站：龚华线1114运行转检修

令华林站：华龚线1114冷备用转检修

华林站值班员写变电站操作票：

操作任务：华龚线1114运行转冷备用

操作步骤：（二次设备忽略）

拉开1114开关

拉开11143刀闸

拉开11141刀闸

（2）操作票专家系统的功能

目标：辅助调度/变电站值班员开票和管理票的审核、执行。

辅助开票方式：

短语开票

点图开票

自动开票

操作校验是智能操作票的核心之一，用来校验当前要操作的设备是否符合规程要求，操作后不会发生“五防”这样的恶性事故，不会违反现场的运行规程，符合本地区的操作习惯。

（3）（一次设备）操作校验的需求描述

已知：

电网的接线

操作前的开关、刀闸状态初始态

现场的运行规程

要操作的设备、操作前状态、操作后状态

求：是否允许某设备在当前运行方式下，由操作前状态转换到操作后状态。

信息流图（系统结构图）

2、一次设备常用操作规则

（1）五防

带负荷拉合刀闸

带地线/地刀合刀闸

带电挂地线/合接地刀闸

（2）停送电顺序

停电：先负荷，后电源

＝》出线：先出线刀闸，后母线刀闸

＝》联络线：先负荷站，后电源站

＝》主变：先低压，后高压

（3）等电位操作

3、用产生式表示刀闸的操作规则

规则一：IF 与刀闸同间隔的开关分 THEN 刀闸能分或合

规则二：IF 与刀闸相关的接地刀闸/线全部为分 THEN 刀闸能合

规则三：IF 刀闸是母线刀闸且停电操作且出线刀闸分 THEN 刀闸能分

规则四：IF 刀闸两端具备等电位条件 THEN 刀闸能分或合

4、刀闸操作校验的实现方案1

为实现上述条件的匹配，必须描述开关刀闸的属性：

规则一：刀闸开关同间隔

规则二：刀闸接地刀闸/线相关？

规则三：母线刀闸 停电操作？ 出线刀闸 规则四：等电位？

（1）知识表示方法（数据库结构设计） 方案1：以设备为核心

方案2：以间隔为核心

（2）推理机的设计 产生式的操作规则嵌入推理源程序

输入变量：刀闸名、初态、终态、操作性质（停/送） 流程：按操作规则顺序推理

用间隔为中心的表示方法的推理流程(以校验规则一为例)：

由刀闸名，在间隔数据表中查找相关的开关；

由开关名，在设备状态表中查分合状态；

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856 图2 典型间隔 Figure 2 Typical Unit

IF 开关分 THEN 刀闸能分或合，置“规则一”成立标志

用设备为中心的表示方法的推理流程(以校验规则一为例)：

由刀闸名，在设备数据表中查找所在的间隔；

在设备数据表中查找该间隔的开关

由开关名，在设备状态表中查分合状态；

IF 开关分 THEN 刀闸能分或合，置“规则一”成立标志

（3）方案评价

优点：能实现规则1~3的校验

缺点：操作规则嵌入源程序，不能维护（增加） 要解决的问题：如何将操作规则和推理机分离。

5、刀闸操作校验的实现方案2 （1）操作规则的知识表示

采用逻辑公式的方法（不需要方案1的间隔描述）

（2）推理机的设计

流程：

由（刀闸名、目标状态），在操作规则表中查相应的五防逻辑表达式 解析并计算逻辑表达式的值

如果值为1，刀闸可操作

（3）方案评价

优点：推理机和知识库分离 缺点：知识库维护工作量大

方案1和方案2表达等电位的知识较困难

要解决的问题：能实现五防和等电位判断，且与接线形式无关，不需要维护规则库

6、刀闸操作校验的实现方案3 采用拓扑搜索，搜索目标：

搜索刀闸两端是否有等电位路径。

搜索刀闸两端所带的电源和负荷情况，判断是否会带负荷操作。 搜索刀闸两端所在的系统是否有闭合的接地刀闸。

重点在搜索，因此，搜索方法和系统拓扑关系的知识表示是两个关键问题。 （1）系统拓扑关系的知识表示

参考“接线分析”，再加入设备属性 （2）推理机的设计

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图2 典型间隔

Figure 2 Typical Unit

流程：

网络接线分析

闭合的开关刀闸合并为节点：端点－节点对照表

有设备相连的节点合并为子系统：节点－子系统对照表

操作规则分析

断开刀闸两端的端点属于同一节点，表明具备等电位操作条件

【结论】

1、专家系统的设计和开发过程

（1）深入理解并掌握领域知识。研究什么，先要体验工作，多问经验和知识的深层原理

（2）较好把握系统需求，输入和输出

2、构造专家系统的关键问题：知识表示。

知识表示的本质是如何让计算机理解人的知识，设计者将人的经验知识归纳为计算机能识别的信息，设计者的专业程度决定归纳的知识是否符合系统需求。

不同知识表示方案，决定系统性能，适用不同目标

采用最切合实际问题需要的方案。

知识表示反映系统的设计思想，但必须和推理机共同完成系统功能

MIS看似简单，实际上是最不好做的项目，其难点不在程序实现，而在设计内容是否满足用户需求。

作业：用上述任一种方法，编程实现隔离开关的操作校验功能

电网规模：双母线（1个母联，2个出线间隔，分别接电源和负荷）

或采用接线分析作业的电网,每个断路器两侧增加隔离开关

要求：在该网络上，可校验任何一个隔离开关设备是否允许操作( 断路器状态可以任意设置 )。

输入：（设备名，目标状态）

采用文本文件读入

输出：是否允许操作，若不允许给出原因。

其它必备的数据文件，如每个设备的初始状态、描述设备间的关系等，自己设计数据格式。