基于支持向量機(jī)回歸算法的電子機(jī)械制動(dòng)傳感器系統(tǒng)故障分析

摘 要：基于支持向量機(jī)回歸算法的電子機(jī)械制動(dòng)傳感器系統(tǒng)故障分析方法在自動(dòng)化領(lǐng)域逐漸被廣泛應(yīng)用。本文將對(duì)電子機(jī)械制動(dòng)傳感器系統(tǒng)與支持向量機(jī)回歸算法原理進(jìn)行簡要分析，并重點(diǎn)探究基于支持向量機(jī)回歸算法的電子機(jī)械制動(dòng)傳感器系統(tǒng)故障分析。

關(guān)鍵詞：電子機(jī)械制動(dòng)傳感器;支持向量機(jī)回歸算法;預(yù)測模型

為充分提升電子機(jī)械制動(dòng)傳感器系統(tǒng)的穩(wěn)定性，該領(lǐng)域的學(xué)者研究出基于支持向量機(jī)回歸算法的故障判斷方法。因此，探究基于支持向量機(jī)回歸算法的電子機(jī)械制動(dòng)傳感器系統(tǒng)故障分析有著重要意義。

1 電子機(jī)械制動(dòng)傳感器系統(tǒng)

電子機(jī)械制動(dòng)傳感器系統(tǒng)主要包括電子機(jī)械制動(dòng)傳感器控制算法，電子機(jī)械制動(dòng)傳感器，電子機(jī)械制動(dòng)傳感器執(zhí)行器以及底層控制器。電子機(jī)械制動(dòng)傳感器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要由執(zhí)行電機(jī)、運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)以及減速機(jī)構(gòu)三部分構(gòu)成。目標(biāo)制動(dòng)力進(jìn)入電子機(jī)械制動(dòng)傳感器的底層控制器中的控制電路轉(zhuǎn)化為信號(hào)，傳入驅(qū)動(dòng)電路，進(jìn)而導(dǎo)入電流傳感器當(dāng)中。電壓信號(hào)從電子機(jī)械制動(dòng)傳感器底層控制器中傳入電機(jī)中，依次進(jìn)入減速機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置、壓力傳感器以及制動(dòng)鉗這一系列環(huán)節(jié)構(gòu)成了電子機(jī)械制動(dòng)傳感器的執(zhí)行器。部分信號(hào)會(huì)由電子機(jī)械制動(dòng)傳感器、執(zhí)行器傳遞到電子機(jī)械制動(dòng)傳感器底層控制器中，這一系列流程構(gòu)成了電子機(jī)械制動(dòng)傳感器系統(tǒng)。電子機(jī)械制動(dòng)傳感器控制系統(tǒng)運(yùn)用了三閉環(huán)控制算法。三閉環(huán)結(jié)構(gòu)從內(nèi)至外依次為電流環(huán)、轉(zhuǎn)速環(huán)以及壓力環(huán)。其中的主要控制環(huán)為壓力環(huán)，借助轉(zhuǎn)速環(huán)對(duì)電機(jī)的響應(yīng)速度進(jìn)行相應(yīng)的增強(qiáng)，電流環(huán)的作用主要是消減壓力變化階段以及啟動(dòng)階段帶來的電流擾動(dòng)[1]。上述分析表明，借助閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)，傳感器系統(tǒng)能夠?yàn)殡娮訖C(jī)械制動(dòng)傳感器的控制器提供重要信息。這進(jìn)一步表明，電子機(jī)械制動(dòng)傳感器的性能直接決定電子機(jī)械制動(dòng)傳感器系統(tǒng)能否正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

2 支持向量機(jī)回歸算法原理

在應(yīng)用于問題分類處理階段，支持向量機(jī)原理是借助找尋分類面的最優(yōu)狀態(tài)。對(duì)相關(guān)樣本進(jìn)行正確分類操作。而將上述操作步驟推廣開來，借助數(shù)據(jù)樣本來進(jìn)行實(shí)函數(shù)估計(jì)為支持向量機(jī)回歸原理。借助支持向量進(jìn)行問題分類的具體表述為，在一組訓(xùn)練樣本中，，借助非線性映射，將傳統(tǒng)空間映射到高維度特征空間，在此處空間中構(gòu)造超平面，進(jìn)而將原本的非線性問題分類轉(zhuǎn)化為線性問題分類。使用支持向量機(jī)回歸算法不能對(duì)上述問題直接進(jìn)行求解，由于很難找到非線性映射的具體模式，因此常用核函數(shù)進(jìn)行替代。借助核函數(shù)算法，能夠?qū)⒃镜母呔S度特征空間的運(yùn)算轉(zhuǎn)化為低維度特征空間的運(yùn)算。核函數(shù)的定義為任意滿足mercer條件的函數(shù)，進(jìn)而可將原本復(fù)雜的運(yùn)算問題轉(zhuǎn)變?yōu)閮?yōu)化對(duì)偶問題。對(duì)于支持向量機(jī)回歸算法可以采用時(shí)間滾動(dòng)方式進(jìn)行學(xué)習(xí)。在增量學(xué)習(xí)的過程中，樣本呈遞增態(tài)勢，隨著時(shí)間的變動(dòng)，樣本的數(shù)量也會(huì)持續(xù)增加，但新增的樣本不一定會(huì)對(duì)支持向量回歸產(chǎn)生直接影響。若新增樣本出現(xiàn)傳統(tǒng)樣本集中不具備的信息，那么支持向量就會(huì)出現(xiàn)一定程度的變動(dòng);若是新增樣本出現(xiàn)了傳統(tǒng)樣本集中的信息，那么支持向量就不會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變動(dòng)。

3 基于支持向量機(jī)回歸算法的電子機(jī)械制動(dòng)傳感器系統(tǒng)故障分析

基于支持向量機(jī)回歸算法對(duì)電子機(jī)械制動(dòng)傳感器系統(tǒng)進(jìn)行故障分析，主要是針對(duì)電子機(jī)械制動(dòng)傳感器系統(tǒng)中的壓力、轉(zhuǎn)速以及電流三個(gè)電子機(jī)械制動(dòng)器傳感器進(jìn)行故障分析。首先需要建立基于支持向量機(jī)的預(yù)測模型，然后將電子機(jī)械制動(dòng)傳感器實(shí)測的殘差值與基于支持向量機(jī)預(yù)測模型的估計(jì)值比對(duì)，進(jìn)而得出相應(yīng)的故障分析結(jié)果，并對(duì)故障分析結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)分類。下文將依照壓力、信號(hào)轉(zhuǎn)速以及電流在空間和時(shí)間的冗余關(guān)系中建立兩個(gè)獨(dú)特的基于向量機(jī)回歸算法的預(yù)測模型。此種預(yù)設(shè)方式比依照壓力、信號(hào)轉(zhuǎn)速以及電流三者各建立一個(gè)基于支持向量機(jī)回歸算法的預(yù)測模型有著更高的效率。在具體的實(shí)驗(yàn)進(jìn)程中，首先收集兩組對(duì)照電子機(jī)械制動(dòng)傳感器的樣本值。兩組樣本分別為由轉(zhuǎn)速信號(hào)和電流構(gòu)成的樣本，以及由壓力信號(hào)和電流構(gòu)成的樣本[2]。以當(dāng)前時(shí)刻k為基準(zhǔn)，記錄過往時(shí)刻的連續(xù)數(shù)據(jù)。將過往樣本各連續(xù)時(shí)刻的壓力值與電流值作為輸入性樣本，以某一特定時(shí)刻的壓力值和電流值為輸出樣本，建立相應(yīng)的支持向量機(jī)回歸算法的模型。待基于支持向量機(jī)回歸算法的預(yù)測模型設(shè)置完成后，借助過去某一特定時(shí)刻的樣本值。對(duì)當(dāng)前傳感器的傳輸值進(jìn)行預(yù)測。兩組電子機(jī)械制動(dòng)傳感器對(duì)照組基于支持向量機(jī)回歸算法的預(yù)測模型一和二會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)不同的輸出值。將兩個(gè)來自于不同預(yù)測模型的估計(jì)值與現(xiàn)場的電流值進(jìn)行比對(duì)，然后兩兩做差形成序列殘差。其中殘差值一包括了電流和轉(zhuǎn)速信號(hào)在空間與時(shí)間方面的冗余信息，殘差值二包括了電流與壓力信號(hào)，在空間與時(shí)間方面的冗余信息;殘差值三包括了壓力信號(hào)、電流以及轉(zhuǎn)速信號(hào)在空間與時(shí)間方面的冗余信息。基于上述分析我們可以假設(shè)在時(shí)刻k電子機(jī)械制動(dòng)傳感器出現(xiàn)故障，則時(shí)刻k的電流值將與電子機(jī)械制動(dòng)傳感器系統(tǒng)正常的輸出電流值存在一定的偏差。由于時(shí)刻k前后的任意時(shí)刻的電流測量值都是準(zhǔn)確的，則基于支持向量機(jī)回歸算法預(yù)測模型計(jì)算出的電流輸出值更為接近電子機(jī)械制動(dòng)傳感器系統(tǒng)的正確電流輸出值，這就會(huì)導(dǎo)致殘差值一與殘差之二出現(xiàn)顯著變化，殘差值三基本不會(huì)出現(xiàn)變動(dòng)。當(dāng)電子機(jī)械制動(dòng)傳感系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速傳感器在時(shí)刻k出現(xiàn)故障時(shí)，時(shí)刻k的電流測量值將偏離電子機(jī)械制動(dòng)傳感器系統(tǒng)的正確電流輸出值;當(dāng)電子機(jī)械制動(dòng)傳感器系統(tǒng)的壓力傳感器在時(shí)刻k出現(xiàn)故障時(shí)，殘差值一基本不會(huì)出現(xiàn)變動(dòng);殘差值二與殘差值三會(huì)出現(xiàn)顯著變化。基于上述分析，采用支持向量機(jī)回歸算法對(duì)電子機(jī)械制動(dòng)傳感器系統(tǒng)故障的分析過程為，收集樣本、數(shù)據(jù)處理、建立支持向量機(jī)預(yù)測模型形成殘差值，進(jìn)而判斷系統(tǒng)故障原因。

綜上所述，基于支持向量機(jī)回歸算法診斷系統(tǒng)故障分析方法為構(gòu)建故障模塊，開展相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究。相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明該種方法能夠?qū)﹄娮訖C(jī)械制動(dòng)傳感器系統(tǒng)中的各類故障進(jìn)行有效分析，進(jìn)而充分提升電子機(jī)械制動(dòng)傳感器的穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃鈺.無力傳感器的電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)控制問題分析[J].山東工業(yè)技術(shù)，2019（06）：144.

[2]陸一祎.模糊多輸出最小二乘支持向量機(jī)的分類與回歸研究[D].南京信息工程大學(xué)，2018.

作者簡介：張林林（1984-），男，河南鞏義人，本科，講師，研究方向：中職機(jī)電技術(shù)教育。