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。而工程機械中通常以柴油發(fā)動機驅動的液壓傳動為執(zhí)行機構,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:有時還會憑個人經驗判斷故障,此過程獲取的信息量也有限。

隨著新興技術的涌現(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,從而所產生的信息量也隨之增加,所需處理的數據也變得十分巨大。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,人工智能如神經網絡、遺傳算法等策略在國內外的故障識別與診斷中采用較多。工程機械工況復雜,導致其故障類型多樣,因而故障原因和原理也復雜多變,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)劣的最關鍵因素,整個診斷系統(tǒng)反饋的信息越詳細,則越能達到精確檢測故障的目的。由于現(xiàn)有工程機械狀況復雜多變,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學的基本思想和理論,以模糊集理論、模糊語言變量和模糊邏輯推理為基礎的一種智能控制方法。通過設置合適的隸屬函數和模糊關系矩陣,對故障和征兆的不確定關系進行判定,從而在技術上實現(xiàn)故障的智能檢測與診斷。該方法對所建立的數學模型沒有較高的要求,通過采用合理的隸屬函數和模糊規(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,并選擇具有代表性的特征值是實現(xiàn)故障正確診斷的關鍵。將測量得到的被控對象的狀態(tài)經過模糊化接口轉換為用人類自然語言描述的模糊量,而后根據人類的語言控制規(guī)則,經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過清晰化接口轉換為執(zhí)行機構能夠接收的精確量。

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)設定值與過程實測變量之差值偏差量e,它是確定數值的清晰量,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,隸屬度函數的選取可通過u的調整來控制,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,也是設計整個故障診斷系統(tǒng)的主要內容。一系列的模糊條件語句構成了模糊語言規(guī)則。該語句是模糊推理中的出發(fā)點和得到正確結論的根據和基礎。每條模糊條件語句都給出模糊蘊含關系,即一條控制規(guī)則。假設有n條不同的模糊規(guī)則,則賦予其n個不同的模糊蘊含關系(i=1,2,…,n）,然后做并運算,構成系統(tǒng)總的模糊蘊含關系:

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軟件中構建如圖2所示的誤差隸屬度函數,如圖3所示的誤差變化隸屬度函數,如圖4所示的輸出隸屬度函數。

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

將故障原因集為非空時的結果作為模糊控制器的輸出診斷結果集,模糊控制診斷結束。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)動機轉速一旦降低,就會產生異響信號,按流程圖所述,將異響信號預處理后轉化為故障代碼,將現(xiàn)象模糊化,變?yōu)槟：兞枯斎氲焦收蠋熘?經過故障庫的搜索,并通過模糊邏輯規(guī)則找出對應原因的故障代碼,然后將該代碼經清晰化后,放入故障集中,最后給出診斷結果報告,提醒操作人員維修發(fā)動機。

3結語

綜上所述,傳統(tǒng)工程機械維修人員應在已有故障診斷技術的基礎上,借助新型模糊控制器故障診斷這一先進技術,科學全面地進行工程機械的故障診斷、排除、維修,并結合自身經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。模糊控制技術在故障診斷方面的應用,使故障檢測過程更加高效與準確,在整個工程機械領域各種機械的故障診斷方面具有十分廣泛的實用價值。