一种柴油机瞬时转速测量及气缸熄火故障诊断装置和方法与流程

文档序号:13743478阅读:来源:国知局
技术特征:
1.一种柴油机瞬时转速测量及气缸熄火故障诊断装置,其特征在于:包括检测单元(1)、中央处理单元(2)、显示单元(3)、输入单元(4)和辅助电源(5);所述检测单元(1)测取柴油机飞轮瞬时转速信号和上止点信号并发送到中央处理单元(2);中央处理单元(2)根据接收到的信号计算瞬时转速,并将瞬时转速平滑滤波处理后送至显示单元(3),同时中央处理单元(2)根据瞬时转速进行气缸熄火故障诊断,确定故障气缸的位置,并送至显示单元(3);输入单元(4)与中央处理单元(2)连接,输入柴油机的飞轮齿数;辅助电源(5)给各模块供电。2.根据权利要求1所述一种柴油机瞬时转速测量及气缸熄火故障诊断装置,其特征在于:所述检测单元(1)包括霍尔传感器(1.1)、电磁式转速传感器(1.2)、脉冲整形单元Ⅰ(1.3)和脉冲整形单元Ⅱ(1.4),其中电磁式转速传感器(1.2)将高速运转的柴油机飞轮信号转换成正弦信号,通过脉冲整型单元Ⅱ(1.4)处理得到规则方波,输入到中央处理单元(2);霍尔传感器(1.1)接近安装在飞轮上止点处的强力磁铁时,霍尔传感器(1.1)输出指示信号,通过脉冲整型单元Ⅰ(1.3)处理后,向中央处理单元(2)送入上止点信号。3.根据权利要求1所述一种柴油机瞬时转速测量及气缸熄火故障诊断装置,其特征在于:所述显示单元(3)包括LED弧形光栅刻度盘、4位LED数码管和8位故障指示灯,所述LED弧形光栅刻度盘由6片LED弧形光栅串接构成一个完整的测量指示刻度盘,每LED片弧形光栅分为10个刻度;4位LED数码管和8位故障指示灯分别用于显示平均转速和指示气缸熄火故障诊断结果。4.根据权利要求1到3任一项所述一种柴油机瞬时转速测量及气缸熄火故障诊断装置,其特征在于:所述中央处理单元(2)包括通信接口(2.1)、单片机(2.2)、高速频率测量单元(2.3)、I/O接口(2.4)和LED显示接口(2.5),所述单片机(2.2)分别与通信接口(2.1)、高速频率测量单元(2.3)、I/O接口(2.4)和LED显示接口(2.5)连接。5.根据权利要求4所述一种柴油机瞬时转速测量及气缸熄火故障诊断装置,其特征在于:所述通信接口(2.1)通过CAN总线连接到上一级柴油机监控仪表箱或监控计算机。6.一种柴油机瞬时转速测量及气缸熄火故障诊断方法,其特征在于,包括以下步骤:第一步:建立柴油机气缸熄火故障诊断模型构建一个具有一个隐含层的BP神经网络作为柴油机气缸熄火故障诊断模\t型,所述BP神经网络的输入层节点数为3个,对应柴油机的瞬时转速波动峰峰值、瞬时转速峰值和谷值,输出层节点数为1个,对应柴油机气缸熄火故障的诊断结果,隐含层节点数为6个;第二步:采用混沌粒子群优化BP神经网络的权值a)初始化混沌粒子群:初始化种群数目m、最大迭代次数k、惯性权重w以及加速常数c1和c2;将BP神经网络的权值和阈值编码为粒子的位置向量Xi,设置速度向量为Vi,Xi和Vi均为D维向量;b)更新粒子群:将每个粒子的当前位置设置为当前个体最优位置Pi,将第Pi中所代表的权值和阈值代入BP神经网络中,按照式(1)计算每个粒子的适应度值f(i),f(i)=12Σs=1SΣj=1p(oijs-dijs)2+γ·1p·qΣj=1qΣi=1pwij2,i=1,2,...m---(1)]]>式中,o是实际输出,d是期望输出,γ是性能比例,S是样本数,q是BP网络隐含层的节点数,p是输出层节点数,wij是权值,m是种群数目;将以上计算出的适应度值f(i)设为当前的个体极值fi,同时通过评价f(i)得到当前全局最优极值fbest以及全局最优位置pg;c)将每个粒子的位置向量Xi所代表的权值和阈值带入BP神经网络,计算BP网络的实际输出,然后按照步骤b)的方法计算每个粒子的适应度值f(i);d)评价每个粒子,将其适应值与上一时刻的个体极值进行比较,若较优,则更新当前的个体最优位置与个体极值;e)将每个粒子的个体极值与上一时刻的全局最优极值进行比较,若较优,则更新当前的全局最优位置与全局最优值;f)根据公式(2)和(3)更新粒子的速度向量和位置向量:vi,j(t+1)=wvi,j(t)+c1r1[pi,j(t)-xi,j(t)]+c2r2[pg,j(t)-xi,j(t)](2)Xi,j(t+1)=Xi,j(t)+Vi,j(t)(3)其中,i=1,2,…,m,j=1,2,…,D,t为迭代次数,w为惯性权重,c1和c2为正的加速常数,r1和r2为0到1之间均匀分布的随机数,X为位置向量,V为速度向量,vi,j是第i个粒子的速度,xi,j是第i个粒子的位置,pi,j为粒子的个体最优位置,pg,j是种群的全局最优位置;g)若未达到最大迭代次数k,则返回步骤c);否则,结束;第三步:根据粒子位置向量中的BP神经网络的权值和阈值,在确定网络的最大训练次数及最小误差指标后,利用样本训练数据,采用动量梯度下降反向\t传播算法对BP神经网络的权值进一步优化,直到满足误差性能目标或达到最大训练次数为止;第四步:将检测单元(1)测得的柴油机瞬时转速信号输入到中央处理单元(2),中央处理单元(2)的单片机(2.2)根据瞬时转速信号的波形特征参数输入到BP神经网络,经单片机(2.2)运算后,得到柴油机气缸熄火故障诊断结果,并送入显示单元(3)显示;第五步:中央处理单元(2)根据检测单元(1)测得的上止点信号确定柴油机运行一个周期内的波形图,由一个周期内的波峰数推算出气缸数,气缸数确定后,各缸发火顺序随即确定;根据上止点与气缸的对应关系以及气缸数和各缸发火顺序,推算出瞬时转速波形的波峰点与各气缸的对应关系,进而确定出柴油机熄火故障气缸的位置。7.根据权利要求6所述一种柴油机瞬时转速测量及气缸熄火故障诊断方法,其特征在于:还包括判断所述混沌粒子群是否停滞,依据是:所有粒子与最优粒子间的平均距离小于阈值,则认为算法停滞;如果算法停滞,则针对部分最优粒子,引入混沌算法将最优粒子进行变异,以便跳出局部极值。8.根据权利要求7所述一种柴油机瞬时转速测量及气缸熄火故障诊断方法,其特征在于:采用切比雪夫映射对粒子进行变异。
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