基于Petri網(wǎng)的液壓馬達(dá)故障診斷*

文斌

(浙江同濟(jì)科技職業(yè)學(xué)院，浙江杭州 311231)

基于Petri網(wǎng)的液壓馬達(dá)故障診斷*

文斌

(浙江同濟(jì)科技職業(yè)學(xué)院，浙江杭州 311231)

針對(duì)液壓馬達(dá)故障診斷中特征提取的瓶頸問(wèn)題，提出一種基于Petri網(wǎng)的液壓馬達(dá)故障診斷方法。以葉片式液壓馬達(dá)為例，分析液壓馬達(dá)常見(jiàn)的故障及原因，利用Petri網(wǎng)的知識(shí)表示方法提取故障征兆和故障原因，建立基于petri網(wǎng)的液壓馬達(dá)故障診斷模型，經(jīng)過(guò)Petri推理，結(jié)果表明該方法是有效的。

液壓馬達(dá);故障診斷;診斷模型;Petri網(wǎng)

1 引言

液壓系統(tǒng)廣泛用于現(xiàn)代化的機(jī)械設(shè)備中，具有良好的控制性和工藝適應(yīng)性。液壓設(shè)備的結(jié)構(gòu)越復(fù)雜、自動(dòng)化程度越高，發(fā)生故障的可能性越大，對(duì)生產(chǎn)造成的危害也越大。如何快速準(zhǔn)確診斷液壓設(shè)備的故障，成為制約生產(chǎn)的關(guān)鍵因素［1］。

目前液壓設(shè)備的故障診斷方法主要有:專(zhuān)家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、灰色理論［2］等方法。由于Petri網(wǎng)能夠圖形化地表達(dá)系統(tǒng)的模型，且能實(shí)現(xiàn)知識(shí)推理，同時(shí)具有類(lèi)似神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自我學(xué)習(xí)能力，近幾年得到了較大的發(fā)展。其更能適應(yīng)液壓設(shè)備故障突發(fā)性、多樣性、復(fù)雜性的特點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。

筆者提出了一種基于petri網(wǎng)的液壓馬達(dá)故障診斷方法，進(jìn)行故障元件的建模。由于Petri網(wǎng)模型具有快速準(zhǔn)確、適應(yīng)性強(qiáng)、穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，系統(tǒng)構(gòu)建相對(duì)簡(jiǎn)便，容錯(cuò)能力較強(qiáng)，能夠適應(yīng)大規(guī)模液壓系統(tǒng)中更加復(fù)雜的故障情形。

2 Petri網(wǎng)理論基礎(chǔ)［3-4］

2.1 Petri的定義

Petri網(wǎng)起源于1962年Carl Adam Petri(德國(guó))的博士論文，Petri網(wǎng)是一種可用圖形表示的組合模型，同時(shí)又是嚴(yán)格定義的數(shù)學(xué)對(duì)象，借助于數(shù)學(xué)開(kāi)發(fā)的Petri網(wǎng)分析方法和技術(shù)既可以用于靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析，又可用于動(dòng)態(tài)行為分析。它以網(wǎng)理論為基礎(chǔ)描述系統(tǒng)中離散事件之間的邏輯關(guān)系，以代數(shù)矩陣運(yùn)算演繹系統(tǒng)中同時(shí)發(fā)生、次序發(fā)生的各種動(dòng)態(tài)活動(dòng)。

式中:P為N的庫(kù)所(place)集;T為變遷(transition)集;F為流關(guān)系(flow relation);?表示空集;“×”號(hào)表示兩集合的笛卡兒乘積運(yùn)算。

令X=P∪T叫做N的元素集。dom(F)是F所含有序偶的第1個(gè)元素所成的集合;cod(F)是F所含有序偶第2個(gè)元素的集合，即

網(wǎng)的圖形表示是用“d”表示庫(kù)所，用“|”表示變遷，用從節(jié)點(diǎn)χ到y(tǒng)的有向弧(箭頭)表示有序偶(χ，y)。如果有向弧是從庫(kù)所到變遷，則稱(chēng)庫(kù)所是輸入庫(kù)所，變遷是庫(kù)所的輸出變遷;反之，如果有向弧是從變遷到庫(kù)所，則稱(chēng)庫(kù)所是變遷的輸出庫(kù)所，變遷是庫(kù)所的輸入變遷。

2.2 Petri的矩陣描述

式中:w(p，t)為從庫(kù)所p到變遷t的有向弧的權(quán)值(通常為l);(p，t)∈F表示從p到t存在有向通路。

網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)向量M用于表示庫(kù)所中托肯標(biāo)識(shí)情況，“1”表示相應(yīng)的庫(kù)所中存在托肯，“0”表示沒(méi)有托肯。Petri網(wǎng)的初始標(biāo)記狀態(tài)用初始標(biāo)記向量M0表示。點(diǎn)火向量U用于表示變遷的點(diǎn)火情況。Petri網(wǎng)的動(dòng)態(tài)行為過(guò)程可用如下?tīng)顟B(tài)方程描述，它反映了系統(tǒng)的狀態(tài)變化M=M0+CU。

3 基于Petri網(wǎng)的液壓馬達(dá)診斷模型

下面采用表1葉片式液壓馬達(dá)常見(jiàn)的故障及原因中的數(shù)據(jù)，利用Petri網(wǎng)的知識(shí)表示方法提取故障征兆和故障原因，建立一個(gè)簡(jiǎn)單的基于Petri網(wǎng)的液壓馬達(dá)故障診斷模型［5］。

表1 葉片式液壓馬達(dá)常見(jiàn)的故障及原因

按照Petri網(wǎng)絡(luò)知識(shí)表示的方法，建立液壓馬達(dá)的故障診斷模型如圖1所示。圖中各個(gè)庫(kù)所的含義如下:

P1表示電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不夠;P2表示吸油過(guò)濾器濾網(wǎng)堵塞;P3表示油箱中油量不足或吸油管徑過(guò)小造成吸油困難;P4表示密封不嚴(yán)，不泄漏，空氣侵入內(nèi)部;P5表示油的粘度過(guò)大;P6表示液壓泵軸向及徑向間隙過(guò)大、內(nèi)泄增大;P7表示液壓泵效率太低;P8表示溢流閥調(diào)整壓力不足或發(fā)生故障;P9表示油管阻力過(guò)大(管道過(guò)長(zhǎng)或過(guò)細(xì));P10表示油的粘度較小，內(nèi)部泄漏較大;P11表示液壓馬達(dá)結(jié)合面沒(méi)有擰緊或密封不好，有泄漏;P12表示液壓馬達(dá)內(nèi)部零件磨損，泄漏嚴(yán)重;P13表示配油盤(pán)的支承彈簧疲勞，失去作用;P14表示配油盤(pán)磨損嚴(yán)重;P15表示軸向間隙過(guò)大;P16表示配油盤(pán)與缸體端面磨損，軸向間隙過(guò)大;P17表示彈簧疲勞;P18表示葉片與定子磨損嚴(yán)重;P19表示油端密封，磨損; P20表示蓋板處的密封圈損壞;P21表示結(jié)合面有污物或螺栓未擰緊;P22表示管接頭密封不嚴(yán);P23表示密封不嚴(yán)，有空氣侵入內(nèi)部;P24表示液壓油被污染，有氣泡混入;P25表示聯(lián)軸器不同心;P26表示液壓油粘度過(guò)大;P27表示液壓馬達(dá)的徑向尺寸嚴(yán)重磨損;P28表示葉片已磨損;P29表示葉片與定子接觸不良，有沖撞現(xiàn)象。P30表示定子磨損;P31表示液壓泵供油量不足; P32表示液壓泵輸出油壓不足;P33表示液壓馬達(dá)泄漏; P34表示失效;P35表示內(nèi)部泄漏;P36表示外部泄漏;P37表示噪聲;P38表示轉(zhuǎn)速低轉(zhuǎn)矩小;P39表示泄漏;P40表示液壓馬達(dá)。

圖1 液壓馬達(dá)的故障診斷模型

4 實(shí)驗(yàn)分析

假設(shè)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不夠，根據(jù)圖1建立的Petri網(wǎng)診斷模型，可得初始標(biāo)識(shí)向量為:

此時(shí)變遷t1滿足觸發(fā)條件而點(diǎn)火，使其輸入庫(kù)所中的托肯按有向弧的方向轉(zhuǎn)移至輸出庫(kù)所中，以上過(guò)程為Petri網(wǎng)第1次點(diǎn)火。這一點(diǎn)火過(guò)程同時(shí)可用Petri網(wǎng)的狀態(tài)方程式Mi=M0+CU1描述，其中U1=［1，0，0，0……0］。經(jīng)3次點(diǎn)火3次運(yùn)算可得:

根據(jù)前面所述Petri網(wǎng)推理規(guī)則，由于庫(kù)所中P1存在托肯，得到的結(jié)果與假設(shè)相符，即液壓馬達(dá)故障。

5 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)液壓設(shè)備故障突發(fā)性、多樣性、復(fù)雜性的特點(diǎn)以及液壓馬達(dá)故障診斷中特征提取上的瓶頸問(wèn)題，提出了一種基于Petri網(wǎng)的液壓馬達(dá)故障診斷方法。在該方法中分析液壓馬達(dá)常見(jiàn)的故障及原因，利用Petri網(wǎng)的知識(shí)表示方法提取故障征兆和故障原因，建立基于Petri網(wǎng)的液壓馬達(dá)故障診斷模型，結(jié)果表明該方法是有效的，能快速找到液壓系統(tǒng)中液壓馬達(dá)故障。

［1］ 劉汝臣，李新德.淺談液壓系統(tǒng)故障診斷的方法［J］.裝備制造技術(shù)，2009(7):96－97.

［2］ 陳玉良.基于灰色理論的液壓設(shè)備故障診斷［J］.液壓與氣動(dòng)，2005(7):73－75.

［3］ 古天龍.Petri網(wǎng)理論及其應(yīng)用［J］.桂林電子工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，1992，12(1):37－48.

［4］ 李 廈.基于Petri網(wǎng)的故障診斷技術(shù)研究及其在液壓系統(tǒng)中的應(yīng)用［D］.上海:同濟(jì)大學(xué)，2006.

［5］ 方桂花，趙 永，李緒省.模糊Petri網(wǎng)在液壓泵故障診斷中的應(yīng)用研究［J］.機(jī)床與液壓，2011，39(19):155－161.

Fault Diagnosis of Hydraulic Motor Based on Petri Net

WEN Bin
(Zhejiang Tongji Vocational College of Science and Technology，Hangzhou Zhejiang 311231，China)

As the hydraulic motor has the problem of feature extraction，a fault diagnosis method of hydraulic motor based on Petri net is proposed.In this method，the common faults and reasons of hydraulic motor is analyzed，the fault symptom and reason is extracted by using the knowledge representation method of Petri net，and the fault diagnosis model of hydraulic motor based on PN is constructed.Through Petri reasoning，the result shows that the proposed method is effective.

hydraulic motor;fault diagnosis;diagnosis model;Petri net

TH123

A

1007－4414(2013)05－0073－02

2013－08－02

文 斌(1979－)，男，湖南永州人，講師，主要從事液壓技術(shù)方面的研究與教學(xué)工作。