[發(fā)明專(zhuān)利]一種柴油機(jī)瞬時(shí)轉(zhuǎn)速測(cè)量及氣缸熄火故障診斷裝置和方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610079920.6
• 申請(qǐng)日: 2016-02-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105736140B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-04-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曹龍漢;劉小麗;楊慶;李建勇;李銳
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)人民解放軍重慶通信學(xué)院;重慶信睿科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): F02B77/08
• 分類(lèi)號(hào): F02B77/08;G01P3/481
• 代理公司: 重慶市恒信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司50102
• 代理人: 劉小紅,李金蓉

1.一種柴油機(jī)瞬時(shí)轉(zhuǎn)速測(cè)量及氣缸熄火故障診斷裝置，其特征在于：包括檢測(cè)單元(1)、中央處理單元(2)、顯示單元(3)、輸入單元(4)和輔助電源(5)；所述檢測(cè)單元(1)測(cè)取柴油機(jī)飛輪瞬時(shí)轉(zhuǎn)速信號(hào)和上止點(diǎn)信號(hào)并發(fā)送到中央處理單元(2)；中央處理單元(2)根據(jù)接收到的信號(hào)計(jì)算瞬時(shí)轉(zhuǎn)速，并將瞬時(shí)轉(zhuǎn)速平滑濾波處理后送至顯示單元(3)，同時(shí)中央處理單元(2)根據(jù)瞬時(shí)轉(zhuǎn)速進(jìn)行氣缸熄火故障診斷，確定故障氣缸的位置，并送至顯示單元(3)；輸入單元(4)與中央處理單元(2)連接，輸入柴油機(jī)的飛輪齒數(shù)；輔助電源(5)給各模塊供電；所述顯示單元(3)包括LED弧形光柵刻度盤(pán)、4位LED數(shù)碼管和8位故障指示燈，所述LED弧形光柵刻度盤(pán)由6片LED弧形光柵串接構(gòu)成一個(gè)完整的測(cè)量指示刻度盤(pán)，每片LED弧形光柵分為10個(gè)刻度；4位LED數(shù)碼管和8位故障指示燈分別用于顯示平均轉(zhuǎn)速和指示氣缸熄火故障診斷結(jié)果。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種柴油機(jī)瞬時(shí)轉(zhuǎn)速測(cè)量及氣缸熄火故障診斷裝置，其特征在于：所述檢測(cè)單元(1)包括霍爾傳感器(1.1)、電磁式轉(zhuǎn)速傳感器(1.2)、脈沖整形單元Ⅰ(1.3)和脈沖整形單元Ⅱ(1.4)，其中電磁式轉(zhuǎn)速傳感器(1.2)將高速運(yùn)轉(zhuǎn)的柴油機(jī)飛輪信號(hào)轉(zhuǎn)換成正弦信號(hào)，通過(guò)脈沖整型單元Ⅱ(1.4)處理得到規(guī)則方波，輸入到中央處理單元(2)；霍爾傳感器(1.1)接近安裝在飛輪上止點(diǎn)處的強(qiáng)力磁鐵時(shí)，霍爾傳感器(1.1)輸出指示信號(hào)，通過(guò)脈沖整型單元Ⅰ(1.3)處理后，向中央處理單元(2)送入上止點(diǎn)信號(hào)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1到2任一項(xiàng)所述一種柴油機(jī)瞬時(shí)轉(zhuǎn)速測(cè)量及氣缸熄火故障診斷裝置，其特征在于：所述中央處理單元(2)包括通信接口(2.1)、單片機(jī)(2.2)、高速頻率測(cè)量單元(2.3)、I/O接口(2.4)和LED顯示接口(2.5)，所述單片機(jī)(2.2)分別與通信接口(2.1)、高速頻率測(cè)量單元(2.3)、I/O接口(2.4)和LED顯示接口(2.5)連接。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種柴油機(jī)瞬時(shí)轉(zhuǎn)速測(cè)量及氣缸熄火故障診斷裝置，其特征在于：所述通信接口(2.1)通過(guò)CAN總線連接到上一級(jí)柴油機(jī)監(jiān)控儀表箱或監(jiān)控計(jì)算機(jī)。

5.一種柴油機(jī)瞬時(shí)轉(zhuǎn)速測(cè)量及氣缸熄火故障診斷方法，其特征在于，包括以下步驟：

第一步：建立柴油機(jī)氣缸熄火故障診斷模型

構(gòu)建一個(gè)具有一個(gè)隱含層的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為柴油機(jī)氣缸熄火故障診斷模型，所述BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入層節(jié)點(diǎn)數(shù)為3個(gè)，對(duì)應(yīng)柴油機(jī)的瞬時(shí)轉(zhuǎn)速波動(dòng)峰峰值、瞬時(shí)轉(zhuǎn)速峰值和谷值，輸出層節(jié)點(diǎn)數(shù)為1個(gè)，對(duì)應(yīng)柴油機(jī)氣缸熄火故障的診斷結(jié)果，隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)為6個(gè)；

第二步：采用混沌粒子群優(yōu)化BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值

a)初始化混沌粒子群：初始化種群數(shù)目m、最大迭代次數(shù)k、慣性權(quán)重w以及加速常數(shù)c₁和c₂；將BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值和閾值編碼為粒子的位置向量X_i，設(shè)置速度向量為V_i，X_i和V_i均為D維向量；

b)更新粒子群：將每個(gè)粒子的當(dāng)前位置設(shè)置為當(dāng)前個(gè)體最優(yōu)位置P_i，將第P_i中所代表的權(quán)值和閾值代入BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，按照式(1)計(jì)算每個(gè)粒子的適應(yīng)度值f(i)，

f(i)=12Σs=1SΣj=1p(oijs-dijs)2+γ·1p·qΣj=1qΣi=1pwij2,=1,2,...m---(1)]]>

式中，o是實(shí)際輸出，d是期望輸出，γ是性能比例，S是樣本數(shù)，q是BP網(wǎng)絡(luò)隱含層的節(jié)點(diǎn)數(shù)，p是輸出層節(jié)點(diǎn)數(shù)，w_ij是權(quán)值，m是種群數(shù)目；

將以上計(jì)算出的適應(yīng)度值f(i)設(shè)為當(dāng)前的個(gè)體極值f_i，同時(shí)通過(guò)評(píng)價(jià)f(i)得到當(dāng)前全局最優(yōu)極值f_best以及全局最優(yōu)位置p_g；

c)將每個(gè)粒子的位置向量X_i所代表的權(quán)值和閾值帶入BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，計(jì)算BP網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際輸出，然后按照步驟b)的方法計(jì)算每個(gè)粒子的適應(yīng)度值f(i)；

d)評(píng)價(jià)每個(gè)粒子，將其適應(yīng)值與上一時(shí)刻的個(gè)體極值進(jìn)行比較，若較優(yōu)，則更新當(dāng)前的個(gè)體最優(yōu)位置與個(gè)體極值；

e)將每個(gè)粒子的個(gè)體極值與上一時(shí)刻的全局最優(yōu)極值進(jìn)行比較，若較優(yōu)，則更新當(dāng)前的全局最優(yōu)位置與全局最優(yōu)值；

f)根據(jù)公式(2)和(3)更新粒子的速度向量和位置向量：

v_i,j(t+1)＝wv_i,j(t)+c₁r₁[p_i,j(t)-x_i,j(t)]+c₂r₂[p_g,j(t)-x_i,j(t)](2)

X_i,j(t+1)＝X_i,j(t)+V_i,j(t)(3)

其中，i＝1,2,…,m，j＝1,2,…,D，t為迭代次數(shù)，w為慣性權(quán)重，c₁和c₂為正的加速常數(shù)，r₁和r₂為0到1之間均勻分布的隨機(jī)數(shù)，X為位置向量，V為速度向量，v_i，j是第i個(gè)粒子的速度，x_i，j是第i個(gè)粒子的位置，p_i，j為粒子的個(gè)體最優(yōu)位置，p_g，j是種群的全局最優(yōu)位置；

g)若未達(dá)到最大迭代次數(shù)k，則返回步驟c)；否則，結(jié)束；

第三步：根據(jù)粒子位置向量中的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值和閾值，在確定網(wǎng)絡(luò)的最大訓(xùn)練次數(shù)及最小誤差指標(biāo)后，利用樣本訓(xùn)練數(shù)據(jù)，采用動(dòng)量梯度下降反向傳播算法對(duì)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值進(jìn)一步優(yōu)化，直到滿(mǎn)足誤差性能目標(biāo)或達(dá)到最大訓(xùn)練次數(shù)為止；

第四步：將檢測(cè)單元(1)測(cè)得的柴油機(jī)瞬時(shí)轉(zhuǎn)速信號(hào)輸入到中央處理單元(2)，中央處理單元(2)的單片機(jī)(2.2)根據(jù)瞬時(shí)轉(zhuǎn)速信號(hào)的波形特征參數(shù)輸入到BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)單片機(jī)(2.2)運(yùn)算后，得到柴油機(jī)氣缸熄火故障診斷結(jié)果，并送入顯示單元(3)顯示；

第五步：中央處理單元(2)根據(jù)檢測(cè)單元(1)測(cè)得的上止點(diǎn)信號(hào)確定柴油機(jī)運(yùn)行一個(gè)周期內(nèi)的波形圖，由一個(gè)周期內(nèi)的波峰數(shù)推算出氣缸數(shù)，氣缸數(shù)確定后，各缸發(fā)火順序隨即確定；根據(jù)上止點(diǎn)與氣缸的對(duì)應(yīng)關(guān)系以及氣缸數(shù)和各缸發(fā)火順序，推算出瞬時(shí)轉(zhuǎn)速波形的波峰點(diǎn)與各氣缸的對(duì)應(yīng)關(guān)系，進(jìn)而確定出柴油機(jī)熄火故障氣缸的位置。