基于边际谱和神经网络的柴油机故障诊断

号测试
信号采集 。
特征信号的选择 、 故障特征的提取 和故 障类 型的识别 ３个 环 节 ， 每 一 环 节 都 直 接 影 响 诊 断结 果 的 可 靠 性 。
振 动信 号 因其 获 取 的方 便 性 ， 在 故 障诊 断 中 得 到 广泛
应用 。柴 油机 缸 盖 振 动 信 号 中包 含 丰 富 的 柴 油 机 工
类型。
１ 柴 油 机 缸 盖 振 动 信 号 采 集
选Ｓ １ ９ ５型柴 油 机 为试 验 对 象 。信 号 采 集 系统 如
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２ ０ １ ３年 ６月
农 机 化 研 究
第 ６期
基 于 边 际 谱 和 神 经 网 络 的 柴 油 机 故 障 诊 断
李 敏通 ，宋 蒙 ，朱 兆 龙 ，赵 继 政 ，周福 阳
（ 西 北 农林 科 技 大 学 机 械与 电子 工 程学 院 ，陕 西 杨 凌 摘
一
７ １ ２ １ ０ ０ ）
阶模 式 分 量 的 边 际谱 、 重心频率 、 重 心 幅值 、 偏 度 以及 峭度 等 构成 柴 油 机 工作 状 态 特 征 向量 ， 基于 Ｂ Ｐ网络对 柴油
机 故 障进 行 分 类诊 断 。经 对实 测 柴 油机 故 障进 行诊 断表 明 ， 正 确 率达 到 ８ ５ ％ 以上 ， 验 证 了诊 断 方法 的可 行性 。 关键词 ：柴油机 ；边际谱 ；故 障诊断 ；Ｂ Ｐ网络
作 者简介 ：李敏 通（ １ ９ ６ ８ 一 ） ， 男， 陕 西武功 人 ， 副教 授 ， （ Ｅ — ｍ ａ ｉ ｌ ） ｌ ｍ ｔ ｙ ｄ
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２ 信号 的 Ｅ ＭＤ分解 和特征量构建
２ ． １ 振 动信 号的 Ｅ ＭＤ分解 和边 际谱
择采 样 频 率 为 ２ ５ ． ６ ｋ Ｈｚ 。在 柴 油 机 转 速 为 １ ５ ０ ０ ｒ ／ ｓ
时， 分 别 采集 正 常情 况 、 进气 门 间 隙异 常 、 排 气 门 间 隙 异常 、 喷油 压力 异 常和 供 油 提 前 角 异 常 等 ５种 工 况 下 的缸 盖振 动 加 速 度 信 号 。某 工 况 下 采 集 得 到 的 缸 盖 振动 信 号 的时 域波 形 如 图 ２所 示 。
作状 态 信 息 ， 如缸 内燃 烧 、 气 门开 启 以及 关 闭 等 信 息 ， 因此利 用 柴 油 机 缸 盖 振 动 信 号 诊 断 柴 油 机 故 障是 最 常用 的方 法 ＿ ｌ ｊ 。从 缸盖 振 动信 号 中恰 当提取 反 映 柴
依据 柴 油机 工作 时缸 盖 振 动 信 号 的频 率 范 围 ， 选
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图 １所 示 。采 用 Ｌ Ｃ ０ １ ０ ４压 电式 加速 度 传 感 器 获取 柴 油机 在 不 同状 态 下 的缸 盖振 动 加 速度 信 号 ； 采用 Ｅ Ｓ Ｉ ８
一
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３ ０ｇ
Ｄ ０ ３ Ｎ Ｋ光 电 式 传 感 器 检 测 上 止 点 位 置 作 为 触 发 信
要 ： 柴 油 机缸 盖 振 动信 号 中包 含着 丰 富 的 柴油 机 工 作 状态 信 息 ， 利 用缸 盖 振 动 信 号 诊 断 柴 油 机 工作 状 态 是
种有 效 方 法 。针 对 缸 盖 振动 信 号 的特 点 ， 提 出用 经 验模 式 分 解 方法 对 获 取 的缸 盖 振 动信 号 进行 分 解 ， ０ 动 态
信 号测试仪
图１ 缸盖振动信号采集系统
Ｆｉ ｇ ． １ Ｔ ｈ ｅ ｃ ｙ ｌ ｉ ｎ ｄ ｅ ｒ ｈ ｅ ａ ｄ ｖ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｌ ａ ｃ ｑ ｕ ｉ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ
５ ０ｇ ４ Ｏｇ ３ ０ｇ ２ ０ｇ １ ０ｇ
０
油机故 障的特征参 数是柴 油机故 障诊 断 的关 键。 目
前， 基于 Ｂ Ｐ 网 络 对 机 械 故 障 诊 断 分 类 得 到 成 功 应 用 Ｊ ， 本 文 结合 缸 盖 振 动 信 号 非 平 稳 性 的 特 点 ， 将 经验 模 式 分解 和 边 际谱 相 结 合 ， 构建 了 柴油 机故 障振 动信 号 特 征 向量 ， 用 Ｂ Ｐ神 经 网络 识 别 了 不 同 的故 障
中 图分 类 号 ：Ｔ Ｋ ４ ２ ７ 文献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１ ０ ０ ３ — １ ８ ８ Ｘ（ ２ ０ １ ３ ） ０ ６ － ０ １ ９ ３ － ０ ５
０ 引 言
柴 油 机作 为 一种 高 效 的动 力 机 械 ， 其 性 能 检 测 和 故 障诊 断 研 究 得 到 了普 遍 重 视 。 故 障 诊 断 一 般 包 括
４ ０ｇ ５０ｇ
号， 控 制 采集 开 始 时 间 ； 采用 Ｑ Ｙ ８ Ｏ ５ １ ６ ２ ２转 速 传 感 器 测量 柴 油 机 工 作 转 速 ； 采用 Ｄ Ｈ一５ ９ ２ ０ 型 动 态 信
收 稿 日期 ：２ ０ １ ２ — ０ ６ — ０ ７ 基金项 目：国家 自然科学基 金项 目（ ４ １ １ ０ １ ２ ０ １ ）
０ ． Ｏ １ ０ ． ０ ２ ０ ． ０ ３ ０ ． ０ ４
０ ． ０ ５ ０ ． ０ ６ ０ ． ０ ７
时间／ ｓ
图 ２ 缸盖振动信号时域波形
Ｆ ｉ ｇ ． ２ Ｔ ｈ ｅ ｃ ｙ ｌ ｉ ｎ ｄ ｅ ｒ ｈ ｅ ａ ｄ ｖ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｉ ｎａ ｇ ｌ ｓ ’ｔ ｉ ｍｅ — ｄ ｏ ｍａ ｉ ｎ ｗａ ｖ ｅ ｆ ｏ ｒ ｍ