一种基于IBRB的航空继电器故障诊断专家系统鲁棒性分析方法与流程

本发明涉及航空继电器故障诊断，尤其涉及一种基于ibrb的航空继电器故障诊断专家系统鲁棒性分析方法。

背景技术：

1、鲁棒性是指模型抵抗扰动的能力。在对航空继电器这一类风险敏感性强的系统进行故障诊断时，不同形式的扰动在输入的故障特征信息上都会体现为输入取值的变化，这会导致故障诊断模型输出结果的偏差。模型的鲁棒性分析研究的是扰动对模型带来的影响，其有利于找出模型的薄弱环节以便进一步改进。

2、许多学者对模糊规则系统(fuzzy-rule-based system,frbs)进行了研究。例如，ying定义了模糊集的最大扰动和平均扰动，并将之作为模型选择的标准。xu等人列举了模糊规则轻微扰动的几种情况，进一步研究了模糊蕴涵算子对各种模糊推理方法鲁棒性的影响。在此基础上，chen等人定义了模糊lipschitz聚合算子，并指出1-lipschitz算子可以有效抑制由输入和规则扰动引起的模糊推理输出扰动。cheng和fu估计了输入扰动引起的frbs输出误差的上下限。此外，其他一些研究主要集中在模糊集扰动的度量方法上。jin等人利用面向逻辑的等价测度定义了模糊集扰动，并进一步给出了模糊集的鲁棒性分析结果。

3、可解释置信规则库(interpretability belief rule base,ibrb)作为frbs的扩展，鲁棒性对其建模性能至关重要。一方面，它可使ibrb对输入信息的灵敏度处于适当水平，保证建模准确性。另一方面，它可使推理过程具有更好的可重复性，这利于理解ibrb输出。过去几年中，部分研究对ibrb参数的敏感性进行了分析，这种分析仅能局部展示ibrb的鲁棒性。例如，feng等人对ibrb的可靠度进行了敏感性分析；wang等人探究了ibrb的权重与其输出之间的变化关系。tang等人提出了一种通过模拟输入扰动来估计ibrb推理机鲁棒性的方法，该方法较易操作但其有效性取决于输入扰动模拟的有效性，具有一定的局限性。

4、为了更好地理解和在航空继电器故障诊断中使用ibrb模型，迫切需要了解当扰动发生时ibrb各推理部分会产生什么样的变化。因此，有必要提出一种ibrb专家系统的鲁棒性分析方法，为用户建立、调整和改进用于航空继电器故障诊断的ibrb专家系统提供高效的理论指导。

技术实现思路

1、针对上述存在的问题，本发明针对ibrb专家系统受扰情况下对航空继电器故障诊断性能不明的问题，基于模型lipschitz稳定条件，分输入转换、匹配度计算、匹配度归一化和规则融合四个步骤探究ibrb专家系统鲁棒性，为ibrb专家系统应用于航空继电器故障诊断等高可靠性要求和高风险敏感性领域提供技术支撑。

2、为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

3、一种基于ibrb的航空继电器故障诊断专家系统鲁棒性分析方法，包括:

4、步骤1：构建lipschitz条件下航空继电器故障诊断的ibrb专家系统鲁棒性判定准则；

5、步骤2：在步骤1的基础上，确定ibrb专家系统输入信息转换过程的lipschitz常数；

6、步骤3：在步骤1的基础上，确定ibrb专家系统匹配度计算过程lipschitz常数；

7、步骤4：在步骤3的基础上，确定ibrb专家系统匹配度归一化过程lipschitz常数；

8、步骤5：在步骤4的基础上，确定ibrb专家系统规则融合过程lipschitz常数；

9、步骤6：基于步骤2-步骤5，确定ibrb专家系统整体的lipschitz常数，构建ibrb专家系统效用输出的鲁棒性分析模型，通过整体的lipschitz常数确定ibrb专家系统效用输出的lipschitz常数，实现对实现对航空继电器故障诊断专家系统的鲁棒性分析。

10、优选的，步骤1的ibrb专家系统鲁棒性判定准则具体为：

11、

12、其中，表示ibrb专家系统输出结果中对第n个结论的置信度，表示受扰后的取值，xi(i＝1,...,t)表示ibrb专家系统的第i个输入，x′表示x受扰后的取值，为ibrb专家系统整体lipschitz常数，通过ibrb专家系统各推理步骤的lipschitz常数聚合得到，ibrb的推理步骤包括输入转换、匹配度计算、匹配度归一化和规则融合。

13、优选的，步骤2的ibrb专家系统输入信息转换过程lipschitz常数的确定过程为：

14、步骤2.1：假设x和x′分别表示航空继电器的故障特征输入值和被扰动的故障特征输入值，其中故障特征输入的参考值为{u(a1),...,u(aj),u(aj+1),...,u(aj′),u(aj′+1),...,u(aj)}，其中u(aj)是故障特征输入的参考等级aj的效用；

15、步骤2.2：当u(aj)≤x,x′≤u(aj+1)时，

16、x被转换为：{(a1,0),...,(aj,aj),(aj+1,aj+1),...,(aj,0)}，

17、x′被转换为：{(a1,0),...,(aj,a′j),(aj+1,a′j+1),...,(aj,0)}；

18、此时，lipschitz常数计算为：

19、

20、aj表示输入x被转换后对第j个参考等级的匹配度，a′j为aj的受扰值；因此，当aj＝1,aj+1＝0,a′j＝0,a′j+1＝1或aj＝0,aj+1＝1,a′j＝1,a′j+1＝0时，取到最大值|2/(u(aj+1)-u(aj))|；

21、步骤2.3：当u(aj)≤x≤u(aj+1),u(aj′)≤x′≤u(aj′+1)时，

22、被扰动的输入x′被转换为：{(a1,0),...,(aj′,a′j′),(aj′+1,a′j′+1),...,(aj,0)}；

23、此时，lipschitz常数计算为：

24、

25、则取到最大值|2/(u(aj′)-u(aj))|；

26、步骤2.4：在步骤2.3的情况下，|x′-x|的值大于或等于步骤2.2情况中的值，则有因此，输入变换的lipschitz常数由确定。

27、优选的，步骤3的匹配度计算过程的lipschitz常数为：

28、

29、其中，fmdc为规则匹配度计算函数，表示参考值匹配度。

30、优选的，步骤4的匹配度归一化过程lipschitz常数为：

31、

32、其中，wk表示第k条规则的激活权重，α1、α2和α3分别表示第1、2和第3条规则的匹配度。

33、优选的，步骤5规则融合过程lipschitz常数为：

34、

35、其中，βn,k(n＝1,...,n)表示第k条规则中对结论dn的置信度，表示输出结果对dn的置信度。

36、优选的，步骤6中ibrb专家系统整体lipschitz常数为：

37、

38、优选的，步骤6中ibrb专家系统效用输出的鲁棒性分析模型为：

39、

40、其中，为第n个输出置信度的波动值，u′(s(a*))为受扰的u(s(a*))，u(s(a*))表示故障特征输入信息的效用；

41、ibrb专家系统效用输出时，整体lipschitz常数表示为：

42、

43、其中，u(dn)是ibrb专家系统输出故障结果的参考值，基于此，ibrb专家系统效用输出的lipschitz常数通过以下公式确定：

44、

45、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

46、从理论上给出了基于ibrb的航空继电器故障诊断专家系统鲁棒性定量分析方法，可实现对ibrb关键推理环节鲁棒性的具体分析，为ibrb解决受扰环境下的航空继电器故障诊断提供了技术支撑，有效提高了航空继电器故障诊断过程的可靠性和结果的可信性。一是基于函数的lipschitz稳定条件构建了曼哈顿距离测度下ibrb鲁棒性判定准则；二是区分ibrb的输入信息转换、匹配度计算、匹配度归一化以及规则融合四个步骤给出了其lipschitz常数获取方法；三是基于前述结果给出了ibrb专家系统整体lipschitz常数确定方法，实现了对ibrb专家系统鲁棒性的定量分析。