模糊逻辑失火故障诊断方法研究

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇模糊逻辑失火故障诊断方法研究范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

摘要：本文以失火为故障，4种故障特征参数为故障特征通过模糊逻辑运算进行失火诊断。通过数据分析可以明显的看到此种方法的优越性。

关键词：内燃机 失火诊断 模糊逻辑识别 故障特征参数

1 无量纲故障特征提取

1.1 信号预处理

由于曲轴转速在平均转速附近很小的范围内波动，为了信号更好的后续处理需要对采集的数据进行预处理。首先通过低通滤波去除噪声干扰，然后进行零均值变换。

1.2 角域分析故障特征参数提取

由于在做功冲程气体作用力通过活塞做功使曲轴有一段加速过程，而在压缩行程曲轴系通过活塞对气体做功使曲轴有一段负加速过程。定义故障特征参数A1为：

（1）

式中 为曲轴转角145oCA与45oCA时的转速差的绝对值， 为曲轴转角45oCA与-55oCA时的转速差的绝对值。

由于曲轴系的惯性和燃烧滞后，因此在在定义A1时压缩和做功冲程都后移了45oCA，后移幅度应视具体情况定。A1代表做功与压缩冲程的平均加速之比，在完全失火的情况下在1附近，A1越小失火趋势越大。

1.3 角频域分析故障特征参数提取

对于单缸机正常一个循环只有一次点火并且只有一个做功冲程，因此在频谱分析中一次谐波占有能量最大。同样对n缸机正常工作时n次谐波能量最大。在失火时做功冲程影响衰弱，频谱分析能量会进入其它低次谐波中，如单缸机2、3谐波能量相应增大，1次谐波能量降低。

定义故障特征参数A2和A3为： （2）

（3）

式中Xn、Yn（n=1，2，3，4）分别为功率谱和幅值谱中n次谐波的分量。

可以看到A2、A3均与IMEP近似呈递增关系，因此A2、A3作为失火特征参数合理。

1.4 角——频联合分析故障特征参数提取

由于发动机曲轴转速为非稳态信号，因此采用角——频联合分析具有很大优势。图1 A、B分别为对2和5循环的角——频联合分析的图表。

正常循环时能量主要集中在360——540oCA区间的低频区，而在失火时能量会相对分散。定义故障特征参数A4：

（4）

式中 和 分别为360——540oCA和剩余曲轴区间的能量最大幅值。

A4越小失火趋势越大。可以看到A4、均与IMEP近似呈递增关系。

A 2循环（IMEP=1.234）角——频联合分析

B 5循环（IMEP=2.904）角——频联合分析

图1 角——频联合分析图表

2 利用模糊逻辑法进行故障特征综合

对于故障症状的模糊性，采用隶属度来确定各个症状出现的可能性，即故障特征向量，并通过模糊逻辑运算得出各种故障的隶属度即故障原因向量，由此用来表示各种故障的可能性[3]。模糊关系方程为：

（5）

式中X、Y分别为故障特征向量和故障原因向量，R为体现诊断专家经验知识的模糊关系矩阵，由故障机理分析和经验确定。

表示故障特征Xi与与故障yi的关系强度。rij越大表明故障特征xi越有可能由故障yj引起的；反之亦成立。

1—A1（波形分析法）2—A2（功率谱分析法）3—A3（幅值谱分析法）4—A4（联合分析法）5—（模糊逻辑法）

图2 各特征参数循环诊断结果

最后通过模糊逻辑运算得到失火故障的隶属度，由此可判断失火与否，隶属度越大表明失火趋势越明显。这里取模糊关系矩阵和故障特征向量分别为：

从图2中可看到与IMEP递增关系比其它方法更明显了。此方法充分利用了多种特征参数的信息互补性， 提高了诊断效率和识别正确率[4]。

3 结论

（1）由于以上所有分析方法都只关心低频，所以采样频率很低即可。完全能满足工程应用要求。

（2）分别从角域分析、角频域分析和角——频联合分析的角度进行分析提取了4个失火故障特征参数。

（3）以失火为故障，失火故障特征参数为故障特征，通过模糊逻辑运算进行失火诊断。实验数据分析表明通过模糊逻辑失火诊断比利用单个失火故障特征参数经行失火诊断更准确。

（4）通过缸压测试验证失火算法的正确性，而不采用模拟失火台架试验进行失火算法验证，因此与实际失火更符合。

参考文献：

[1]刘峥，王建昕.汽车发动机原理教程[M]. 北京：清华大学出版社，2000.

[2]Mert Gevecia， Andrew W.Osburna，Matthen A. Franchek， An investigation of crankshaft oscillations for cylinder health diagnostics[J].Mechanical Systems and Signal Processing，19 （2005） 1107–1134.

[3]周东华，叶银忠.现代故障诊断与容错控制[M]. 北京：清华大学出版社，2000.

[4]刘世元， 杜润生， 杨叔子. 利用转速波动信号诊断内燃机失火故障的研究（3）——多特征综合法[J].内燃机学报， 2000，18（4）：395-398.