柴油機(jī)冷啟動(dòng)過程模糊邏輯推理異常診斷

摘 要：在分析柴油機(jī)冷啟動(dòng)異常診斷知識特點(diǎn)的研究基礎(chǔ)上，采用清晰集構(gòu)建模糊集的方法對柴油機(jī)冷啟動(dòng)過程運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的模糊化處理，并采用模糊邏輯推理算法對柴油機(jī)冷啟動(dòng)過程進(jìn)行異常診斷，從而提出了一種基于模糊邏輯推理的柴油機(jī)冷啟動(dòng)異常診斷方法.應(yīng)用實(shí)例表明，柴油機(jī)冷啟動(dòng)過程中啟動(dòng)困難異常的可能性為0.752，應(yīng)該對柴油機(jī)冷啟動(dòng)供油溫度、進(jìn)氣岐管溫度進(jìn)行處理.應(yīng)用效果表明， 柴油機(jī)冷啟動(dòng)過程邏輯推理異常診斷方法診斷準(zhǔn)確率高，具有較強(qiáng)的實(shí)用性.

關(guān)鍵詞：柴油機(jī)；異常診斷專家系統(tǒng)；模糊推理；清晰集；推理機(jī)

中圖分類號：TK421 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Abnormity Diagnosis on the Process of Cold Start in the Diesel 

Engine Based on Fuzzy Logic Inference



HU Su-yun，E Jia-qiang，GONG Jin-ke

（College of Mechanical and Vehicle Engineering， Hunan Univ， Changsha， Hunan 410082，China）

Abstract:Based on the analysis on diagnosis knowledge of cold start fault for diesel engine， the running state parameters of the process of cold start in the diesel engine were processed by using clear sets to construct a fuzzy set. Some abnormities about the process of cold start in the diesel engine were diagnosed by using fuzzy inference algorithm， and an abnormity diagnosis method about the process of cold start in the diesel engine was put forward based on fuzzy logic inference. Application results reveal that the probability about abnormity of the start difficult was 0.752. Therefore， oil temperature and inflow manifold temperature should be checked. Application effects show that the abnormity diagnosis method about the process of cold start in the diesel engine is of high accuracy and large practicality.



Key words:diesel engine; fault diagnosis expert systems; fuzzy inference; clear sets; inference engine

柴油機(jī)的冷啟動(dòng)性能取決于冷啟動(dòng)時(shí)的熱力狀態(tài)和混合狀態(tài)［1-5］，并容易出現(xiàn)異常情況.而在柴油機(jī)的冷啟動(dòng)過程異常診斷中，異常原因與異常癥狀同特征參數(shù)之間的聯(lián)系會(huì)表現(xiàn)出非常復(fù)雜的非線性映射關(guān)系.同一異常原因往往存在多種異常癥狀與之對應(yīng)，同一異常癥狀也由多種特征參數(shù)來表現(xiàn)； 反之，多個(gè)特征參數(shù)也是通過其征兆的不同來定量表述，同一個(gè)異常癥狀往往有多種異常原因與之對應(yīng)［6-7］.異常與癥狀之間的不確定性［8-11］以及在概念描述上的不精確性導(dǎo)致了其對應(yīng)關(guān)系往往是模糊的.柴油機(jī)冷啟動(dòng)過程工作條件惡劣，工作過程復(fù)雜，而良好的異常診斷方法對柴油機(jī)冷啟動(dòng)工作故障的維護(hù)提供了較大的便利.為此，本文結(jié)合模糊推理方法、清晰集構(gòu)建模糊集法等方法的優(yōu)點(diǎn)，構(gòu)建模糊邏輯推理異常診斷方法對柴油機(jī)冷啟動(dòng)過程異常狀況進(jìn)行了診斷，應(yīng)用效果表明模糊邏輯推理異常診斷方法具有較強(qiáng)的實(shí)用性.

1 柴油機(jī)冷啟動(dòng)過程模糊邏輯推理異常診斷總體規(guī)劃

基于模糊邏輯推理的柴油機(jī)冷啟動(dòng)過程異常診斷是在模糊概念和模糊邏輯的知識特點(diǎn)基礎(chǔ)上建立的［12］，能對模糊信息系統(tǒng)進(jìn)行有效處理，其一般的結(jié)構(gòu)如圖1所示.

設(shè)基于模糊邏輯推理的柴油機(jī)冷啟動(dòng)過程異常診斷時(shí)的x，y均為已經(jīng)確定的非模糊信息，輸出的信號y為論域V上的點(diǎn)，輸入的信號x為論域U上的點(diǎn).基于模糊邏輯推理的柴油機(jī)冷啟動(dòng)過程異常診斷對象是模糊信息，所以信號x需要通過模糊器變換成U上的模糊集合；基于模糊邏輯推理的柴油機(jī)冷啟動(dòng)過程異常診斷最終的輸出應(yīng)是明確的信息，所以需要解模糊器將論域V的模糊集合變換成V上確定的信號y.

模糊規(guī)則庫在柴油機(jī)冷啟動(dòng)異常診斷中的基本格式為“IF…THEN”型規(guī)則，用于表述專家的經(jīng)驗(yàn)知識；模糊化系統(tǒng)單元、柴油機(jī)冷啟動(dòng)異常診斷中的模糊推理機(jī)與反模糊化系統(tǒng)單元的設(shè)計(jì)有較大的適應(yīng)性，對于特殊的問題，可以利用對比和學(xué)習(xí)的方法來選取其最優(yōu)化模糊邏輯系統(tǒng)，以便于其系統(tǒng)更加有效地利用語言和數(shù)據(jù)兩類信息.

柴油機(jī)冷啟動(dòng)過程異常診斷模糊規(guī)則庫是基于模糊邏輯推理的柴油機(jī)冷啟動(dòng)過程異常診斷的核心部分，其模糊規(guī)則在模糊規(guī)則庫中的形式為：

圖2表示了柴油機(jī)冷啟動(dòng)過程異常診斷在模糊規(guī)則下的網(wǎng)絡(luò)形式.按照圖2的關(guān)系，對模糊診斷規(guī)則庫中的所有M條規(guī)則，可以構(gòu)成一個(gè)具有異常診斷功能的模糊規(guī)則網(wǎng)絡(luò)形式.在模糊診斷規(guī)則庫中，每個(gè)異常Fj同時(shí)有可能與多條規(guī)則發(fā)生相互關(guān)聯(lián)，而其中某一運(yùn)行事實(shí)xi也同時(shí)有可能是其多條規(guī)則中對應(yīng)的模糊條件.異常與運(yùn)行事實(shí)之間的復(fù)雜對應(yīng)關(guān)系在多條規(guī)則構(gòu)建下的完整規(guī)則網(wǎng)絡(luò)得到體現(xiàn).

在建立了柴油機(jī)冷啟動(dòng)過程異常診斷模糊規(guī)則庫后，可以選擇合適的模糊推理方法建立模糊邏輯推理異常診斷系統(tǒng).異常診斷過程中的模糊推理是基于柴油機(jī)冷啟動(dòng)過程當(dāng)前的運(yùn)行事實(shí)、對模糊規(guī)則庫中的相關(guān)規(guī)則進(jìn)行優(yōu)化匹配處理，并對相應(yīng)的柴油機(jī)冷啟動(dòng)過程異常結(jié)果進(jìn)行診斷.

2 柴油機(jī)冷啟動(dòng)過程模糊邏輯推理異常診

斷方法

2.1 運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)模糊化處理

考慮到柴油機(jī)冷啟動(dòng)過程特征參數(shù)往往體現(xiàn)人的直覺推理方式，因此，采用清晰集構(gòu)建模糊集法［13-14］對柴油機(jī)冷啟動(dòng)過程特征參數(shù)進(jìn)行模糊化，即通過清晰集的并、交運(yùn)算，能夠?qū)崿F(xiàn)其清晰集的模糊化，又可以直觀地表述清晰集和模糊集之間關(guān)系的清晰集構(gòu)建模糊集的簡易方法.

4 應(yīng)用效果

基于Visual Basic6.5和ACCESS數(shù)據(jù)庫的柴油機(jī)冷啟動(dòng)過程模糊邏輯推理異常故障診斷系統(tǒng)由模糊診斷模塊、知識庫維護(hù)以及系統(tǒng)幫助3個(gè)功能模塊構(gòu)成.通過分析對閾值進(jìn)行賦值，然后利用模糊推理的不確定性對柴油發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)典型異常進(jìn)行診斷分析，并給出相應(yīng)的維修策略.Visual Basic6.5支持多種數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用，具有很好的可移植性和通用性，而且具備強(qiáng)大的人機(jī)對話界面功能.其診斷界面可以由對話框的形式組成，并且利用DAO(Data Access Object)訪問數(shù)據(jù)庫技術(shù)設(shè)計(jì)了該系統(tǒng)，該系統(tǒng)具備了友好的人機(jī)對話模式.

采用柴油機(jī)冷啟動(dòng)過程模糊邏輯推理異常診斷系統(tǒng)對近3年以來某柴油機(jī)的多個(gè)典型冷啟動(dòng)異常進(jìn)行了試驗(yàn)應(yīng)用，得出診斷準(zhǔn)確率在87%以上，其應(yīng)用推理診斷結(jié)論如表2所示，可見該柴油機(jī)冷啟動(dòng)過程模糊邏輯推理異常診斷系統(tǒng)的決策報(bào)告基本與實(shí)際檢修情況相符，并且實(shí)現(xiàn)了柴油機(jī)冷啟動(dòng)過程模糊邏輯推理異常診斷的快速推理，其推理速度完全可以滿足系統(tǒng)在線實(shí)時(shí)診斷的要求.因此，該柴油機(jī)冷啟動(dòng)過程模糊邏輯推理異常診斷系統(tǒng)中所開發(fā)的知識庫是可信的，推理機(jī)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方式是正確的.在對該系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化完善后，可以開發(fā)成一個(gè)具有實(shí)用價(jià)值的異常故障診斷專家系統(tǒng).

5 結(jié) 論

1）在分析柴油機(jī)冷啟動(dòng)異常診斷的基礎(chǔ)上， 提出了一種采用清晰集構(gòu)建模糊集法確定參數(shù)變量隸屬函數(shù)和采用模糊邏輯推理算法實(shí)現(xiàn)異常診斷的柴油機(jī)冷啟動(dòng)異常診斷方法，實(shí)例應(yīng)用結(jié)果驗(yàn)證了該方法的有效性； 

2）基于Visual Basic6.5和ACCESS數(shù)據(jù)庫技術(shù)，開發(fā)了柴油機(jī)冷啟動(dòng)過程模糊邏輯推理異常診斷系統(tǒng)，近3年應(yīng)用效果表明，柴油機(jī)冷啟動(dòng)過程模糊邏輯推理異常診斷的快速推理，其診斷準(zhǔn)確率在87%以上.

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