引言

工程機械作為裝備工業(yè)特別是道路工程施工企業(yè)的重要部分,主要用于綜合性的機械化土方作業(yè)。對施工單位來說,工程裝備的狀況決定了企業(yè)能否正常生產(chǎn)。而工程機械中通常以柴油發(fā)動機驅(qū)動的液壓傳動為執(zhí)行機構(gòu),故液壓系統(tǒng)和發(fā)動機能否正常工作決定了工程機械的生產(chǎn)效率。而傳統(tǒng)檢測中通過表面現(xiàn)象和聲響特征等手段不容易準(zhǔn)確地判斷出液壓系統(tǒng)在工作過程中故障發(fā)生的部位和原因:有時還會憑個人經(jīng)驗判斷故障,此過程獲取的信息量也有限。

隨著新興技術(shù)的涌現(xiàn)與發(fā)展,工程機械的自動化水平提高,各種工作工況信息表現(xiàn)形式歸于統(tǒng)一,采集故障信息的方法與手段日益豐富,從而所產(chǎn)生的信息量也隨之增加,所需處理的數(shù)據(jù)也變得十分巨大。通過人工來分析處理這些故障表征和提出解決方案顯然不現(xiàn)實,因此要提高設(shè)備故障診斷的自動化、智能化程度,就必須進行有效的信息獲取。對此,人工智能如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法等策略在國內(nèi)外的故障識別與診斷中采用較多。工程機械工況復(fù)雜,導(dǎo)致其故障類型多樣,因而故障原因和原理也復(fù)雜多變,傳感器故障、信號丟失、安裝誤差和傳輸錯誤等,都可導(dǎo)致故障檢測不完整、不精確,即傳統(tǒng)診斷系統(tǒng)的容錯能力非常有限。

在傳統(tǒng)的故障診斷領(lǐng)域,采用的故障診斷控制的精確與否是影響診斷過程優(yōu)劣的最關(guān)鍵因素,整個診斷系統(tǒng)反饋的信息越詳細(xì),則越能達(dá)到精確檢測故障的目的。由于現(xiàn)有工程機械狀況復(fù)雜多變,且系統(tǒng)中變量較多,本文進一步加強對故障診斷機理的研究,將工程系統(tǒng)的動態(tài)變量進行簡化,利用模糊控制策略,達(dá)到精確檢測故障的目的,解決了傳統(tǒng)檢測手段檢測效率低的問題,提高了檢測結(jié)果的精確性和可靠性,有利于及時排除故障。

1模糊控制檢測原理

模糊控制理論是將經(jīng)典集合理論模糊化,并將語言變量和近似推理引入模糊控制邏輯中。模糊控制是利用模糊數(shù)學(xué)的基本思想和理論,以模糊集理論、模糊語言變量和模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的一種智能控制方法。通過設(shè)置合適的隸屬函數(shù)和模糊關(guān)系矩陣,對故障和征兆的不確定關(guān)系進行判定,從而在技術(shù)上實現(xiàn)故障的智能檢測與診斷。該方法對所建立的數(shù)學(xué)模型沒有較高的要求,通過采用合理的隸屬函數(shù)和模糊規(guī)則,即可依靠故障狀況對故障發(fā)生原因進行推理,從而實現(xiàn)對故障發(fā)生現(xiàn)象采用模糊控制策略進行診斷。

在模糊故障診斷中,采用合適的隸屬函數(shù),并選擇具有代表性的特征值是實現(xiàn)故障正確診斷的關(guān)鍵。將測量得到的被控對象的狀態(tài)經(jīng)過模糊化接口轉(zhuǎn)換為用人類自然語言描述的模糊量,而后根據(jù)人類的語言控制規(guī)則,經(jīng)過模糊推理輸出得到控制量的模糊取值,控制量的模糊取值再經(jīng)過清晰化接口轉(zhuǎn)換為執(zhí)行機構(gòu)能夠接收的精確量。

模糊控制的具體流程化原理如圖1所示。

2模糊控制檢測系統(tǒng)設(shè)計

由圖1可知,模糊控制器包含模糊化接口、知識庫、決策邏輯、去模糊化接口等部分。輸入到模糊控制器中的變量是系統(tǒng)設(shè)定值與過程實測變量之差值偏差量e,它是確定數(shù)值的清晰量,用模糊語言e來描述偏差。模糊控制器的輸出變量是實時修正后的控制變量模糊量u,模糊量u在模糊控制器推理時,系統(tǒng)實施控制將其轉(zhuǎn)化為清晰值,因此要對模糊變量進行清晰化處理,從而得到可供機器識別的確定值u。在整個模糊控制器控制過程中,隸屬度函數(shù)的選取可通過u的調(diào)整來控制,從而盡量降低偏差e。邏輯決策規(guī)則是模糊控制檢測系統(tǒng)的核心,也是設(shè)計整個故障診斷系統(tǒng)的主要內(nèi)容。一系列的模糊條件語句構(gòu)成了模糊語言規(guī)則。該語句是模糊推理中的出發(fā)點和得到正確結(jié)論的根據(jù)和基礎(chǔ)。每條模糊條件語句都給出模糊蘊含關(guān)系,即一條控制規(guī)則。假設(shè)有n條不同的模糊規(guī)則,則賦予其n個不同的模糊蘊含關(guān)系(i=1,2,…,n）,然后做并運算,構(gòu)成系統(tǒng)總的模糊蘊含關(guān)系:

確定模糊控制器為單變量二維模糊控制器,定義輸入、輸出模糊集對誤差e、誤差變化ec及控制量u的模糊集及其論域,e、ec和u的模糊集均為:（NB,NM,NS,Z0,PS,PM,PB）,e、ec、u的論域均為（-6,-4,-2,0,2,4,6）。在Mat1ab軟件中構(gòu)建如圖2所示的誤差隸屬度函數(shù),如圖3所示的誤差變化隸屬度函數(shù),如圖4所示的輸出隸屬度函數(shù)。

在Matlab中simulink環(huán)境下搭建模糊控制系統(tǒng),搭建模型結(jié)果如圖5所示。

將故障原因集為非空時的結(jié)果作為模糊控制器的輸出診斷結(jié)果集,模糊控制診斷結(jié)束。模糊控制器故障診斷流程如圖6所示。

以發(fā)動機異響為例,對于工程機械來說,由于工程機械的作業(yè)速度緩慢,柴油發(fā)動機轉(zhuǎn)速一旦降低,就會產(chǎn)生異響信號,按流程圖所述,將異響信號預(yù)處理后轉(zhuǎn)化為故障代碼,將現(xiàn)象模糊化,變?yōu)槟：兞枯斎氲焦收蠋熘?經(jīng)過故障庫的搜索,并通過模糊邏輯規(guī)則找出對應(yīng)原因的故障代碼,然后將該代碼經(jīng)清晰化后,放入故障集中,最后給出診斷結(jié)果報告,提醒操作人員維修發(fā)動機。

3結(jié)語

綜上所述,傳統(tǒng)工程機械維修人員應(yīng)在已有故障診斷技術(shù)的基礎(chǔ)上,借助新型模糊控制器故障診斷這一先進技術(shù),科學(xué)全面地進行工程機械的故障診斷、排除、維修,并結(jié)合自身經(jīng)驗共同查明造成故障現(xiàn)象的明確原因,從而及時、有效、合理地解決所發(fā)生的故障,提高工程機械的維修效率,降低傳統(tǒng)維修過程的成本。模糊控制技術(shù)在故障診斷方面的應(yīng)用,使故障檢測過程更加高效與準(zhǔn)確,在整個工程機械領(lǐng)域各種機械的故障診斷方面具有十分廣泛的實用價值。