唐香珺TANG Xiang-jun；尹曉春YIN Xiao-chun；關(guān)珍貞GUAN Zhen-zhen；趙芳ZHAO Fang

（石家莊軍械工程學(xué)院，石家莊 050003）

（Ordnance Engineering College，Shijiazhuang 050003，China）

0 引言

隨戰(zhàn)爭(zhēng)發(fā)展起來的液壓技術(shù)由于其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，在世界各國(guó)各行業(yè)的裝備中得到了廣泛的應(yīng)用，當(dāng)然在現(xiàn)代各型車輛中也不例外。但液壓系統(tǒng)一旦出現(xiàn)故障，很難診斷。若車輛中液壓系統(tǒng)的故障不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并排除，勢(shì)必影響車輛正常的使用。為減少液壓系統(tǒng)故障診斷的盲目性以及拆裝工作量，本文結(jié)合某型車輛輸送機(jī)構(gòu)典型液壓故障，提出了一種基于模糊控制理論的新型液壓系統(tǒng)故障診斷方法。

1 某型車輛輸送機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)模糊故障診斷模型

1.1 典型故障現(xiàn)象及故障原因 輸送機(jī)構(gòu)是某型車輛的重要組成部分，其主要功能是將車載物品輸送至車輛物品出口處，為物品的向外卸載做好準(zhǔn)備。輸送機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)主要由液壓泵、液壓馬達(dá)、電磁換向閥、儲(chǔ)油罐、電機(jī)等組成，在工作過程中其典型故障現(xiàn)象為輸送不到位或輸送過程欠速，輸送不到位故障原因主要有以下幾種：電機(jī)故障；雙聯(lián)泵故障；液壓馬達(dá)故障；電磁換向閥故障；油液泄漏量較大；油液雜質(zhì)較多；儲(chǔ)液罐液位過低。輸送過程欠速的故障原因主要有以下幾種：電機(jī)故障；雙聯(lián)泵故障；液壓馬達(dá)故障；油液泄漏量較大；系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)入空氣；油液粘度較低。由于液壓系統(tǒng)故障診斷存在著典型的模糊性，考慮利用模糊診斷評(píng)價(jià)方法簡(jiǎn)單的特點(diǎn)來進(jìn)行故障診斷應(yīng)收到良好的效果。

1.2 建立故障征兆集與故障源集 根據(jù)故障征兆是否出現(xiàn)情況，得到故障征兆向量，其中xi=0或1，1 代表故障征兆出現(xiàn)，否則為0。將上述輸送機(jī)構(gòu)在運(yùn)行過程中的兩種典型的故障現(xiàn)象作為故障診斷的故障征兆集，即，其中x1表示輸送不到位；x2表示輸送過程欠速。將故障征兆的自然語言描述用模糊語言變量值及評(píng)價(jià)從屬度來描述，將其語義分為5 檔，輸送不到位的語言變量為：完全不到位、很不到位、較不到位、稍不到位、完全到位，分別對(duì)應(yīng)區(qū)間[1.0，0.8]，[0.8，0.6]，[0.6，0.4]，[0.4，0.2]，[0.2，0]；輸送過程欠速的語言變量為：速度為零、速度很低、速度較低、速度稍低、速度正常，分別對(duì)應(yīng)區(qū)間[1.0，0.8]，[0.8，0.6]，[0.6，0.4]，[0.4，0.2]，[0.2，0]。

輸送機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)故障由1 種或幾種原因引起的，將所有的故障原因作為故障診斷的故障源集，即f={f1，f2，…，fn}，若輸送機(jī)構(gòu)出現(xiàn)輸送不到位和輸送過程欠速兩種故障征兆，其故障源集f={電機(jī)故障f1，雙聯(lián)泵故障f2，液壓馬達(dá)故障f3，電磁閥故障f4，油液泄漏量較大f5，油液雜質(zhì)較多f6，儲(chǔ)液罐液位過低f7，系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)入空氣f8，油液粘度較低f9}。模糊診斷矩陣?R 是表達(dá)輸送機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)故障征兆向量與故障源向量之間因果關(guān)系的，矩陣中每個(gè)元素rij即第i 種征兆xi屬于第j 種故障原因fj的隸屬度，因此隸屬度函數(shù)的確定是模糊診斷中的重要環(huán)節(jié)。由于模糊規(guī)則的制定者在專業(yè)知識(shí)、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)等方面存在著差異，因此對(duì)于同一個(gè)現(xiàn)象，不同的人會(huì)使用不同的確定隸屬度的方法?？紤]到液壓系統(tǒng)的不斷運(yùn)行，由于磨損和疲勞等因素的影響，隸屬度在不同工作狀況而有所不同，本文在基于多因素加權(quán)綜合法構(gòu)建模糊矩陣的基礎(chǔ)上提出了一種以鐵譜技術(shù)為基礎(chǔ)的模糊關(guān)系動(dòng)態(tài)變化的隸屬度確定方法。

1.3 模糊診斷矩陣的構(gòu)造

1.3.1 采用多因素加權(quán)綜合評(píng)判 常用確定隸屬度的方法有兩種：模糊統(tǒng)計(jì)法和專家經(jīng)驗(yàn)法。

模糊統(tǒng)計(jì)法是基于概率統(tǒng)計(jì)的基本原理，對(duì)于n 次試驗(yàn)，u0對(duì)A 的隸屬頻率=。結(jié)合車輛管理部門對(duì)輸送機(jī)構(gòu)故障的維修記錄，由記錄數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)確定隸屬度。

專家經(jīng)驗(yàn)法是根據(jù)專家的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)給出相應(yīng)權(quán)系數(shù)值來確定隸屬函數(shù)的一種方法。為了提高專家經(jīng)驗(yàn)的可信度，找到多位該領(lǐng)域的專家，每位專家根據(jù)經(jīng)驗(yàn)將產(chǎn)生同一故障現(xiàn)象的各個(gè)原因按產(chǎn)生故障的概率從小到大進(jìn)行排序，N 位專家共作出N 種排序數(shù)，將每個(gè)專家的排序數(shù)求和，進(jìn)行歸一化處理，可得到隸屬度bij。這種方法要求專家具有豐富的液壓系統(tǒng)維修經(jīng)驗(yàn)，才能保證經(jīng)驗(yàn)知識(shí)的準(zhǔn)確性。

由于車輛管理部門對(duì)故障統(tǒng)計(jì)方面的數(shù)據(jù)記錄有限，又由于專家主觀判斷難免出現(xiàn)紕漏，為了更為客觀準(zhǔn)確地確定隸屬度值，本文綜合模糊統(tǒng)計(jì)法和專家經(jīng)驗(yàn)法，采用兩種方法分別加權(quán)，綜合得到隸屬度的方法，即多因素加權(quán)綜合評(píng)判法，為了反映各評(píng)判因素的相對(duì)重要程度，對(duì)每個(gè)因素按其重要程度賦予相應(yīng)的權(quán)重：設(shè)模糊統(tǒng)計(jì)權(quán)重為A1，專家經(jīng)驗(yàn)權(quán)重為A2，其中A1≥0，A2≥0，A1+A2=1。則由經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)及專家經(jīng)驗(yàn)的綜合模糊隸屬度為rij=A1aij+A2bij，（i=1，2，…，m；j=1，2，…，n），從而構(gòu)造模糊診斷矩陣?R=（rij）m×n。

1.3.2 建立動(dòng)態(tài)模糊關(guān)系 動(dòng)態(tài)模糊理論是為了適應(yīng)實(shí)際的需要，各因素的相對(duì)權(quán)重和模糊關(guān)系矩陣在評(píng)判對(duì)象不同的發(fā)展階段，做出相應(yīng)的調(diào)整。液壓系統(tǒng)發(fā)生故障的原因有80%～90%是由于油液污染造成的，其中固體顆粒的危害極大，它主要來源于液壓元件在長(zhǎng)期使用過程中零部件的不斷磨損，磨損不僅破壞了液壓元件的密封、增大了泄漏，磨損顆?；烊胗鸵汉筮€會(huì)導(dǎo)致磨損的惡性循環(huán)，使液壓系統(tǒng)產(chǎn)生故障，因此液壓系統(tǒng)故障診斷與定期監(jiān)測(cè)液壓油液中磨損顆粒的形態(tài)、數(shù)量等關(guān)系重大。

通過對(duì)磨損顆粒進(jìn)行鐵譜分析，可以準(zhǔn)確地獲得液壓系統(tǒng)有關(guān)磨損方面的重要信息。它能夠在不拆開系統(tǒng)的情況下報(bào)告其磨損狀態(tài)，反映運(yùn)行情況。因此，通過定期抽檢輸送機(jī)構(gòu)液壓油油樣，進(jìn)行磨粒濃度及形態(tài)分析，可實(shí)現(xiàn)輸送機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)磨損狀態(tài)監(jiān)測(cè)。通常按照鐵譜監(jiān)測(cè)的液壓系統(tǒng)的磨損顆粒大小將系統(tǒng)運(yùn)行分為正常運(yùn)行階段、異常磨損階段、嚴(yán)重磨損階段三個(gè)階段，磨粒尺寸小于屬正常磨損，當(dāng)出現(xiàn)尺寸為的磨粒時(shí)，表明系統(tǒng)已處于嚴(yán)重磨損階段，故障隨時(shí)可能發(fā)生。元件磨損程度不同，說明系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間不同，元件疲勞程度及油液質(zhì)量也就不同，故障原因排序自然會(huì)發(fā)生變化，就以這三個(gè)階段的分隔點(diǎn)作為模糊關(guān)系動(dòng)態(tài)變化的分隔點(diǎn)，根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)，將各個(gè)故障原因在不同階段賦予不同的隸屬度。

1.5 診斷流程（圖1）

圖1 輸送機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)模糊診斷流程圖

2 應(yīng)用實(shí)例

某型車輛在使用過程中發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)輸送機(jī)構(gòu)輸送不到位且速度稍顯不足的故障，采用模糊理論與鐵譜分析相結(jié)合的方法對(duì)該液壓系統(tǒng)故障進(jìn)行診斷，主要步驟如下：

確定故障源集：f={電機(jī)故障f1，雙聯(lián)泵故障f2，液壓馬達(dá)故障f3，電磁閥故障f4，油液泄漏量較大f5，油液雜質(zhì)較多f6，儲(chǔ)液罐液位過低f7，系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)入空氣f8，油液粘度較低f9}。

由鐵譜分析確定系統(tǒng)使用時(shí)間：油液抽樣進(jìn)行鐵譜檢測(cè)，磨粒尺寸小于15μm，屬正常磨損階段?，F(xiàn)有三名專家根據(jù)鐵譜分析結(jié)果，即在正常磨損階段下，分別給出產(chǎn)生故障的各個(gè)原因的概率從小到大的排序數(shù)：

求和歸一化處理得專家經(jīng)驗(yàn)隸屬度：

將統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)隸屬度與專家經(jīng)驗(yàn)隸屬度進(jìn)行綜合加權(quán)，設(shè)專家經(jīng)驗(yàn)權(quán)重為A1，經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)權(quán)重為A2，其中A1≥0，A2≥0，A1+A2=1，則由統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和專家經(jīng)驗(yàn)確定的綜合模糊隸屬度為rij=A1aij+A2bij。由車輛管理隊(duì)長(zhǎng)期積累經(jīng)驗(yàn)確定A1=0.5，A2=0.5，則由

rij=0.5aij+0.5bij得綜合模糊診斷矩陣為：

3 結(jié)論

液壓系統(tǒng)由于其自身的特點(diǎn)，能快速準(zhǔn)確地得到故障原因?qū)嵲诓皇且患菀椎氖虑?。由于車輛液壓系統(tǒng)在故障診斷過程中普遍存在著模糊的概念和方法，將模糊理論應(yīng)用到某型車輛液壓系統(tǒng)故障診斷中?？紤]到液壓系統(tǒng)由于磨損和疲勞等因素的影響，其故障隸屬度在不同工作狀況而有所不同，本文提出了一種基于先期的鐵譜分析技術(shù)來確定系統(tǒng)磨損情況，進(jìn)而由專家根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行狀況來給定模糊隸屬度的方法，最后采用最大隸屬原則進(jìn)行故障診斷，為某型液壓系統(tǒng)故障診斷提供了一種新的方法，提高了診斷的準(zhǔn)確性和可靠性，為建立故障診斷專家系統(tǒng)提供了較有價(jià)值的設(shè)計(jì)思路。

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