【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 用單傳感器輸出信號(hào)就可以檢測(cè)傳感器故障。本論文提出的基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)器檢測(cè)單傳感器故障方法，就是利用單傳感器的輸出信號(hào)建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型，然后利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型對(duì)傳感器的預(yù)測(cè)輸出和實(shí)際輸出之差判斷其是否發(fā)生故障?；谏窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間序列預(yù)測(cè)無需對(duì)信號(hào)模型做假設(shè)，適用于平穩(wěn)和非平穩(wěn)信號(hào)。本論文采用的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型為多層感知器，是一種典型的前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，通常由輸入層、輸出層和若干隱層組成。假設(shè)已經(jīng)觀測(cè)到的樣本x(1)，x(2)，?，x(n)，需要用其中的m個(gè)觀測(cè)值預(yù)測(cè)n+1時(shí)刻的值(n+1).利用多層感知器進(jìn)行學(xué)習(xí)和預(yù)測(cè)的具體步驟為：① 首先把x(1)，x(2)，?，x(n)分成k組，每組有m+1個(gè)值，前m個(gè)值作為網(wǎng)絡(luò)輸入節(jié)點(diǎn)的輸入值，后一個(gè)作為輸出節(jié)點(diǎn)的期望值；② 用BP學(xué)習(xí)算法訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)；③ 將x(nm+1),x(nm+2)，?，x(n)作為網(wǎng)絡(luò)輸入，訓(xùn)練后的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出即為預(yù)測(cè)值(n+1)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)器 + —閾值比較器傳感器 結(jié)果 圖31 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)器的單傳感器故障檢測(cè)原理神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)器根據(jù)傳感器輸出的前m個(gè)值x(k),x(k+1),?，x(k+m1)預(yù)測(cè)得到第m+1時(shí)刻的值(k+m)，將其與傳感器第m+1時(shí)刻的實(shí)際輸出之差(殘差)與某一檢測(cè)閾值相比較，判斷此傳感器是否發(fā)生故障。1　離線學(xué)習(xí)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)器故障檢測(cè)方法假定已經(jīng)得到傳感器輸出序列x(1),x(2),?,x(n),將其分成k組，每組m+(1),x(2)，?,x(m)作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入，用傳感器輸出的第m+1個(gè)數(shù)據(jù)x(m+1)(2),x(3),?,x(m+1)作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入，以x(m+2)作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出形成第2組樣本，依此類推，從而得到k組訓(xùn)練樣本，用傳感器輸出的前m個(gè)數(shù)據(jù)x(k),x(k+1),?,x(k+m1)作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入，網(wǎng)絡(luò)輸出即為傳感器輸出的第m+1個(gè)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)(k+m),即離線訓(xùn)練。，應(yīng)取噪聲標(biāo)準(zhǔn)偏差的3～5倍。2　在線學(xué)習(xí)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)器故障檢測(cè)方法在一個(gè)采樣間隔內(nèi)，先用傳感器輸出的前m個(gè)數(shù)據(jù)x(1),x(2),?,x(m)作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入樣本，用傳感器輸出的第m+1個(gè)數(shù)據(jù)x(m+1)作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出樣本在線學(xué)習(xí)直到一定迭代次數(shù)或網(wǎng)絡(luò)收斂到一定的精度，然后，數(shù)據(jù)向前遞推一步，再用m個(gè)傳感器輸出數(shù)據(jù)x(2),x(3)，?,x(m+1)作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入，預(yù)測(cè)第m+2個(gè)傳感器輸出數(shù)據(jù)(m+2)，將其與x(m+2)比較得到殘差，若殘差小于某一閾值，則用x(2),x(3),?,x(m+1)作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入樣本，用x(m+2)作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出樣本在線學(xué)習(xí)，否則若殘差大于某一閾值，則傳感器發(fā)生故障，因而網(wǎng)絡(luò)收斂很快，信號(hào)采樣間隔應(yīng)在滿足采樣定理的前提下，保證網(wǎng)絡(luò)能夠完成學(xué)習(xí)和預(yù)測(cè)?！?倍之和.3．2 空調(diào)系統(tǒng)電路故障的故障樹分析 對(duì)于汽車上的空調(diào)電路部分, 各個(gè)不同的汽車制造商都有著不同的設(shè)計(jì), 而且也比較雜, 但對(duì)于大多數(shù)汽車的空調(diào)電路部分都有著一些相同的診斷方法。汽車空調(diào)系統(tǒng)電器部分的故障主要有3個(gè):① 各個(gè)部件都不工作, 多為熔斷絲或電路繼電器故障。② 只有電磁離合器工作, 故障明顯在鼓風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)、風(fēng)機(jī)速度控制器及其之間的導(dǎo)線上。③只有鼓風(fēng)機(jī)工作, 故障為電磁離合器和離合器電路上。在實(shí)際使用過程中, 空調(diào)系統(tǒng)控制電路故障多由1個(gè)或2個(gè)以上故障點(diǎn)構(gòu)成, 所以故障診斷應(yīng)從空調(diào)系統(tǒng)控制電路的幾個(gè)主要技術(shù)性能標(biāo)準(zhǔn)著手, 分析主要故障現(xiàn)象。由于汽車空調(diào)系統(tǒng)控制電路故障現(xiàn)象很多, 不可能全部進(jìn)行系統(tǒng)分析, 在此選擇常見的有代表性的故障現(xiàn)象進(jìn)行系統(tǒng)分析。 故障樹建立在對(duì)汽車空調(diào)系統(tǒng)的實(shí)際維修過程中, 空調(diào)系統(tǒng)電路中空調(diào)壓縮機(jī)的電磁離合器不工作是經(jīng)常遇到的一種故障現(xiàn)象, 應(yīng)用故障樹理論對(duì)空調(diào)壓縮機(jī)電磁離合器不工作這一故障現(xiàn)象進(jìn)行分析研究, 繪出故障樹圖, 從而可以看出事件的成因與形成過程,并建立故流程圖, 空調(diào)壓縮機(jī)電磁離合器不工作的故障診斷流程如下圖所示。這樣就能發(fā)現(xiàn)潛在的問題, 有利于空調(diào)系統(tǒng)整個(gè)控制電路故障的預(yù)防、預(yù)測(cè)和控制。假設(shè)所分析系統(tǒng)的各組成部分只有正常工作狀態(tài)和故障狀態(tài), 各組成部分的基本故障事件是相互獨(dú)立的。采用手工建樹的方法, 由頂事件出發(fā), 一直分解到底事件為止, 下圖即為根據(jù)奧迪轎車空調(diào)系統(tǒng)控制電路分析診斷的空調(diào)壓縮機(jī)電磁離合器不工作的故障樹。然后根據(jù)故障樹寫出故障診斷流程, 在實(shí)際維修中參考故障診斷流程快速有效地判斷出故障部位。圖31 空調(diào)壓縮機(jī)電磁離合器不工作的故障樹 根據(jù)故障樹理論,可實(shí)現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)控制電路故障現(xiàn)象的故障樹建立。 利用故障樹分析法, 可分析得出空調(diào)系統(tǒng)控制電路故障現(xiàn)象發(fā)生的所有原因,從而方便地實(shí)現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)控制電路故障現(xiàn)象的快速診斷, 明確檢修重點(diǎn), 提高檢修效率。 模糊故障診斷數(shù)學(xué)模型的建立汽車空調(diào)系統(tǒng)在工作的過程中。故障征兆與故障原因之間的關(guān)系是錯(cuò)綜復(fù)雜的，設(shè)備的各種事故征兆是一種模糊值。因此，模糊故障診斷就是利用故障征兆與故障原因之間的模糊關(guān)系來實(shí)現(xiàn)對(duì)故障的預(yù)報(bào)和診斷。設(shè)在一個(gè)汽車空調(diào)系統(tǒng)中．所有可能發(fā)生各種故障的原因?yàn)閚種，則故障原因模糊向量為：，(j=l，2，.n)是對(duì)象具有故障yj的隸屬度。由上面這些故障原因引起的各種征兆為m種，則故障征兆模糊向量為：X=[]，(i=l，2, ...,m)是對(duì)象具有征兆Xi；的隸屬度。因此，Y與X的模糊關(guān)系：Y=XR這就是故障原因與征兆之間的模糊關(guān)系方程。式中R是體現(xiàn)診斷專家經(jīng)驗(yàn)知識(shí)的模糊診斷矩陣。模糊診斷矩陣R確定的合理性．關(guān)系到模糊推理結(jié)果的正確性。矩陣中各元素值的大小與實(shí)際情況的符合程度。直接影響診斷效果。因此，隸屬度的確定是整個(gè)診斷推理的關(guān)鍵。目前，確定隸屬度的方法很多，但是在故障診斷領(lǐng)域通常采用的是專家打分法。即根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)。對(duì)矩陣R中的各元素。直接給予打分。如某位有經(jīng)驗(yàn)的空調(diào)工程師認(rèn)為：當(dāng)空調(diào)的發(fā)熱器漏水的時(shí)候。肯定是防漏墊的螺栓松動(dòng)引起的。即此種狀態(tài)下故障征兆是由該原因引起的隸屬度=l；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)溫器斷路時(shí)，原因?yàn)榛旌险{(diào)溫風(fēng)門裝置故障的隸屬度=0．6。這樣的方法有一定的主觀性。但是專家經(jīng)驗(yàn)是空調(diào)工作多年的狀態(tài)在專家頭腦中的客觀反映．所以實(shí)際對(duì)隸屬度的確定還是比較客觀的。汽車空調(diào)系統(tǒng)故障診斷實(shí)例某汽車空調(diào)系統(tǒng)出現(xiàn)故障有以下4個(gè)征兆：x1(供暖不足)，x2：(吹風(fēng)機(jī)不轉(zhuǎn))，x3，(操縱吃力)，x4(漏水)?？赡苡梢韵?個(gè)主要原因引起：y1(空氣循環(huán)量不足)，y2(冷卻水管受阻)，y3(保險(xiǎn)絲熔斷)，y4(發(fā)熱器熱水開關(guān)故障)，y5(風(fēng)門粘緊)。本系統(tǒng)所采用的分級(jí)閾值向量為：入=[0．65 0．30 ]。確定每一征兆Xi分別對(duì)于每個(gè)原因Yj的隸屬度?？傻玫侥：P(guān)系矩陣如下表所示。 征兆i故障原因j空氣循環(huán)量不足冷卻水管受阻保險(xiǎn)絲熔斷發(fā)熱器熱水開關(guān)故障風(fēng)門粘緊供暖不足00吹風(fēng)機(jī)不轉(zhuǎn)000操縱吃力00001漏水圖32 汽車空調(diào)系統(tǒng)故障診斷矩陣 設(shè)某輛汽車某次出現(xiàn)故障征兆有3個(gè)：x1，x2，x3，,，則此時(shí)故障征兆模糊向量：X=[ 0 ]這樣，通過Y=X*R計(jì)算故障原因模糊向量:Y=XR=[ ]將計(jì)算結(jié)果與閾值向量作比較，得：即在上述故障征兆中，出現(xiàn)的故障原因?yàn)閥2；即以上故障征兆原因是由于冷卻水管受阻所造成的。 本論文通過建立模糊故障診斷系統(tǒng)模型，對(duì)汽車空調(diào)系統(tǒng)故障征兆與引起原因的不確定性進(jìn)行診斷，準(zhǔn)確而迅速地找到了故障原因，從而為汽車空調(diào)系統(tǒng)的故障診斷提供了一種新的、可行的方法。然而，模糊故障診斷的準(zhǔn)確性很大程度上依賴于隸屬度的確定，而目前許多隸屬度的確定方法都帶有經(jīng)驗(yàn)性和主觀性。因此，該方法需要在今后長(zhǎng)期實(shí)踐中不斷完善和改進(jìn),才能更好地提高診斷結(jié)果的準(zhǔn)確性。汽車空調(diào)中的制冷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，接頭管線多，運(yùn)行環(huán)境惡劣，因此它的故障有80%出在該系統(tǒng)中，應(yīng)予以特別重視，另外，由于空調(diào)的時(shí)效性即大熱天壞了空調(diào)，要求快修的心情可以想象，是非常迫切的，所以對(duì)維修者來說，迅速判斷故障位置所在和盡快排除修復(fù)這就顯得非常必要，就駕駛?cè)藛T而言，來報(bào)修時(shí)，通常是這樣：①完全沒有冷氣供給②供給冷氣量不足③供給冷氣量不連續(xù)④空調(diào)系統(tǒng)噪聲很大一、完全沒有冷氣供給對(duì)于這樣的報(bào)修問題維修人員首先應(yīng)把問題想簡(jiǎn)單一點(diǎn)，即是否是開關(guān)接頭問題，進(jìn)而是控制系統(tǒng)零部件問題，最后再想到壓縮機(jī)零部件問題，所以排除程序如下：（1）開關(guān)接頭故障判斷及排除方法1）A/C熔絲燒壞。此時(shí)可查明原因，更換熔斷絲。2）A/C開關(guān)故障。此時(shí)查明原因，修復(fù)或更換。3）電路斷路器有故障。此時(shí)查明原因修復(fù)或更換。4）電路中接線接頭折斷或脫落，此時(shí)檢查線路，將線路和接頭接通。（2）電器元器件故障判斷和排除方法1）主繼電器接觸不良或其他故障。此時(shí)檢查主繼電器修復(fù)或更換。2）離合器電磁線圈短路燒壞。此時(shí)查明原因，若短路則更換。3）恒溫開關(guān)或放大器失靈。查明損壞原因，更換損壞元件。4）熱敏電阻器故障。若查明有故障，更換。5）蒸發(fā)器風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)或繼電器故障。若是電動(dòng)機(jī)故障應(yīng)更換，繼電器故障應(yīng)修復(fù)或更換。6）高壓或低壓開關(guān)故障或斷開，查明斷開原因，有故障更換。（3）傳動(dòng)系統(tǒng)故障和排除若V帶松弛，應(yīng)予調(diào)整到合適的位置，折斷應(yīng)予以更換。（4）制冷劑輸送系統(tǒng)的故障和排除1）儲(chǔ)液干燥器或膨脹閥堵塞故障。查明原因，再按有關(guān)方法排除堵塞，使其暢通。2）制冷劑全部泄漏故障和排除。一般而言常見泄漏部位有如下部位：軟管破損，壓縮機(jī)軸封泄漏，儲(chǔ)液干燥器上的易熔塞熔化或其他部位泄漏。（5）壓縮機(jī)故障判斷和排除1）壓縮機(jī)的進(jìn)排氣閥門斷折或閥板磨損。查明原因，將閥門或閥板拆換。2）缸蓋密封墊損壞。查明原因后予以更換。第 39 頁 共 39頁二、供冷量不足的報(bào)修對(duì)于這樣的報(bào)修問題亦應(yīng)按前述的由簡(jiǎn)入繁的程序?qū)收显蜻M(jìn)行查找。（1） 供冷組件故障判斷和排除1）蒸發(fā)器風(fēng)扇轉(zhuǎn)速太慢的故障和排除。首先查清是否接頭松動(dòng)，調(diào)速電阻是否失效，并采取相應(yīng)措施，若不是便應(yīng)拆下風(fēng)扇，進(jìn)行更換。2）蒸發(fā)器的氣流不暢通的故障和排除。此時(shí)應(yīng)清理其表面并修理溫度混合風(fēng)門。3）蒸發(fā)器壓力控制閥故障。此時(shí)應(yīng)更換。4）冷凝器的氣流不暢通。此時(shí)應(yīng)清理冷凝器。5）蒸發(fā)器結(jié)霜堵塞故障排除。此時(shí)調(diào)整恒溫開關(guān)或蒸發(fā)表面或壓力控制器。6）蒸發(fā)器風(fēng)箱殼泄漏故障排除。此時(shí)應(yīng)進(jìn)行焊修。（2）離合器系統(tǒng)故障判斷和排除1）離合器因磨損過量而打滑的故障和排除。查出磨損件予以更換。2）離合器因輸入電壓過低而打滑的故障和排除。查出原因，按需要輸入規(guī)定電壓。3）離合器離合過于頻繁的故障和排除。查清原因，調(diào)整恒溫開關(guān)或溫度