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液压系统故障智能诊断方法

发布时间:2018-3-16
  1.基于故障树分析的诊断法
  故障树分析(Fault Tree Analysis,FTA)法是一种图形演绎方法,通过对可能造成囊统故障的各种因素进行分析,画出逻辑框图(故障树),再对系统中发生的故障事件,由总篇至局部按树枝状逐级细化地分析,其目的就是判明基本故障,确定故障原因、故障影响和囊生概率等。故障树分析诊断法的关键是建立故障树,故障树完善与否直接影响分析结果的正确性。因而,需要分析人员对分析系统的设备及运行环境有透彻的理解,将故障症状作为顶,将发生故障的各种因素逐一排列,然后建立故障树的数学模型,对故障树进行定性分蔫和定量计算,给出分析结果。故障树分析法具有直观性和理论性强、逻辑严密等特点。对司个系统而言,一切故障诊断都要先经过某种程度的故障树分析,它是故障诊断系统的基谰也是最有效的手段之一。
  诸多学者对传统故障树分析法进行了多种不同的改进研究。汤国兴用数据库对故障树薏息进行管理,开发了液压故障查询系统。李瑰贤采用正态型函数的LR模糊数来描述模嘲障树各底事件的发生概率,从而确定底事件的发生概率。姚成玉将模糊集合论和可能性嘲引入故障树分析法中,将事件发生概率描述为模糊数和模糊可能性,提出一种基于梯形横I数算术运算的液压机液压系统故障树分析方法。李志勇将模糊逻辑和T—s模糊模型引入故障树I析中,使故障树具有处理模糊信息的能力。
  2.基于模糊逻辑的诊断法
  基于模糊逻辑(Fuzzy Logic,FL)的诊断法是借助模糊数学中的模糊隶属关系提出州种新的诊断方法,它将各种故障及其症状视为两类不同的模糊集合,它们之间的关系用—个模糊关系矩阵来描述。液压系统故障既有确定性的,也有模糊性的,表现为同一故障可能由不同的原因造成,同一故障可能会产生不同的故障症状,不同的故障也可能引起同样的故障症状,多故障并发时故障症状更加复杂。当确定性故障和模糊性故障相互交织、密切关连时,就需要通过探讨液压系统故障的模糊性,寻找与之相适应的诊断方法,才能有利于正确描述故障的真实状态,揭示其本质特征。
  液压系统状态和症状之间存在较为复杂的关系,必须尽可能利用多种症状进行综合诊断才能正确诊断出系统所处的状态——模糊综合诊断,它是根据人利用模糊逻辑能识别事物这一特点形成的,是一种较为科学的诊断方法,其关键是如何定义各种模糊状态向量、模糊症状向量、模糊关系矩阵及选择恰当的模糊逻辑运算模型。王司针对传统模糊逻辑算子的缺陷,提出一个新的模糊逻辑算子——模糊加权综合算子,有效地提高了诊断结果的准确率。周曲珠、杜建宝通过合理建立评价数学模型,对液压系统故障进行智能综合评价,取得了较好效果。杨广将液压系统看做灰色系统,提出了一种基于模糊隶属函数的模糊灰色关联诊断模型。
  3.基于案例推理的诊断法
  案例是能导致特定结果的一系列特征属性的集合,其表示就是对一次故障的具体情况尽可能地进行详细描述,对故障的各种属性进行合理划分,以便获得故障的完整资料。案例的组织是在案例表示的基础上,根据案例的特征和检索的需要,对案例进行整理和归类。基于案例推理(Case-based Reasoning,CBR)是用案例来表达知识并把问题求解和学习相融合的一种推理方法。由于案例推理接近于人类认识、解决问题最原始的思维方式,具有在无法获取机理模型、确定规则或统计模型时,采用历史相似性实现问题的定量求解和预测的特点。因此,将CBR技术用于故障诊断,通过回忆以前曾经成功解决过的相似问题,比较新、旧问题发生背景和条件等差异,经过一系列的调整、修改后,重新使用以前的知识和信息,提出解决当前问题的方案。关键是如何建立一个有效的案例索引机制与案例组织方式。CBR具有以下优点。
  ①利用案例中隐含的难以规则化的知识,弥补规则推理的不足。
  ②案例的获取比规则的获取容易,较好地解决了“知识获取”的瓶颈问题。
  ③对过去的求解结果进行复用,提高对新问题的求解效率。
  ④有有持续不断的学习能力。
  因此,CBR可以缩短问题求解途径,提高推理效率,在一定程度上弥补目前专家系统和神经网络系统等多数智能诊断系统的不足,为解决复杂设备故障诊断提供了一条新的途径。
  丁贤林在液压系统的故障诊断中将系统的特征信号作为案例推理的特征。王东、张琦、李希红分别将CBR技术应用于不同液压系统的故障诊断,均取得了较好的效果。
  4.基于神经网络的诊断法
  基于神经网络(Neural Network,NN)的诊断法是利用神经网络具有非线性和自学习以及并行计算能力的特点,对液压系统的故障进行诊断。其具体应用方式有:从模式识别角度应用神经网络作为分类器进行液压系统故障诊断;从故障预测角度应用神经网络作为动态模型进行液压系统故障预测;从检测故障的角度应用神经网络得到残差进行液压系统故障检测。
  由于液压系统故障的特征、原因普遍存在不确定性,而神经网络诊断方法存在故障判断中非此即彼的绝对性,往往与实际不符,所以需要对诊断法进行改进或结合其他诊断法,构造新的诊断方法,以克服传统神经网络诊断的绝对性。
  学者们对基于神经网络的诊断方法研究较多。黄志坚将模糊逻辑与神经网络相结合,从症状和故障源两个方面对故障进行诊断,然后综合两个诊断结论,利用神经网络修正误差,在应用中不断优化、缩短学习过程。王益群利用神经网络对模糊推理模型进行训练来提高诊断的准确率,并可对未知的知识进行学习和补充。张若青采用输出递归网络模型对某液压位置伺服系统进行故障检测。杜文正将LVQ网络用于液压系统故障诊断。耿志强利用粗糙集理论对决策信息表进行简化,导出诊断规则,输入神经网络进行训练学习,实现液压系统故障在线诊断。石红雁把高阶统计量和模糊神经网络结合起来,形成高阶统计量模糊神经网络方法,可有效诊断液压机液压系统早期故障。姜万录提出了神经网络和证据理论融合的故障诊断方法,提高了故障诊断的准确率。舒服华提出基于减聚法的径向基函数(RBF)神经网络故障诊断方法,有效解决了故障与征兆关系的非线性和复杂性、故障信号的重叠和噪声干扰等问题,能有效提高故障诊断的可靠性和效率。郭垄建立了适合复杂系统故障诊断的复合神经网络结构。傅连东将BP神经网络与遗传算法结合起来,建立了遗传神经网络模型,并结合数据库技术开发出液压AGC故障智能诊断平台。郭刚提出无线网络和BP神经网络相结合的液压系统故障诊断方案。聂光玮将神经网络集成和模糊逻辑结合,采用Gauss型随机函数作为个体网络训练集的随机采样函数,采用动态加权平均方法构成结论结合方式,构成一个液压系统故障诊断的神经网络集成模型结构。贺湘宇提出了基于NARX(非线性有源自回归)网络模型的液压系统故障检测方法。该方法首先建立系统正常状态下的NARX辨识模型,通过辨识模型获取系统故障状态样本的模型残差;然后运用序贯概率比检验对残差进行假设检验,以检测系统的故障状态。随后,贺湘字提出了基于RBF神经网络和有源自回归(ARX)模型的故障诊断方法。该方法以ARX模型自回归系数作为系统故障特征,以RBF网络作为故障分类器对故障特征进行分类,判断系统的故障类型和状态。陆跃平运用模糊控制器原理设计了模糊一神经故障诊断系统,引入RBF神经网络作为系统的推理机,运用了带置信度的改进算法。李大磊提出了一种减聚类RBF神经网络的液压系统故障诊断方法。该方法采用一种减聚类的学习算法来确定径向基函数的相应参数,借助最速下降法求解网络的权值,使网络结构得到优化。
  5.基于专家系统的诊断法
  专家系统是一种基于知识的应用软件系统,从领域专家那里获得专业知识,用来解决只有专家才能解决的困难问题,主要用于没有精确数学模型或很难建立数学模型的复杂系统。基于专家系统的诊断法,利用知识的永久性、共享性和易于编辑等特点,以及知识的解释能力,结合神经网络所具有的容错能力、学习功能、联想记忆功能、分布式并行信息处理,实现故障的诊断。
  液压系统的故障诊断和排除需要应用大量独特的专家实践经验和诊断策略,而且某些故障的外在表现往往与多种潜在故障有关,症状与原因之间存在各种各样的重叠和交叉,很难实现量化测量,再加上液压系统本身结构、原理复杂,往往给故障诊断带来不便。将专家系统应用于液压系统的故障诊断则是非常有效的措施。
  液压机液压系统故障诊断专家系统以先进传感技术与信号处理技术为基础,通过用户接口将故障现象输入计算机;计算机根据输入的故障现象及知识库中的知识,按推理机中存放的推理方法,推理出故障原因,并提出维修和预防措施。近年来,许多学者在液压故障诊断专家系统方面开展了大量的研究工作。
  杨军研究了基于模糊神经网络专家系统的故障诊断方法。王益群将专家系统、模糊诊断理论和神经网络理论相结合,对模糊推理与神经网络协作方法进行了结构改进,开发了液压厚度自动控制(AGC)系统故障诊断专家系统软件。该系统利用模糊推理解决系统故障的实时性问题,并可对未知的知识进行学习和补充。王学林提出并实现了一种用卡诺图来简化专家系统规则库、消除异常的方法。姜华设计了基于Web的液压系统故障诊断专家系统,发挥了Internet收集、共享知识和数据的优势。汪繁荣对模糊推理控制策略进行改进,开发了模糊专家系统。王秉仁开发了基于模糊逻辑的液压卷扬机故障诊断专家系统。洪少春从二叉树推理、液压系统故障的特点、推理机理、软件重用和知识获取及管理等方面进行分析和探索,提出了一种新型的专家系统设计思路。胡良谋针对机、电、液高度耦合的某型四余度舵机,提出了一种基于模糊诊断法和神经网络诊断法的专家系统故障诊断方法,将系统分为元件、部件及系统三种不同层次的故障诊断问题,分别建立了模糊故障诊断模型和BP神经网络故障诊断模型。司癸卯提出了一种将模糊逻辑、专家系统、远程服务及检测系统结合起来,形成一种新型的专家系统的设计思路。余世林开发了基于案例推理技术的专家系统。吴定海实现了故障树与专家系统解释功能的结合,较好地解决了专家系统知识获取的“瓶颈”问题。乔文刚将模糊控制理论与专家系统相结合,实现对故障的数据采集、监控、报警及诊断一体化功能,开发了液压系统故障监测与诊断专家系统软件平台。周永涛、张志永利用XML和 JSP技术,开发了分布式液压系统故障诊断系统。周汝胜提出了故障诊断二叉树的概念,研究了将诊断流程图转化成故障诊断二叉树的方法,并在此基础上设计了基于故障诊断二叉树的故障推理机和基于二叉树前序遍历的故障解释机制。液压机锁紧回路及其使用与维修
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