基于虛擬儀器和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)液壓系統(tǒng)故障診斷

摘要 針對液壓系統(tǒng)故障診斷中存在的檢測和分析判斷困難、耗時(shí)費(fèi)力且準(zhǔn)確度不高等諸多問題，提出了一種基于虛擬儀器和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的液壓系統(tǒng)遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。利用虛擬儀器數(shù)據(jù)采集、分析和處理能力以及其開放性特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了對液壓系統(tǒng)故障的實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)測判斷。利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析判斷，實(shí)現(xiàn)了對液壓系統(tǒng)將來工作狀態(tài)的預(yù)測，發(fā)現(xiàn)潛在故障，做好預(yù)防措施。該方法具有良好的軟件交互界面，操作簡單，準(zhǔn)確度高。
關(guān)鍵詞 液壓系統(tǒng)；虛擬儀器；BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；故障診斷

液壓系統(tǒng)在工程機(jī)械中占有重要的地位，其性能的好壞直接影響和決定整機(jī)的性能和品質(zhì)。液壓傳動(dòng)具有重量輕、體積小、可實(shí)現(xiàn)無級變速、易于實(shí)現(xiàn)載荷控制和動(dòng)力傳輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)，因而在工程中得到了廣泛應(yīng)用。因此保證液壓系統(tǒng)正常穩(wěn)定的工作是保證工程機(jī)械正常工作狀態(tài)的必備條件。但液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)是流體，它本身存在連續(xù)性和靜壓傳遞的均布性，且工作在各元件和封閉管路內(nèi)，故很難判斷液壓系統(tǒng)故障的因果關(guān)系。一旦出現(xiàn)故障，單憑感官、經(jīng)驗(yàn)和傳統(tǒng)的檢測方法來判斷，相當(dāng)困難并且準(zhǔn)確率不高，故障的分析和排除比較困難。文中提出了一種基于虛擬儀器和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的液壓系統(tǒng)遠(yuǎn)程故障診斷方法。虛擬儀器和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的引入，能實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)測液壓系統(tǒng)的工作狀態(tài)，收集當(dāng)前液壓系統(tǒng)各參數(shù)數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)融合分析判斷系統(tǒng)工況，并預(yù)測將來的工況走向，發(fā)現(xiàn)潛在故障，真正達(dá)到預(yù)防為
主的目的，保證液壓系統(tǒng)處于正常穩(wěn)定工作狀態(tài)。

1 虛擬儀器和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)
1．1 虛擬儀器技術(shù)
虛擬儀器(Virtual Instrument，VI)是現(xiàn)代測控技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。它本質(zhì)上是一個(gè)開放型的結(jié)構(gòu)，由通用計(jì)算機(jī)、數(shù)字信號(hào)處理器或其它CPU來提供信號(hào)處理、存儲(chǔ)和顯示功能，由數(shù)據(jù)采集板卡、GPIB或VXI總線接口板進(jìn)行信號(hào)的獲取與控制，實(shí)現(xiàn)儀器的功能。虛擬儀器是軟件和硬件相結(jié)合的產(chǎn)物，其基本思想和核心內(nèi)容是借助儀器設(shè)備完成數(shù)據(jù)采集和預(yù)處理以及儀器控制功能。圖1為虛擬儀器的基本構(gòu)成圖。

與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器具有如下特點(diǎn)：
(1)測量精度高、可重復(fù)性好。由于虛擬儀器減少了硬件的使用，因此減少了測試誤差，同時(shí)測試可重復(fù)性進(jìn)一步提高。
(2)測量速度快。由于測量輸入信號(hào)只需一個(gè)量化的數(shù)據(jù)模塊，就可通過數(shù)據(jù)處理器將信號(hào)特性計(jì)算出來，因此可縮短測量時(shí)間，提高測量速度。
(3)縮短了系統(tǒng)組建的時(shí)間，降低儀器硬件開銷，同時(shí)也降低了系統(tǒng)故障率。
(4)實(shí)現(xiàn)了用戶自定義測量功能，可測量傳統(tǒng)物理儀器不能測量的對象。
(5)易于擴(kuò)展。為提高系統(tǒng)性能，可方便地加入或更換儀器模塊，有利于測試系統(tǒng)擴(kuò)展。
隨著計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化測控將成為虛擬儀器技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)。將虛擬儀器和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合起來，使虛擬儀器拓展到網(wǎng)絡(luò)測控應(yīng)用環(huán)境中去，對于豐富測控手段、提高測控效率、充分合理地利用有效資源都有著很好的作用。