基于虛擬儀器和BP神經網絡液壓系統(tǒng)故障診斷

摘要 針對液壓系統(tǒng)故障診斷中存在的檢測和分析判斷困難、耗時費力且準確度不高等諸多問題，提出了一種基于虛擬儀器和BP神經網絡技術的液壓系統(tǒng)遠程故障診斷系統(tǒng)的設計。利用虛擬儀器數(shù)據采集、分析和處理能力以及其開放性特點，實現(xiàn)了對液壓系統(tǒng)故障的實時遠程監(jiān)測判斷。利用BP神經網絡技術對歷史監(jiān)測數(shù)據的分析判斷，實現(xiàn)了對液壓系統(tǒng)將來工作狀態(tài)的預測，發(fā)現(xiàn)潛在故障，做好預防措施。該方法具有良好的軟件交互界面，操作簡單，準確度高。
關鍵詞 液壓系統(tǒng)；虛擬儀器；BP神經網絡；故障診斷

液壓系統(tǒng)在工程機械中占有重要的地位，其性能的好壞直接影響和決定整機的性能和品質。液壓傳動具有重量輕、體積小、可實現(xiàn)無級變速、易于實現(xiàn)載荷控制和動力傳輸?shù)葍?yōu)點，因而在工程中得到了廣泛應用。因此保證液壓系統(tǒng)正常穩(wěn)定的工作是保證工程機械正常工作狀態(tài)的必備條件。但液壓系統(tǒng)的工作介質是流體，它本身存在連續(xù)性和靜壓傳遞的均布性，且工作在各元件和封閉管路內，故很難判斷液壓系統(tǒng)故障的因果關系。一旦出現(xiàn)故障，單憑感官、經驗和傳統(tǒng)的檢測方法來判斷，相當困難并且準確率不高，故障的分析和排除比較困難。文中提出了一種基于虛擬儀器和BP神經網絡技術的液壓系統(tǒng)遠程故障診斷方法。虛擬儀器和BP神經網絡技術的引入，能實時遠程監(jiān)測液壓系統(tǒng)的工作狀態(tài)，收集當前液壓系統(tǒng)各參數(shù)數(shù)據，通過數(shù)據融合分析判斷系統(tǒng)工況，并預測將來的工況走向，發(fā)現(xiàn)潛在故障，真正達到預防為
主的目的，保證液壓系統(tǒng)處于正常穩(wěn)定工作狀態(tài)。

1 虛擬儀器和BP神經網絡技術
1．1 虛擬儀器技術
虛擬儀器(Virtual Instrument，VI)是現(xiàn)代測控技術和計算機技術相結合的產物。它本質上是一個開放型的結構，由通用計算機、數(shù)字信號處理器或其它CPU來提供信號處理、存儲和顯示功能，由數(shù)據采集板卡、GPIB或VXI總線接口板進行信號的獲取與控制，實現(xiàn)儀器的功能。虛擬儀器是軟件和硬件相結合的產物，其基本思想和核心內容是借助儀器設備完成數(shù)據采集和預處理以及儀器控制功能。圖1為虛擬儀器的基本構成圖。

與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器具有如下特點：
(1)測量精度高、可重復性好。由于虛擬儀器減少了硬件的使用，因此減少了測試誤差，同時測試可重復性進一步提高。
(2)測量速度快。由于測量輸入信號只需一個量化的數(shù)據模塊，就可通過數(shù)據處理器將信號特性計算出來，因此可縮短測量時間，提高測量速度。
(3)縮短了系統(tǒng)組建的時間，降低儀器硬件開銷，同時也降低了系統(tǒng)故障率。
(4)實現(xiàn)了用戶自定義測量功能，可測量傳統(tǒng)物理儀器不能測量的對象。
(5)易于擴展。為提高系統(tǒng)性能，可方便地加入或更換儀器模塊，有利于測試系統(tǒng)擴展。
隨著計算機及網絡技術的發(fā)展，利用網絡技術，進行網絡化測控將成為虛擬儀器技術發(fā)展的重點。將虛擬儀器和網絡技術結合起來，使虛擬儀器拓展到網絡測控應用環(huán)境中去，對于豐富測控手段、提高測控效率、充分合理地利用有效資源都有著很好的作用。