模糊逻辑诊断方法在液压系统故障诊断中的应用

　　0 引言

　　在科技高速发展的今天，先进的机械设备不再是一个简单的机械物理运动的载体，而是一个集机械、电子、计算机、液压等为一体的大型复杂设备。液压系统以其结 构轻巧、传动比大等特点广泛应用于工程机械中。对工程机械的液压系统进行状态监测，可以了解和掌握工程机械运行过程中的状态，以便早期发现故障，查明原 因，提高工程机械工作的安全性和可靠性，改善工程机械运行状况，最大限度地提高工程机械的使用效率。

　　1  液压系统故障的模糊性

　　机器在运行过程中的动态信号(振动、噪声、压力、温度、流量等) 携带了有关机器状态的丰富信息。经典的诊断方法是通过信息处理，从时域和频域上得到反映不同物理意义的特征参量，如均值、方差、自相关函数、幅度、相位 等。然而，用这些参数来识别和评价机器所处的状态或故障存在着不确定现象，这种不确定现象主要表现在随机性和模糊性2个方面。由于偶然因素干扰造成的不确 定性称为随机性；另一种不确定性的原因是由于事物内涵的多义性引起的，称为模糊性。由于工程机械的运行工况复杂，影响因素众多，同一种故障往往有不同的表 现，同一种症状又常常是几种故障共同作用的结果，严格说来检测量与故障特征之间，故障特征与故障源之间都是一种非线性映射。此外，在状态监测中设备状态从 正常到异常一般都有一个渐变过程，这时由于征兆的非典型表现也会出现判断的多义性。因此，过去处理这类问题主要是依靠经验方法而无法纳入严格的数学分析范 畴进行量化处理，因而很多问题不能很好地解决。随着模糊数学的产生及在工程领域的广泛应用，使得长期以来人们的故障诊断经验得以数学化地表达，并能够在计 算机中进行处理，从而使计算机也能像人脑那样接受和处理模糊信息，对模糊事物进行推理、判断并做出决策［1-3］。

　　液压设备故障的模糊现象到处可见，如系统油温过高、容积效率太低、液压泵温升过高、液压马达转速太慢等的故障症状都是模糊的。从故障原因的角度看，液压元 件质量差、油液不干净、维护保养不良、元件使用时间过长等也是模糊的，液压元件损坏的程度和产生故障所涉及的范围也是模糊的。

　　2 模糊诊断基本方法

　　2.1 隶属函数

　　传统的故障诊断技术中，都是以布尔逻辑为基础，即只存在2种可能性，当事件发生时用“1”表示，当事件未发生时用“0”表示。这种描述方法盲目地将具有模 糊性质的事件划分成绝对的“是”与“非”，抛弃了事物中介过渡的信息，造成了信息的损失。模糊数学将0、1二值逻辑推广到可取［0，1］闭区间中任意值的 连续逻辑，此时的特征函数称为隶属函数u(x)，它满足0≤u(x)≤1。可见，模糊集合是用隶属函数描述的。隶属函数确立的合理性，直接影响研究对象的 客观性［4］。