電液伺服閥故障模糊診斷及學習方法研究

1、PAGE PAGE 15Evaluation Warning: The document was created with Spire.Doc for .NET.伺服閥故障模糊診斷及學習方法研究11 廣東省教育廳自然科學基金資助項目，項目號：2000-60黃志堅（廣州珠江鋼鐵有限責任公司 廣東廣州 510730）摘要 本本文提出出一種電電液伺服服閥故障障模糊綜綜合評判判方法，其其基本依依據是：當故障障yi出現(xiàn)時時常出現(xiàn)現(xiàn)癥狀xxj，且當當癥狀xxj出現(xiàn)時時常出現(xiàn)現(xiàn)故障yyi，則故故障yi發(fā)生的的可能性性大。這這種評判判方法突突出了較較密切的的故障-癥狀的的關系。本本文提出出一種基基于故障障-癥

2、癥狀實際際關系的的學習方方法。根根據經驗驗或統(tǒng)計計數據初初步確定定故障癥狀狀關系密密切系數數矩陣RR中各元元素rij的初初值。后后將對象象實際的的故障癥狀狀因果關關系r的數據據加入到到R 中去去，由此此對R進行修修正，由由此使RR逐步符符合實際際情況。本本文列舉舉軋機DD7611型電液液伺服閥閥模糊診診斷、學學習及程程序的實實例驗證證了有關關理論的的正確性性和實用用性。關鍵詞：伺伺服閥 故障障 模模糊 診斷 學習習1液壓故障障模糊綜綜合評判判的途徑徑由于液壓設設備故障障癥狀因因果關系系的交錯錯性、重重疊性、和和隨機性性，一個個癥狀往往往對應應多個可可能的故故障，一一個故障障發(fā)生時時，也有有多個

3、癥癥狀出現(xiàn)現(xiàn)；同時時，由于于故障的的隱蔽性性，難以以直接檢檢測液壓壓系統(tǒng)的的內部狀狀況。模模糊評判判常用于于評判各各故障可可能性的的大小。文文獻115對對有關模模糊理論論及其在在液壓故故障診斷斷中的應應用作了了一定的的研究。模糊評判的的一般表表達式為為： 式式中為故故障集；為癥狀狀集，xxj的取值值范圍是是0或11，癥狀狀出現(xiàn)即即為1，否否則為00。R為關系密密切系數數，反映映癥狀xxj與故障障yi的關系系密切程程度，為為模糊算算子。 y i越大大則它所所代表的的故障的的可能性性也越大大，相關關。本文提出一一種統(tǒng)籌籌、全面面的模糊糊評判方方法，其其基本依依據是當當故障yyi出現(xiàn)的的同時經經常出

4、現(xiàn)現(xiàn)癥狀xxj，且當當癥狀xxj出現(xiàn)的的同時經經常出現(xiàn)現(xiàn)故障yyi；則故故障yi發(fā)生的的可能性性大。R建立之初初，其中中不可避避免地含含有不切切實際的的成分或或主觀成成分，這這是模糊糊評判的的通常問問題。為為使評判判式得出出的結論論更加符符合實際際，就必必須通過過學習不不斷修正正R。本文文提出一一種基于于故障癥狀狀實際關關系的學學習方法法，其過過程是：根據經驗或或統(tǒng)計數數據初步步確定故故障癥狀關關系密切切系數矩矩陣R中各元元素rij的初初值。每次系統(tǒng)出出現(xiàn)異常常時用模模糊系統(tǒng)統(tǒng)進行評評判，求求出目前前癥狀組組對應的的故障及及可能性性大小。 根據評判結結論找到到實際的的故障，求求出其實實際的故故

5、障癥狀因因果關系系r。將對象實際際的因果果關系rr的數據據加入到到R 中去去，由此此對R進行修修正。2 模糊糊系統(tǒng)的的構建 設ttij為由由初步統(tǒng)統(tǒng)計得出出的癥狀狀xj出現(xiàn)且且故障yyi也出現(xiàn)現(xiàn)的次數數，由此此得到矩矩陣T00 。 故故障yi出現(xiàn)的的總次數數是tyi則Ty=（ty1， ty2，。，tyn）, tyi 癥癥狀xjj故出現(xiàn)現(xiàn)的總次次數是ttxj則Tx=（tx1， tx2，。，txm），txj 設故障yii 出現(xiàn)現(xiàn)的前提提下癥狀狀xj出現(xiàn)的的概率為為p（xj / yyi），則 p（xx/ yyi） 為為（ tti1 / tyii，ti2/ tyii，ttim /tyii）， pp（x

6、/ y）= (1)對于故障yyi來說，（ ti1 / tyi，ti2/ tyi，tim /tyi）中較大者所對應的癥狀與它的關系更加密切。（ ti1 / tyi，ti2/ tyi，tim /tyi）中各元素最大值是1，它表明故障yi每次出現(xiàn)時，癥狀xj都會出現(xiàn)；最小值是0，它表明癥狀xj與故障yi無關。設癥狀x j出現(xiàn)現(xiàn)的前提提下故障障yi出現(xiàn)的的概率為為p（yi / xj），則 p（yy/xj） 為為（ tti1 / txjj，ti2/ txjj，ttim /txjj）， p（yy/xj）= (22)對于癥狀xxj來說，（ ti1 / txj，ti2/ txj，tim /txj）中較大者所對

7、應的故障與它的關系更加密切。（ ti1 / txj，ti2/ txj，tim /txj）中各元素最大值是1，它表明癥狀x j每次出現(xiàn)時，故障yi都會出現(xiàn)；最小值是0，它表明癥狀xj與故障yi無關。R中i行行代表故故障yi與各癥癥狀的關關系密切切程度，RR中j列代表表癥狀xxj 與各故故障的關關系密切切程度。如果以R作為XX與Y的的關系密密切系數數矩陣，是是從故障障的角度度來考察察問題，評評判的準準則是：當故障yii出現(xiàn)的的同時經經常出現(xiàn)現(xiàn)癥狀xxj（根據據紀錄與與統(tǒng)計）；癥狀xj在在此次評評判中出出現(xiàn)了；則故障yii發(fā)生的的可能性性大。如果以R”作為XX與Y的的關系密密切系數數矩陣，是是從癥狀

8、狀的角度度來考察察問題，評評判的準準則是：當癥狀xjj出現(xiàn)的的同時經經常出現(xiàn)現(xiàn)故障yyi（根據據紀錄與與統(tǒng)計）；癥狀xj在在此次評評判中出出現(xiàn)了；則故障yii發(fā)生的的可能性性大。這兩種評判判方法得得到的結結果經常常是不一一致的。例例如，在在液壓系系統(tǒng)中，液液壓泵發(fā)發(fā)生故障障時經常常出現(xiàn)壓壓力下降降的癥狀狀，但壓壓力下降降的原因因主要是是調壓系系統(tǒng)故障障。因此此，需要要統(tǒng)籌、全全面地考考察問題題，評判判的準則則應該是是：當故障yii出現(xiàn)的的同時經經常出現(xiàn)現(xiàn)癥狀xxj，且當當癥狀xxj出現(xiàn)的的同時經經常出現(xiàn)現(xiàn)故障yyi；癥狀xj在在此次評評判中出出現(xiàn)了；則故障yii發(fā)生的的可能性性大。為了實現(xiàn)這這

9、一目的的，可將將R與R”中對應應的元素素相乘，構構成矩陣陣R。故故在R中中 3 關系系密切系系數矩陣陣R的學學習由于關系密密切系數數矩陣RR是根據據一些初初步的、不不太完整整甚至是是假定的的數據建建立起來來的，因因此它不不可能很很精確，需需要用系系統(tǒng)實際際故障診診斷過程程中得出出的故障障-癥狀狀因果關關系對其其進行修修正。學學習的過過程如下下：用R對系統(tǒng)統(tǒng)實際出出現(xiàn)的癥癥狀進行行評判，計計算出。根據Y中各各yi的大小小，按順順序進一一步檢查查系統(tǒng)，確確定故障障（找到到y(tǒng)i）。 在在Ty=（ty1， ty22，。，tyn）中中，yi對應的的 tyii，加11；在TTx=（tx1， tx2，。，t

10、xm）中，此次診斷中出現(xiàn)的xj所對應的txj均加1；在矩陣T里，yi對應的 ti 行中，此次診斷中出現(xiàn)的xj所對應的tij均加1。 用用修改過過的Tyy=（tty1， ty22，。，tyn），TTx=（tx1， tx2，。，txm），矩陣T，運用式9-1、9-2計算出新的R與R”，并最終計算出關系密切系數矩陣R。 每每次故障障發(fā)生和和診斷之之后都作作上述運運算，RR將逐步步精確起起來，因因為它將將實際的的故障-癥狀的的對應關關系融合合進來了了。這種種學習方方法有充充分的事事實根據據，簡潔潔且易于于實現(xiàn)，值值得現(xiàn)場場推廣使使用，在在同類系系統(tǒng)較多多的地方方則更加加適用。如果系統(tǒng)出出現(xiàn)了新新的故障

11、障與癥狀狀，只要要把相關關的數據據輸入，也也可方便便地修正正評判系系統(tǒng)。4 程序序實現(xiàn)6癥狀、故障障信息以以及兩者者相互對對應發(fā)生生的次數數已經存存在于知知識庫，可可以直接接從知識識庫中調調出。由由于R、R、R都是矩矩陣，所所以在程程序實現(xiàn)現(xiàn)的時候候，采用用動態(tài)二二維數組組來處理理，只在在程序初初始化時時，將數數據庫中中的值賦賦予數組組和在運運算結束束時將結結果更新新到數據據庫，其其它中間間運算都都是針對對數組進進行。這這樣可以以提高計計算效率率。程序序流程如如圖1所所示。5 電電液伺服服閥模糊糊綜合評評判診斷斷及學習習的實例例現(xiàn)以珠鋼CCSP軋軋機AGGC控制制裝置DD7611-27716A

12、AS633JOGGMGUUPL型型電液伺伺服閥力力矩馬達達部分模模糊故障障診斷系系統(tǒng)為例例，進一一步研究究電液伺伺服閥故故障的模模糊診斷斷。這種閥由MMoogg公司提提供，廣廣泛應用用于鋼鐵鐵冶金液液壓控制制系統(tǒng)。如如珠鋼CCSP液液壓系統(tǒng)統(tǒng)在AGGC、CCVC等等控制回回路中就就采用了了這種閥閥。閥主要故障障是：yy1-線圈圈匝間短短路，yy2-銜鐵鐵卡住，yy3-氣隙隙中有臟臟物，yy4-導磁磁體螺釘釘松動，yy5-緊固固件松動動，y66-放大大器零點點與機械械零點不不重合，yy7-彈簧簧管疲勞勞，y88-反饋饋桿球頭頭磨損或或損壞。主主要癥狀狀是：xx1-零點點偏移電電流增大大，x22-

13、零點點不穩(wěn)定定，x33-控制制電流II下降，xx4-控制制電流II存在但但系統(tǒng)不不工作，xx5-系統(tǒng)統(tǒng)位移工工作受限限，x66-系統(tǒng)統(tǒng)不穩(wěn)定定。 設由初初步統(tǒng)計計及相關關資料9 得出的的矩陣TT0、Tyy=（tty1， ty22，。，tyn）、TTx=（tx1， tx2，。，txm）如下： 初始化系數數組顯示癥狀、故障信息初始化系數數組顯示癥狀、故障信息用戶確定最終出現(xiàn)癥狀、故障對應癥狀、故障發(fā)生次數+1歸一化數組并計算R、R以及R結果存入知識庫結束圖1 統(tǒng)計計學習算算法的程程序流程程圖 由此計算出出R與R”，并最最后計算算關系密密切系數數矩陣RR0如下： R0= 實際故障診診斷中，出出現(xiàn)的癥

14、癥狀是零零點偏移移電流增增大與系系統(tǒng)不穩(wěn)穩(wěn)定(癥癥狀x1與x6出現(xiàn)，亦亦即XTT=(11, 00, 00, 00, 00, 00, 11)，用用R0進行評評判，得得YT=（00.08871, 0, 0, 0.17007, 0.119511, 00.14463, 0.03225, 0.336588）, 得到的的故障結結論是反反饋桿球球頭磨損損(y88成立)。經核實以后后, 用用x1與x6對應yy8這一結結論對RR0進行修修正, 則矩陣陣T、TTy=（ty1， ty2，。，tyn）、Tx=（tx1， tx2，。，txm）等變?yōu)椋?由由此計算算R與R”，并最最后計算算出R11。 R1= 學習子程序序

15、的矩陣陣如圖22與圖33所示。比較R1與與R0，可發(fā)發(fā)現(xiàn)x1與x6對應yy8的關系系密切系系數r881與rr86相對對增大，分分別由00.15553與與0.221055增至00.16632與與0.223800，與此此同時其其他一些些關系密密切系數數（位于于第1列列與第88行）有有所減小小。由此此可見，癥癥狀xj對應故故障yii同時出出現(xiàn)的次次數多, 通過過學習后后R中關關系密切切系數rrij也不不斷增大大，這樣樣，R所所反映的的癥狀-故障關關系密切切程度就就更切合合實際了了。同時時需要指指出的是是，在軋軋鋼生產產線，同同一類型型的伺服服閥很多多，例如如珠鋼CCSP生生產線上上D7661型伺伺服

16、閥近近近百個個，要找找出若干干實例用用于修正正R是很很容易的的。圖2 初初始矩陣陣界面6 結論模糊綜合評評判適用用于涉及及因素眾眾多、癥癥狀與故故障有重重疊關系系的電液液伺服閥閥故障診診斷。本本文提出出的電液液伺服閥閥故障模模糊綜合合評判方方法，其其基本依依據是：當故障障yi出現(xiàn)時時常出現(xiàn)現(xiàn)癥狀xxj，且當當癥狀xxj出現(xiàn)時時常出現(xiàn)現(xiàn)故障yyi，則故故障yi發(fā)生的的可能性性大。這這種評判判方法從從兩個角角度考慮慮實際發(fā)發(fā)生的癥癥狀與故故障同時時出現(xiàn)的的次數，并并由此確確定相互互間關系系密切程程度，有有利于找找到最可可能發(fā)生生的故障障。在模糊評判判系統(tǒng)中中，由于于關系密密切系數數矩陣RR是根據據

17、一些初初步的、不不太完整整甚至是是假定的的數據建建立起來來的，因因此它不不可能很很精確，需需要用系系統(tǒng)實際際故障診診斷過程程中得出出的故障障-癥狀狀因果關關系對其其進行修修正。為為了實現(xiàn)現(xiàn)綜合評評判，可可將R與R”中對應應的元素素相乘，構構成矩陣陣R。這種種學習方方法具有有較好的的實用性性。圖3 學習習后矩陣陣界面參考文獻1黃志志堅 湛從昌昌 周周 敏敏 液液壓系統(tǒng)統(tǒng)故障模模糊診斷斷方法探探討 第四屆屆全國機機械設備備故障診診斷學術術會議論論文集 杭州州 19994：749975542王益益群 高英杰杰 液液壓AGGC系統(tǒng)統(tǒng)故障診診斷專家家系統(tǒng)的的實現(xiàn) 液壓壓氣動與與密封 20000（11）：

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19、ss baasedd onn arrtifficiial inttellligeencee Prroceeediingss off thhe UUnivverssitiies Powwer Enggineeeriing Connferrencce 220000. pp 7557995邱忠忠宇等 基于于規(guī)則的的模糊神神經網絡絡故障診診斷專家家系統(tǒng) 機械械科學與與技術 19999（44）：1172216滕召召旗 黃志堅堅等 軋機泵泵站故障障智能診診斷系統(tǒng)統(tǒng)的研究究開發(fā) 機床床與液壓壓20001（增增）1992117黃志志堅 液壓故故障智能能診斷技技術探討討與展望望 冶冶金自動動化 20001(33

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21、)Abstrractt: AA kiind of Fusssy synntheesiss juudgiing moddel forr ellecttronnic-hyddrauuliccs sservvo vvalvve ffaullt ddiaggnossis hass beeen brooughht fforwwardd inn thhis papper. Itt iss baasedd onn thhis priinciiplee: iif tthe fauult yi haappeenedd coonneectss wiith symmptoom xxj hhapppeneed ffr

22、eqquenntlyy, aand meaanwhhilee iff thhe ssympptomm xjj hhapppeneed cconnnectts wwithh faaultt yi haappeenedd frrequuenttly, thhe rrelaatioonshhip bettweeen yyi aand xjj iis cconssangguinneouus. Thiis jjudggmennt mmethhod staandss ouut mmoree coonsaanguuineeouss faaultt-syympttom rellatiionsshipp. TT

23、he leaarniing metthodd baasedd onn reeal rellatiionsshipp beetweeen fauult andd syympttom hass beeen putt foorwaard in thiis ppapeer. In thee beeginnninng, thee innitiial vallue of rij inn reelattionnshiip mmatrrix R iis sset up on expperiiencce aand staatissticc daate. Thhen thee daate aboout objjectt reeal rellatii