基于模糊邏輯的發(fā)動(dòng)機(jī)噴油器故障msf診斷方法

發(fā)動(dòng)機(jī)噴油器不僅決定了噴油的質(zhì)量、油注入和散熱器的配合，還影響噴油的特性（噴油時(shí)間、噴油延續(xù)時(shí)間和噴油規(guī)律）。直接影響機(jī)車(chē)的性能指數(shù)。由于其工作條件極為惡劣,它不僅要受高壓燃油的作用,而且還有急速撞擊,同時(shí)長(zhǎng)期在高溫高壓下工作,很容易發(fā)生故障。傳統(tǒng)的基于燃油壓力的診斷方法,由于單一傳感器信息反映故障的模糊性和不確定性,診斷精度較低,一般只有80%左右。針對(duì)反映發(fā)動(dòng)機(jī)噴油故障的氣缸壓力信息、缸蓋振動(dòng)信息和燃油壓力信息具有冗余性和互補(bǔ)性等特點(diǎn),利用故障與征兆之間的模糊對(duì)應(yīng)、不確定關(guān)系,以及多傳感器信息融合的冗余性和穩(wěn)定性,提出一種基于模糊邏輯的發(fā)動(dòng)機(jī)噴油器故障MSF診斷方法,將會(huì)為提高噴油器故障診斷精度提供一條有效途徑。1模糊集合論和模糊推理Zadeh于1965年提出的模糊集合和隸屬度的概念,將經(jīng)典集合擴(kuò)展到模糊集合。并形成了一套模糊集合論和模糊推理方法。這種方法是用模糊集合和隸屬度去刻劃系統(tǒng)的非線性和不確定性問(wèn)題。1.1模糊推理中含運(yùn)算的函數(shù)ab的定義大前提:如果x是A,那么y是B;小前提:現(xiàn)在x是A′;B′=A′。(A→B)。結(jié)論:那么y是B′=A′。(A→B)。即結(jié)論B′可用A′與由A到B的推理關(guān)系進(jìn)行合成而得到,其中的算子“。”表示合成運(yùn)算(A→B)是蘊(yùn)含運(yùn)算,表示由A到B進(jìn)行推理的關(guān)系或者條件,有時(shí)(A→B)也可寫(xiě)成RA→B,其隸屬函數(shù)被定義為:μA→B(x,y)=μA(x)→μB(y)那么B′=A′。(A→B)的隸屬函數(shù)為:μB′(y)=∨x{μA′(x)∧[μA(x)→μB(y)]}μB′(y)=∨x{μA′(x)∧[μA(x)→μB(y)]}(1)在模糊邏輯推理中,蘊(yùn)含運(yùn)算(A→B)有多種定義,在此采用在模式識(shí)別中用得最多的Mamdani方法。Mamdani把(A→B)定義成:(A→B)=A∧B那么其隸屬函數(shù)為:μA→B(x,y)=μA(x)→μB(y)=[μA(x)∧μB(y)](2)把(A→B)=A∧B代入式(2),則推理結(jié)論B′的隸屬函數(shù)就為:μB′(y)=∨x{μA′(x)∧μA→B(x?y)}=∨x{μA′(x)∧[μA(x)→μB(y)]}=μB′(y)=∨x{μA′(x)∧μA→B(x?y)}=∨x{μA′(x)∧[μA(x)→μB(y)]}=α∧μB(y)(3)式(3)中的α=∨x{μA′(x)∧μA(x)}α=∨x{μA′(x)∧μA(x)}是指模糊集合A′與A交集的高度,可以表示為α=Height(A′∩A),可以看成A′對(duì)A的適配程度,即隸屬度。1.2mamdni推理的并集形式多輸入多規(guī)則的一般形式為:如果A1且B1,那么C1否則如果A2且B2,那么C2???否則如果An且Bn,那么Cn現(xiàn)在A′且B′結(jié)論那么C′這里Ai和A′、Bi和B′、Ci和C′分別是不同論域X、Y、Z上的模糊集合。“Ai且Bi”的英語(yǔ)表示式是“AiANDBi”,其意義是:μAiandBi(x,y)=μAi(x)∧μBi(y)“如果Ai且Bi,那么Ci”的數(shù)學(xué)表達(dá)式是:μAi(x)∧μBi(y)→μCi(z)(4)若用Mamdani推理方法,就用Mamdani蘊(yùn)含定義(A→B)=A∧B作代換,就變成[μAi(x)∧μBi(y)]∧μCi(z)。在Mamdani推理方法中“否則”的意義是“OR”即“或”,在推理計(jì)算過(guò)程中可寫(xiě)成并集形式。由此推理結(jié)果為:C′=(A′ANDB′)。{[(A1ANDB1)→C1]∪…[(AnANDBn)→Cn]}={(A′ANDB′)。[(A1ANDB1)→C1]}∪…∪{(A′ANDB′)。[(AnANDBn)→Cn]}=C′1∪C′2∪…∪C′n(5)式中:C′i=(A′ANDB′)。[(AiANDBi)→Ci]=[A′。(Ai→Ci)]∩[B′。(Bi→Ci)],(i=1,2,…,n)。其隸屬度函數(shù)為:μC′i(z)=∨x{μA(x)∧[μAi(x)∧μCi(z)]}∩∨x{μB(y)∧[μBi(y)∧μCi(z)]}=∨x{μA(x)∧μAi(x)}∧μCi(z)∩∨x{μB(y)∧μBi(y)}∧μCi(z)=(αAi∧μCi(z))∩(αBi∧μCi(z))=αAi∧αBi∧μCi(z)(i=1?2,??n)(6)μC′i(z)=∨x{μA(x)∧[μAi(x)∧μCi(z)]}∩∨x{μB(y)∧[μBi(y)∧μCi(z)]}=∨x{μA(x)∧μAi(x)}∧μCi(z)∩∨x{μB(y)∧μBi(y)}∧μCi(z)=(αAi∧μCi(z))∩(αBi∧μCi(z))=αAi∧αBi∧μCi(z)(i=1?2,??n)(6)如果有兩條兩輸入的規(guī)則,那么得到兩個(gè)結(jié)論:μC1(y)=αA1∧αB1∧μC1(z)(7)μC2(y)=αA2∧αB2∧μC2(z)(8)2振動(dòng)信號(hào)特征在某12缸發(fā)動(dòng)機(jī)噴油器上設(shè)置5種故障,分別是噴孔堵塞、針閥卡滯、彈簧斷裂、針閥開(kāi)啟壓力過(guò)低(14.7MPa)、針閥開(kāi)啟壓力過(guò)高(25.48MPa),用B&K加速度傳感器測(cè)取右6缸的缸蓋振動(dòng)信號(hào),用AVL公司生產(chǎn)的夾持式壓力傳感器測(cè)取高壓油管壓力信號(hào),對(duì)振動(dòng)信號(hào)利用載荷識(shí)別技術(shù),識(shí)別出氣缸壓力并提取兩個(gè)特征值,pmax為最大氣缸壓力,φpmax為最大壓力角(最大壓力點(diǎn)到上止點(diǎn)的曲軸轉(zhuǎn)角),振動(dòng)信號(hào)3個(gè)特征值,低階小波包序列中段能量E1,中階小波包序列后段能量E2,中階小波包序列前段能量E3。其中:E1反映了振動(dòng)信號(hào)特征頻帶為0～2.5kHz,時(shí)間由燃爆響應(yīng)開(kāi)始到結(jié)束這個(gè)范圍內(nèi)的能量,即由缸內(nèi)燃燒氣體壓力產(chǎn)生的低頻激振能量:E2反映了振動(dòng)信號(hào)特征頻帶為2.5～8.75kHz,時(shí)間由燃爆響應(yīng)開(kāi)始到結(jié)束這個(gè)范圍內(nèi)的能量,即由缸內(nèi)燃燒氣體壓力產(chǎn)生的高頻激振能量;E3反映了振動(dòng)信號(hào)特征頻帶為3.75～8.75kHz,時(shí)間由噴油器落座沖擊開(kāi)始到結(jié)束點(diǎn)這個(gè)范圍內(nèi)的能量,即由噴油器針閥落座沖擊產(chǎn)生的高頻激振能量。燃油壓力波形也選取3個(gè)特征參數(shù),最大油壓pymax,噴油提前角αp(開(kāi)始噴油點(diǎn)到上止點(diǎn)的曲軸轉(zhuǎn)角)和脈沖因子If。If=max(x)?min(x)1N∑n=1N|x|Ιf=max(x)-min(x)1Ν∑n=1Ν|x|式中:x為油壓信號(hào)。6種狀態(tài)(含正常狀態(tài),針閥開(kāi)啟壓力為20.58MPa)下的8個(gè)特征值如表1所示(經(jīng)10次平均)。3單傳感器檢測(cè)結(jié)果把表1所示的8個(gè)特征參數(shù)融合到模糊邏輯推理診斷系統(tǒng)中來(lái),根據(jù)實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì),分別建立8個(gè)特征的隸屬度函數(shù)和6種狀態(tài)的輸出隸屬度函數(shù)。并建立模糊推理規(guī)則如下:(1)如果:{[最大燃燒壓力“正常”]“且”[最大爆發(fā)角“正常”]“且”[E1“正常”]“且”[E2“正常”]“且”[E3“正常”]“且”[最大油壓“正常”]“且”[供油提前角“正常”]“且”[脈沖因子“高”]}則:狀態(tài)正常。(2)如果:{[最大燃燒壓力“很低”]“且”[最大爆發(fā)角“正常”]“且”[E1“較低”]“且”[E2“很大”]“且”[E3“很大”]“且”[最大油壓“較高”]“且”[供油提前角“正常”]“且”[脈沖因子“中”]}則:噴油器堵塞。(3)如果:{[最大燃燒壓力“很低”]“且”[最大爆發(fā)角“正常”]“且”[E1“較低”]“且”[E2“很小”]“且”[E3“很小”]“且”[最大油壓“較高”]“且”[供油提前角“正常”]“且”[脈沖因子“低”]}則:噴油器針閥卡滯。(4)如果:{[最大燃燒壓力“較低”]“且”[最大爆發(fā)角“正常”]“且”[E1“較低”]“且”[E2“較低”]“且”[E3“很低”]“且”[最大油壓“很低”]“且”[供油提前角“正常”]“且”[脈沖因子“較低”]}則:彈簧斷裂。(5)如果:{[最大燃燒壓力“正常”]“且”[最大爆發(fā)角“正常”]“且”[E1“較低”]“且”[E2“較低”]“且”[E3“較低”]“且”[最大油壓“較低”]“且”[供油提前角“正常”]“且”[脈沖因子“較高”]}則:噴油器針閥開(kāi)啟壓力低。(6)如果:{[最大燃燒壓力“較低”]“且”[最大爆發(fā)角“正常”]“且”[E1“較低”]“且”[E2“較低”]“且”[E3“較低”]“且”[最大油壓“大”]“且”[供油提前角“較小”]“且”[脈沖因子“較低”]}則:噴油器開(kāi)啟壓力高。多傳感器信息融合模糊推理診斷結(jié)果與單傳感器診斷結(jié)果對(duì)比如表2所示。從表2可以看出,信息融合后的故障識(shí)別率明顯提高,堵塞、彈簧斷裂、開(kāi)啟壓力過(guò)低和