大型望远镜控制系统中的故障处理系统的设计

摘要

为了满足我们对深空知识的渴求，现代天文望远镜的口径越来越大，硬件结构日趋复杂，安置地点也从地面向极地甚至太空延生。而这种发展趋势也使望远镜的维护困难，运行成本提高。为了方便工程人员维护，提高望远镜运行效率，降低观测成本，本文设计了针对大型望远镜控制系统的故障处理系统。该系统可用于帮助工程人员定位望远镜故障原因，获取关于故障的全面信息，提供故障解决辅助建议，甚至在某种程度上预警故障的出现。
　　本文首先分析了现代天文望远镜的发展趋势，总结故障处理系统提出的背景并分析其对于大型望远镜控制系统的必要性。随后基于面向对象的程序设计与软件框架的方法对故障处理系统进行整体设计，并提出设计中所需考虑的几个问题。
　　随后详细分析了故障处理系统中各个模块的详细设计，包括分布式日志服务、智能诊断专家系统和故障状态3D显示模块。
　　其中智能诊断专家系统从整体设计出发，分别详细说明了故障树分析法和神经网络方法，以及基于这两种方法的智能诊断模块的设计和处理流程，同时针对这两种方法提出了改进分析。并通过对两种智能诊断专家系统的仿真数据测试，从测试的角度证明这两种方法用于故障诊断处理的可行性。
　　最后总结了本文的创新性，包括:
　　(1)以面向对象的软件框架方法设计了故障处理系统，满足可重用、模块化、可扩张等要求。
　　(2)设计了一个满足分布式需求的日志服务，不仅可在故障处理系统中使用，还可以用于所有需要日志服务的分布式系统中。
　　(3)设计了一个可使用故障树方法和神经网络方法两种不同方法的智能诊断专家系统，并通过测试验证其可行性。
　　(4)设计了基于OpenGL的故障状态3D显示模块，该模块不仅可用于故障处理系统，也可作为别的大型控制系统提供了一种新的信息交互手段。
　　同时总结了未来可从向更泛化的软件框架、建立更精确的故障树模型和神经网络拓扑结构、寻找更多故障诊断方法等角度进行更深入的研究。

目录

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摘要

第1章 引言

1．1 现代天文望远镜发展趋势

1．2 故障处理系统

第2章 故障处理系统构架设计

2．1 面向对象的软件框架设计

2．1．1 面向对象程序设计与软件框架

2．1．2 Rational统一过程

2．1．3 面向对象的软件框架需要解决的问题

2．2 故障处理系统的4+1视图设计

2．3 本章小结

第3章 分布式日志服务

3．1 基于分布式结构的消息传递机制

3．1．1 远程过程调用中间件

3．1．2 基于发布-订阅模型的日志传递机制

3．2 分布式日志服务设计

3．2．1 日志信息格式设计

3．2．2 针对分布式特点的日志提供者

3．2．3 日志中心存储数据库

3．2．4 日志记录流程

3．3 本章小结

第4章 智能诊断专家系统

4．1 专家系统概述

4．2 智能诊断专家系统整体设计

4．3 基于故障树分析法的故障诊断方法模块

4．3．1 故障树分析法

4．3．2 故障树建树及推理方法

4．3．3 故障树方法诊断模块设计

4．3．4 故障树方法的改进

4．4 基于人工神经网络的故障诊断方法模块

4．4．1 人工神经网络

4．4．2 误差反向传播算法

4．4．3 神经网络方法诊断模块设计

4．5 本章小结

第5章 故障状态3D显示模块

5．1 3D图形库OpenGL

5．2 故障状态3D显示模块结构设计

5．2．1 用户交互界面

5．2．2 3D显示组件

5．3 3D显示下的用户交互

5．3．1 视角旋转交互

5．3．2 3D场景中的对象选取

5．3．3 故障状态3D显示模块效果

5．4 本章小结

第6章 故障诊断方法模块的测试

6．1 故障树诊断模块的测试

6．2 神经网络诊断模块的测试

6．3 本章小结

第7章 总结与展望

参考文献

附录

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的研究成果