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）1114311143111411141114111141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？是否人机界面：取设备名称，目标状态操作校验模块(推理机)所有电网设备当前状态所有电网设备操作规则是否允许操作？提示不允许操作的原因生成操作术语规则三：母线刀闸停电操作？出线刀闸规则四：等电位？设备类型属性开关间隔刀闸间隔、位置（母线侧出线侧）接地刀闸/线间隔（1）知识表示方法（数据库结构设计）方案1：以设备为核心数据类型取值设备名称字符型设备类型整型开关1/刀闸2/接地刀闸3/接地线4间隔名称字符型位置整型母线侧1/出线侧2/旁路侧3设备名称设备类型间隔名称位置K851JG850S8532JG852S8512JG851S8522JG851S8562JG853S85103JG850S85J24JG850S85J14JG850S85303JG850方案2：以间隔为核心数据类型取值间隔名称字符型开关名称字符型母线侧刀闸字符型出线侧刀闸字符型接地刀闸1字符型接地刀闸2字符型接地刀闸3字符型以间隔为中心的表示方法，与接线方式和间隔类型密切相关。间隔名称开关名称母线侧刀闸出线侧刀闸接地刀闸1接地刀闸2接地刀闸3JG85K85S851;S852S853S8510S85J1;S85J2S8530（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；858538518528530851085J185J2856图2典型间隔Figure2TypicalUnitIF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）设备名称S853设备状态ON五防逻辑S8530=“OFF”andS85J1=“OFF”andS85J2=“OFF”andS8510=“OFF”错误类型带接地刀闸或接地线合刀闸（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858538518528530851085J185J2856图2典型间隔Figure2TypicalUnit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。