基于LabVIEW的论文.docx

PAGE  PAGE 6 基于LabVIEW的柴油机供油系故障诊断系统开发 摘　要: 基于虚拟仪器技术,利用LabV IEW711编写采集分析程序,并以Matlab Scrip t节点形式调用在Matlab里训练成功后的BP神经网络程序,开发了柴油机供油系故障诊断系统。该系统由PCI - 6221采集卡获取测取燃油压力波形,利用小波包分解提取特征信号,并组成特征向量输入训练成功的BP神经网络进行典型s故障识别,诊断结果通过人机界面输出,从而实现了故障诊断的智能化。 关键词: 柴油机; 故障诊断;小波分析; 神经网络; LabV IEW 0　引　言 据统计,造成柴油机停机的原因中,燃油系的故障占27%[ 1 ] 。因此,对柴油机燃油系及时进行性能检测与故障诊断是十分必要的。故障诊断的一个关键步骤是对信号进行采集和处理,然而所获取的振动信 号常常会受到各种噪声的干扰,大大降低数据的可靠性和分析精度。小波分析作为一种新的信号处理工具,在去噪方面表现出良好的性能。神经网络可以有效地实现输入到输出之间的非线性映射,具有很强的 自学习和模式识别能力,也适合于诊断自动化[ 2 - 4 ] 。在故障诊断系统方面,通常依赖传统复杂的专业仪器,现今更多借助于计算机和软件技术,即虚拟仪器技术[ 5 ] 。文中利用LabV IEW711与Matlab混合编程,采用外卡式压力传感器获取高压油管的压力波形,通过小波包分解提取的特征参数作为神经网络训练样本,获得故障代码并与标准故障模式库中的代码匹配,从而识别燃油系的几种常见故障。 1　外卡式压力传感器的检测机理 通过检测燃油喷射系统高压油管内压力的变化过程,依据压力波形的特征参量来实现燃油喷射系统故障的诊断,是对燃油喷射系统进行故障诊断最直接的方法[ 2 ] 。高压油管一般由厚壁无缝钢管制成,在燃油的高压下会产生一定的弹性变形,外卡式压力传感器就是感受该变形来测量油管内瞬时压力的动态变化过程,不需要串接在高压油管上即可测量油压,实现不解体的故障诊断。高压油管可视为内壁受压的厚壁圆管,当油管受内压,轴向伸长完全被阻碍,即在外壁处于二向应力状态时, 高压油管外壁面的径向变形和管内燃油压力关系可用下式计算[ 3 ] 式中μ为高压油管外壁面的径向变形; p为高压油管内燃油的压力; E为高压油管的弹性模量;λ为高压油管的泊松比; k为高压油管内外径之比。 2　系统组成与主要功能 系统由图1所示的3部分组成:测试前端(包括测试信号、传感器、电荷放大器) ;硬件部分(采集卡、信号调理器) ;软件部分(利用LabV IEW开发的供油系故障诊断系统) 211　硬件组成 本系统采用N I公司推出的低价位M系列多功能数据采集卡PCI - 6221,其最大采样频率250 kHz、信号输入范围( ±10V、±5V、±1V、±012V) ,与采集卡相连的BNC - 2120接口端子板用来实现测试信号与采集卡的通讯,通过个人计算机进行控制。 212　软件组成与功能 系统软件为LabV IEW711,它是一种图形开发调试和运行程序的集成化环境,所开发的计算机程序可完成数据采集、数据处理、数据分析、运行监控、神经网络故障诊断、结果显示等多种功能。软件界面如图2所示。每个子程序由两部分组成,一部分为人机交互界面,由各类虚拟指示或控制仪表组成;另一部分为程序模块,相当于普通计算机文本语言,由各种运算符、逻辑符、函数、子程序等图形语言通过连线连接而成 本系统主要由软件控制完成信号的采集、处理和显示。系统软件总体上包括数据采集、波形显示、参数测量、小波神经网络诊断、诊断结果显示及波形存储和回放等模块。数据采集模块主要完成数据采集的控制,包括触发控制、通道控制、时基控制等,波形显示模块通过显示采集得到的波形;数据存储和回放模块是在主面板上提供两个文件名输入框,一个为信号波形数据文件名输入框,另一个为采集周期文件名输入框,这两个文件由写盘功能和读盘功能共用,从软盘或硬盘上读取的数据同实时采集的数据一样能够进行自动参数测量以及自动显示波形,并保留在显示窗口;小波神经网络模块主要根据实时采集的数据利用小波包降噪与分解提取有效特征,利用神经网络技术建立故障诊断系统,从而判断故障原因;诊断结果显示模块在前面板以文字形式显示。系统可扩展性强,硬件软件均留有接口,便于其他信号的采集与诊断模块的开发以组成功能更加强大的柴油机故障诊断专家系统。 3　基于LabVIEW的小波神经网络故障诊断 311　高压油管压力波形的小波分解 高压油管压力波形是非平稳信号,由于噪声的影响,波形中的毛刺较多,不利于特征的提取,对含噪信号进行去噪提纯后进行小波包分解。利用LabV IEW中Wavelet Analysis信号处理工具包实现对油压波形的除噪、分解, 提取