芻議液壓系統故障診斷中模糊理論的運用

摘 要：液壓系統是一種具有傳動功能的綜合系統，由多個不同功能的子系統構成，而在每個子系統中又包含多個不同的元件單元，因此，如果液壓系統出現故障，則必須要根據專家經驗才能夠對其進行有效的判斷，這邊使得很多人無法參與到故障診斷的過程中。同時，在針對液壓系統進行故障診斷時，液壓系統自身所都具有的系統密閉傳統的特點而導致很多故障問題存在一定的模糊性，在根據專家經驗進行判斷時容易造成誤診斷，這對于液壓系統的故障診斷工作產生了一定的影響，為此，針對液壓系統模糊判斷的理論研究也逐漸的深入，并且取得了一定的成果。該文就主要針對液壓系統故障診斷中模糊理論的應用進行簡單的分析。

關鍵詞：液壓系統 系統故障診斷 模糊理論 專家診斷

中圖分類號：TP27文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）01（a）-00-02

液壓系統以其本身所具有的較高的安全性和可控制性獲得了廣泛的運用，同時其能夠通過計算機技術實現遠程控制，因此在當前的工業生產以及其他領域中都受到了眾多的關注。但是由于液壓系統自身的特殊構造，一旦某個子系統工程出現故障，則會導致整個液壓系統無法工作，甚至會整體的機械系統產生巨大的影響，液壓系統的可靠性對整個系統都有著十分重要的影響。而其中最為常見的則是由于固體顆粒污染物而引起的液壓系統故障，其占據了總故障率的60%～70%，因此對液壓系統故障的檢測問題也受到了更多的重視。模糊理論是一種用來描述和處理廣泛存在的不確定的、模糊的事件所使用的理論工具，對不確定和不準確事件的處理是其最大的特點，同時由于其與人的自然推理過程十分相近，使用無法使用精確模型進行討論的系統，因此而成為了對復雜系統故障診斷中常用的一種方法和工具，而且受到了廣泛的重視。在液壓系統故障診斷工作中，元件的磨損是導致油液固體顆粒污染的一個主要因素，而且油液的污染會逐漸加速元件的磨損，這是一種惡性循環的復雜模糊關系，使用傳統的專家經驗診斷無法獲得準確的診斷結果，而在這種情況下，應用模糊理論對其進行診斷則具有更為顯著的效果。

1 模糊理論故障診斷方法

在針對設備故障診斷和監測過程中遇到各種模糊的信息時，通常可以借助模糊理論中的隸屬函數來對其進行描述和處理，這個過程便稱之為模糊故障診斷方法。模糊診斷方法利用的是模糊理論中的隸屬函數對故障與現象之間的關系進行描述，進而通過這種關系描述來進行故障診斷，以此來達到對故障的預防和消除。因此，在模糊理論的應用過程中，一個十分重要的問題就是對隸屬函數關系進行確定，這樣才能夠為故障監測和診斷提供科學的基礎，同時要根據隸屬最大原則來確定隸屬模式，并且最終獲得對故障的判斷。

（1）隸屬函數的定義。在模糊理論中，可以將其中的0和1作為兩個基本的邏輯值，然后將其進行推廣，在[0，1]區間中的任何連續的邏輯都可以稱之為一個隸屬函數，這個邏輯區間便是利用模糊集合來進行表示。在實際的運算過程中，通過對隸屬函數的科學描述，便可以對模糊現象進行科學的表達，這樣就形成了較為可靠的模糊現象，據此來實現對故障的判斷。

（2）隸屬函數的確定。對于隸屬函數表達的關系是否合理以及科學，對于研究對象的判斷結果都有著十分重要的影響。模糊理論運用的過程中，必須要對模糊集合的隸屬函數進行確定，這樣才能夠根據其描述性來判斷故障所在。工程所具有的模糊性一般可以利用隸屬函數，將其性質進行量化計算和表達之后，才能夠應用在工程實際的計算過程中。當前，對隸屬函數的確定方法一般有模糊統計法、專家打分法等幾種。

（3）最大隸屬原則。在對隸屬函數進行確定以后，便可以運用到實際的故障診斷工作，而在這個過程中，需要根據已知的診斷參數和信息來確定隸屬度，這時就需要根據最大隸屬原則來確定，并且以此來判斷可能發生的故障。

2 模糊理論在液壓系統故障診斷中的運用

2.1 液壓系統模糊評價方法

液壓系統是由多個子系統自稱，而其中的每個組成部分都存在發生故障的可能，而且通常一個故障都可能是兩種或者是兩種以上的因素引起的，比如元件發生磨損、執行能力降低等等，都可能會造成液壓缸內出現大面積的泄漏，因此導致液壓零件磨損，整個液壓系統的運行能力降低。液壓系統元件磨損與油液污染之間是一種因果關系，在此把油液污染度等級看成故障征兆，把元件磨損看作引發油液污染的故障原因。一般故障因素包括壓力、流量、噪音、振動、使用年限等，因此可以根據這些影響因素建立起一個影響因素集，用U表示。在因素集U中，壓力因素U1可能是由于故障系統本身產生的問題引起的，比如轉向發生錯誤、泵磨損或者是泵內產生泄漏等，如果將不同的原因用不同的因素集來表示，便可以形成不同的因素集。對于故障流量來說，一般是由于油泵轉速過小或者是電機功率過小而引起的，也可能是由于變量機構產生故障所產生的。因此，根據不同的故障集便可以判斷不同的故障點的位置，以此來完成對故障檢測的過程。因此在運用綜合理論進行故障的診斷和排除時，應當對其產生故障的元件和部位形成一個評判集，其中一般應當包括液壓泵、調壓閥、流量閥等等幾個基本的原則。而對于不同復雜程度的系統，在故障集的選取和元素方面有著一定的區別。

2.2 液壓系統故障診斷模型

模糊理論的定量化是通過“隸屬度”來刻畫的。因此，利用模糊理論去解決實際問題的關鍵往往是“如何找出一個恰當的隸屬函數”。通常，可以先建立粗略的隸屬函數，然后通過“學習”和不斷的經驗積累，逐步修正和調整權值，使隸屬函數趨于完善，符合客觀事實。

（1）污染度故障集合與對應的故障征兆集合。根據液壓系統中油液污染度故障以及相應的故障征兆之間的模糊關系，可以構建一個關系集合，如下：

故障征兆集合：X={xi│i=1，2，…，n} （1）

故障集合：Y={yi│j=1，2，…，m} （2）

該式中m代表的是故障的數量，也就是不同的故障類別，這里的X可以按照故障發生時的征兆和故障不發生時的征兆進行分別取值，因此便可以根據不同的故障種類來確定不同的故障集。通常可以根據典型的故障來確定相應的理論域。

（2）構造隸屬函數。隸屬函數的構造一般可以通過求距離的方法來確定，根據不同的識別對象和典型的故障之間的關系，利用下面的表達式：

在該式中，xi可以作為y0的特性衡量指標，這樣便能夠對不同的識別對象進行明確的判斷，進而根據不同的指標來確定隸屬函數。

2.3 評價試驗研究

如果某企業中的液壓系統在工作時可以達到50 MPa的壓力，該系統的運行時間不足一年，便只能夠達到12 MPa，雖然經過維修能夠使運行壓力獲得一定的提升，但這時的電機運轉速度卻受到了很大的影響，急劇下降，最后造成了停運的現象。針對這種現象，利用模糊理論對其進行檢測與故障，可以通過以下幾個方面的工作。

第一，確定因素集。針對該液壓系統，其故障的表現主要為系統壓力不足，而導致壓力不足的因素有很多，如可能是由于轉向錯誤、泵內外磨損或者是泄露而導致的壓力無法提升，也可能是由于在壓力控制閥內產生了一定的污染物或者是其中的彈簧破壞而引起的，對于上述各種可能的因素進行因素集的確定。另外，在流量方面產生的影響可能是由于油液污染或者是長時間運行而造成的流量不足，所以也需要對該因素集進行分別構建，建立起符合系統模型運轉的二級評價模型。

第二，確定評判集。根據故障的表現來確定評判集，將可能會引起故障的液壓元件以及相關的油路作為評價愛因素，并且將這些因素綜合作為評判集中的內容，以此來判斷引起故障的因素。

第三，分析和故障處理。根據故障因素，利用因素關系樹如圖1。

采用加權平均數的合成運算，即：

根據該式對不同的液壓元件以及系統油路的故障進行綜合評價，以此來對故障產生的因素進行判斷。根據該判斷過程中產生的不同因素的排列分析，可以將不同的故障點按照不同的壓力進行排列，這樣便能夠獲得不同的邏輯模型判斷出引起壓力故障的主要誘因。根據該評價模型中的結果，可以確定液壓系統中的增壓缸是其最大的故障點，因此可以對其進行必要的調整，使其與實際的電機功率相符合，能夠避免壓力值在超過一定的標準而引起停機。

3 結語

當前，隨著液壓系統的運用日漸廣泛，在其故障診斷中運用模糊理論有著十分重要的意義，其不僅能夠對液壓系統故障中出現的不確定事件進行推理和描述，而且其與人類的自然推理過程有著十分相似的過程，所以其在液壓系統故障診斷過程中發揮了十分重要的作用。對液壓系統故障進行診斷綜合評價的關鍵是合理建立評價數學模型，因此對大型復雜液壓設備故障評價具有較好的應用價值。同時，液壓系統故障的污染雖然能夠通過模糊理論對其故障原因進行診斷，但是在具體的故障部位診斷方面，仍然需要借助專業的診斷方法，才能夠準確的判斷故障部位并且采取有效的措施進行預防和治理，以此保證液壓系統的穩定運行，從而保證整個系統的健康運轉。

參考文獻

[1]沈超，舒俊，劉從虎.基于模糊理論的架橋機液壓系統故障診斷方法[J].起重運輸機械，2011（5）.

[2]周曲珠，芮延年.模糊理論在液壓系統故障診斷中的應用[J].機械科學與技術，2006（12）.

[3]彭飛，王學智，劉建軍.基于模糊理論的裝備液壓系統故障診斷研究[J].機械設計與制造，2009（12）.

[4]王品，谷立臣.液壓系統故障診斷中模糊故障樹法的應用[J].建筑機械化，2006（10）.