基于虛擬儀器和BP神經網絡液壓系統故障診斷

摘要 針對液壓系統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遠程故障診斷系統的設計。利用虛擬儀器數據采集、分析和處理能力以及其開放性特點，實現了對液壓系統故障的實時遠程監測判斷。利用BP神經網絡技術對歷史監測數據的分析判斷，實現了對液壓系統將來工作狀態的預測，發現潛在故障，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；虛擬儀器；BP神經網絡；故障診斷

液壓系統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、可實現無級變速、易于實現載荷控制和動力傳輸等優點，因而在工程中得到了廣泛應用。因此保證液壓系統正常穩定的工作是保證工程機械正常工作狀態的必備條件。但液壓系統的工作介質是流體，它本身存在連續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故障的因果關系。一旦出現故障，單憑感官、經驗和傳統的檢測方法來判斷，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，能實時遠程監測液壓系統的工作狀態，收集當前液壓系統各參數數據，通過數據融合分析判斷系統工況，并預測將來的工況走向，發現潛在故障，真正達到預防為
主的目的，保證液壓系統處于正常穩定工作狀態。

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據模塊，就可通過數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)縮短了系統組建的時間，降低儀器硬件開銷，同時也降低了系統故障率。
(4)實現了用戶自定義測量功能，可測量傳統物理儀器不能測量的對象。
(5)易于擴展。為提高系統性能，可方便地加入或更換儀器模塊，有利于測試系統擴展。
隨著計算機及網絡技術的發展，利用網絡技術，進行網絡化測控將成為虛擬儀器技術發展的重點。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。