基于聯合故障樹的農機車輛制動系統故障診斷專家系統設計

賀平平

三門峽職業技術學院,河南三門峽472000

基于聯合故障樹的農機車輛制動系統故障診斷專家系統設計

賀平平

三門峽職業技術學院,河南三門峽472000

為解決農機車輛制動系統故障診斷過程難度大，效率低問題，運用小波包理論方法對農機車輛制動系統故障診斷專家系統進行設計，最后通過模糊計算方法對系統故障樹模型進行定量分析。分析結果表明，通過將改進后的數據采集分析流程與改進后系統內核推理機算法進行聯合，最終建立農機車輛制動系統故障診斷專家系統，為農機車輛制動系統的故障診斷研究開辟了新的途徑，具有一定工程實際運用價值。

制動系統;故障診斷;故障樹;專家系統

目前農機車輛正朝著大噸位，大承載方向發展，詳見圖1，制動系統作為農機車輛重要的核心部件，對車輛行駛安全性起到了至關重要的作用，然而如何能夠快速準確地對故障車輛制動系統進行故障診斷并提出解決方案成為各大整車廠商日益關注的問題。目前大量學者均對故障診斷系統進行了大量研究，靳哲峰[1]、趙德安[2]以齒輪箱和水產養殖監控系統為載體研究故障診斷神經網絡模型和各種信號處理技術在應用過程的可行性，黃洪鐘[3]、段榮行[4]分別提出了基于模糊方法和動態故障樹的分析理論；陶勇劍[5]對傳統故障診斷方法進行改良，提高了診斷效果。本文以全液壓式農機車輛制動系統為研究對象，運用小波包理論方法對農機車輛制動系統故障診斷專家系統進行設計，最后通過模糊計算方法對系統故障樹模型進行定量分析。

圖1 農機車輛桿模型圖Fig.1Agricultural vehicles model

1 制動系統故障診斷專家系統理論研究

小波在時頻域上變換為：

空間L2被分解為子空間Wj的直和：

2 農機車輛制動系統故障診斷專家系統設計

農機車輛制動系統故障診斷專家系統是一個基于小波分析的計算機程序，它通過收集生產過程信息以及專家故障診斷知識通過一系列復雜推理過程，方便快捷的解決一些傳統意義上需要大量專家會商才能解決的故障問題。如圖2所示本文提出的故障診斷專家系統的總體結構主要由數據庫、知識庫、推理機、自學習機制、解釋機制以及人機操作界面組成。

圖2 專家系統總體結構Fig.2 Total structure of expert system

圖3 農機車輛全液壓制動系統Fig.3 Brake system of agricultural vehicles

對于系統中的解釋機制，構建農機車輛制動系統故障診斷專家系統首要解決的問題是知識的獲取，建立解釋機制，盡可能準確的將所有的故障都寫進專家系統。由以上建立的故障樹為基礎，以及分析出的最小割集，進行該專家系統知識庫的構建能使計算機的工作過程竭盡全力模擬專家的解釋過程，具有很高的效率和實用性。解釋機制建立有如下步驟：

第一步，建立故障征兆集；針對上述所建立的故障樹，提取農機車輛制動系統所有能發生的故障征兆，建立可能性征兆集：，其中分別為對應故障樹的中間節點。

第二步，建立故障征兆與其隸屬度值之間的映射；農機車輛制動系統在運行過程中，各設備的運行狀祝是由無故障運行到帶故障運行的一個漸變的過程。

第三步，建立故障原因；由故障樹分析在每個子系統中，分析出導致現有故障征兆的所有可能原因，建立各子系統的故障原因集。農機車輛制動系統運行時，導致其發生故障征兆產生的可能原因由故障樹分析及對應故障樹的最小割集組成。

本文以某型農機車輛全液壓制動系統制動性能下降為頂事件，以油源部分、控制油路部分、設計制造安裝部分問題等為中間事件。具體系統回路如圖3所示。通過將系統故障樹進行原理分析，將故障原因歸類、劃分，最后得到引起故障的基本原因，最終得如圖4所示的故障樹，圖4中各代碼意義可具體如表1所示。

圖4 農機車輛全液壓制動系統故障樹Fig.4 The engineering vehicle hydraulic brake system fault tree

運用Visual Basic方法開發農機車輛制動系統故障診斷專家系統，以Access為工具建立專家系統數據庫，系統通過OLE DB實現與Access數據庫之間的連接與通信。具體人機操作界面如圖5所示，圖6為制動系統故障診斷系統對話框。

圖5 農機車輛全液壓制動系統故障診斷系統人機操作界面Fig.5 Man-machine operation interface of agricultural vehicle hydraulic braking system fault diagnosis system

圖6 制動系統故障診斷系統對話框Fig.6 Dialogue box of brake system fault diagnosis system

本文提出故障樹與專家推理相融合的方法，并將其應用到農機車輛制動系統故障診斷中，系統為具有故障診斷和主動預測的專家系統，提高了農機車輛制動系統故障診斷自動化與智能化水平，該專家系統較好的克服了傳統專家系統的局限，具有較強的針對性。得到農機車輛液壓制動系統產生故障的頻率FT1的λ集為：；當λ=0時系統故障概率為[0.306，0.372]，為后續故障診斷及預測提供了一定的參考依據。

3 結論

以上將全液壓式農機車輛制動系統為研究對象，運用小波包理論方法對農機車輛制動系統故障診斷專家系統進行設計，最后通過模糊計算方法對系統故障樹模型進行定量分析。

分析結果表明，通過將改進后的數據采集分析流程與改進后系統內核推理機算法進行聯合，最終建立了農機車輛制動系統故障診斷專家系統，為農機車輛制動系統的故障診斷研究開辟了新的途徑，具有一定工程實際運用價值。

[1]靳哲峰,陳文華,潘曉東,等.船用齒輪箱的模糊可靠性故障樹分析[J].農業機械學報,2003,34(1):145-148

[2]趙德安,劉星橋,潘天紅,等.故障樹分析在水產養殖監控系統可靠性設計中的應用[J].農業工程學報,2003,19(4):249-253

[3]黃洪鐘.機械系統故障樹分析的一種新的模糊方法[J].機械科學與設計,1994(1):1-6

[4]段榮行,董德存,趙時旻.采用動態故障樹分析診斷系統故障的信息融合法[J].同濟大學學報(自然科學版),2011,39(11):1699-1703

[5]陶勇劍,董德存,任鵬.采用故障樹分析診斷系統故障的改進方法[J].哈爾濱工業大學學報,2010,42(1):143-145

Design ofAn Expert System for Fault Diagnosis ofAgricultural Vehicles Braking System Based on Union Fault Tree

HE Ping-ping
Sanmenxia Polytechnic,Sanmenxia 472000,China

To solve the problems of agricultural vehicle braking system fault diagnosis process exists diagnosis is difficult, low efficiency,the wavelet packet theory approach to agricultural vehicle brake system fault diagnosis expert system design were used,and finally through the fuzzy calculation method for system fault tree model for quantitative was analyzed.The results show that through union improved data acquisition analysis processes and improved system kernel inference algorithms,the eventual establishment of a agricultural vehicle brake system fault diagnosis expert system for fault diagnosis of vehicle braking systems agricultural has opened up new approach,the system has a certain practical application engineering.

Brake system;fault diagnosis;fault tree;expert system

TH17

A

1000-2324(2015)03-0422-03

2013-05-11

2013-05-20

賀平平(1981-),女,河南陜縣人,碩士,講師.研究方向:機械設計制造及其自動化.E-mail:49765499@qq.com