基于简化贝叶斯模型的柴油机燃油系统多故障识别方法技术方案

本发明专利技术的目的在于提供基于简化贝叶斯模型的柴油机燃油系统多故障识别方法，首先利用高压油管油压信号的多个时、频域特征参数表征燃油系统多种故障的外在特性，建立燃油系统故障诊断决策表；其次，通过粗糙集理论分析决策表包含的诊断知识的等价性，简化故障诊断规则；再次，采用网络拓描述故障诊断规则，建立燃油系统贝叶斯网络诊断模型，通过因果机制独立方法设定诊断模型所需的定量知识；最后采集燃油系统高压油管压力信号，利用贝叶斯网络诊断模型对燃油系统进行故障诊断，识别每种故障的发生概率。本发明专利技术可降低燃油系统贝叶斯模型建立的复杂度，提高基于贝叶斯网络的燃油系统多故障诊断技术的工程实用性。

Multi fault identification method of diesel fuel system based on simplified Bayesian model

The aim of the invention is to provide a diesel engine fuel system simplified Bias model of multi fault identification method based on frequency domain characteristics, first use the external high pressure oil pressure signal of multiple and different kinds of fault parameters of the fuel system, a fuel system fault diagnosis decision table; secondly, through the analysis of the equivalence of diagnosis knowledge decision table contains the rough set theory, simplify the fault diagnosis rules; thirdly, the network topology description of fault diagnosis rules, establish the Bias network diagnosis model of fuel system, set up quantitative diagnosis model of knowledge required by the causal mechanism of independent method; high pressure oil pressure signal acquisition finally fuel system fault diagnosis of fuel system diagnosis using Bias network model. The occurrence probability of each fault identification. The invention can reduce the complexity of establishing the Bias model of the fuel system, and improve the engineering practicability of the multi fault diagnosis technique of the fuel system based on the Bias network.

【技术实现步骤摘要】
基于简化贝叶斯模型的柴油机燃油系统多故障识别方法
本专利技术涉及的是一种柴油机故障诊断方法。
技术介绍
柴油机故障诊断技术是保障柴油机在使用期限内安全、高效运行的有效手段。燃油系统作为柴油机的关键组成部分，其健康状态的可靠检测是柴油机故障诊断研究中的一项重要内容。长期以来，燃油系统故障诊断技术大多是针对单故障实施的。这类研究通常利用提取的燃油系统运行状态特征参数作为辨识故障的依据，诊断过程较为简便、易于实现。然而，由于结构和功能的高度关联，燃油系统的多种故障常会耦合、级联发生。此时，针对单个故障实施的诊断将造成对故障的漏判甚至误判。因此，单故障诊断技术在工程实际中难以得到有效的应用。针对这一问题，有研究人员综合分析了燃油系统多种故障的表现特征，提出了基于贝叶斯网络的柴油机燃油系统故障诊断方法。贝叶斯网络是一个有向无环图，其中的网络结点表示随机变量，结点间的有向边表示随机变量间的关联关系。贝叶斯网络利用拓扑结构和网络结点的概率信息(包括先验概率和条件概率)所表征的先验知识，对目标的多种状态进行不确定辨识。在故障诊断中，贝叶斯网络结点即表征了故障类型和外部征兆，由网络结点及其间的有向边构成的网络局部结构即表示了产生式诊断规则，而诊断中的定量知识通过网络结点的概率信息表示。贝叶斯网络在燃油系统故障诊断研究中的应用有效地解决了多故障识别这一难题。然而，该项诊断技术在实际应用时也面临着贝叶斯诊断模型建立复杂的问题。故障类型和外部征兆数量的增加将造成贝叶斯网络诊断模型建立所需的专家诊断规则(网络结点关联关系)以及定量知识(网络结点概率信息)大幅增加。这不仅加大了建模的工作量，同时对专家知识的全面性也有着较高的要求。此外，在现有的研究中，网络结点间定量知识的设定形式均为不同故障取值组合下外部征兆出现的条件概率，即P(s|f1,…,fn)(s为外部征兆，f1,…,fn为导致征兆s出现的故障)，这使得建模所需的定量知识随故障类型数量指数式增加，而且该设定方式与通常的专家知识形式(某故障导致外部征兆出现的概率)不相符。综上所述，建模的复杂性使得基于贝叶斯网络的柴油机燃油系统故障诊断技术实施难度大，限制了该方法的实际工程应用。经对现有技术的文献检索发现，公开文件“基于贝叶斯网络的发动机燃油系统故障诊断”(长沙航空职业技术学院学报，2010)提出了一种发动机燃油系统故障诊断方法，该公开文件自述为：“在构建某型发动机燃油系统故障诊断贝叶斯网络模型的基础上，提出逆向推理的最强依赖路径算法，通过该算法可以对故障可能的原因按概率大小进行排序，进而快速、准确地对故障进行定位，从而大大提高复杂系统故障诊断的效率”。其不足之处是：该方法在建立贝叶斯诊断模型时没有考虑到诊断规则的等价性，造成所建模型包含了大量的冗余事件，且诊断模型需要设定大量的条件概率，使得诊断模型建立过程复杂、工作量大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供指导维护人员对燃油系统实施针对性维修，降低维修管理成本的基于简化贝叶斯模型的柴油机燃油系统多故障识别方法。本专利技术的目的是这样实现的：本专利技术基于简化贝叶斯模型的柴油机燃油系统多故障识别方法，其特征是：(1)选取柴油机燃油系统的故障类型及其外部征兆，以外部征兆作为条件属性集，以故障类型作为决策属性集，通过粗糙集理论构建燃油系统故障诊断决策表T；选取的柴油机燃油系统故障类型包括：喷油器弹簧折断f1、出油阀失效f2、柱塞偶件穴蚀f3、喷孔积碳f4、针阀上卡f5、喷油器滴漏f6；选取的柴油机燃油系统外部征兆包括：压力升高率降低s1、喷油持续期延长s2、余波宽度减小s3、峰值因子增大s4、启喷压力降低s5、余波振荡幅值减小s6、最高喷射压力降低s7；(2)利用粗糙集理论分析外部征兆si(i＝1,…,7)在燃油系统故障辨识中的等价性，去除冗余的征兆属性，通过粗糙集理论中的诊断规则导出方法，得到燃油系统故障最简诊断规则rei；(3)利用约简后的诊断规则rei建立燃油系统贝叶斯网络诊断模型，根据因果机制独立设定诊断模型中故障对外部征兆的贡献概率Pj＝P(si|fj)，利用下式求解外部征兆的条件概率：式中Pa(si)为外部征兆si的父结点集；Pa(si)+为Pa(si)中取值为真的父节点子集；(4)采集柴油机高压油管压力信号，并提取压力信号的时、频域特征，具体包括：压力升高率、喷油持续期、余波宽度、峰值因子、启喷压力、余波振荡幅值、最高喷射压力，将提取的时、频域特征输入贝叶斯网络诊断模型，计算得到柴油机燃油系统每种故障的发生概率：式中，n为贝叶斯网络模型中所有结点的个数，e表示由观测到取值为真的外部征兆结点sj+构成的集合，e＝{sj+}；G表示燃油系统贝叶斯网络诊断模型结构；V为由网络结点vi全体构成的集合，V＝{vi}；ft(t＝1,…,6)为贝叶斯网络诊断模型中的故障类型结点；pa(vi)为网络结点vi的父结点集。本专利技术还可以包括：1、燃油系统故障诊断规则约简是基于故障诊断决策表T实施的，约简过程如下：(1)求取故障诊断决策表T的分辨矩阵M＝[cij]n×n，式中，C称为条件属性集，n为论域的样本个数n＝|U|，U表示由样本{ei}构成的论域，s(ei)表示样本ei在条件属性s上的取值；D(ei)表示样本ei在决策属性D上的取值；(2)利用布尔运算公式计算故障诊断决策表T的分辨函数f(T)：式中，∧表示析取运算；∨表示合取运算；(3)利用幂等律和吸收律合并分辨函数f(T)中的布尔量，将分辨函数表示为析取范式γ(T)：γ(T)＝∑∏si，其中的每个合取子式Πsi所对应的条件属性集C′＝{si}均为故障诊断决策表T的一个约简，选择其中一个约简结果，构建简化决策表T′；(4)根据简化决策表T′导出燃油系统故障诊断规则rei：对于决策表T′中论域U的一个样本ei，其对应的诊断规则为：rei:des[C′(ei)]→des[D(ei)]式中，des[C′(ei)]表示ei在简化后的条件属性集的取值；des[D(ei)]表示ei在决策属性集的取值；将上式表示为产生式规则：rei:ifdes[C′(ei)]thendes[D(ei)]。本专利技术的优势在于：本专利技术在建立燃油系统贝叶斯网络诊断模型前，通过粗糙集理论约简诊断规则中的等价信息，去除了冗余的诊断征兆信息，从而简化了贝叶斯网络诊断模型的复杂度，同时也提高了模型的诊断效率；此外，本专利技术采用因果机制独立方法构建燃油系统贝叶斯诊断模型，在建模过程中不需要直接设定网络结点的条件概率，减少了建模时所需的定量信息量，也使得建模信息更符合专家知识形式。根据本专利技术的成果，可提高基于贝叶斯网络的燃油系统多故障诊断技术的工程实用性。附图说明图1为本专利技术的流程图。图2为某型柴油机燃油系统的贝叶斯网络诊断模型拓扑结构图。具体实施方式下面结合附图举例对本专利技术做更详细地描述：结合图1，本专利技术包括以下步骤：燃油系统故障诊断决策表建立、故障诊断规则约简、贝叶斯网络诊断模型构建、燃油系统多故障模式诊断。具体如下：1、所述燃油系统故障诊断决策表建立是指，选取柴油机燃油系统常见的多种故障类型，将高压油管压力信号的时、频域特征参数的异常变化作为故障的外部征兆，根据燃油系统故障样本数据，以特征参数作为条件属性集、故障类型作为决策属本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于简化贝叶斯模型的柴油机燃油系统多故障识别方法，其特征是：(1)选取柴油机燃油系统的故障类型及其外部征兆，以外部征兆作为条件属性集，以故障类型作为决策属性集，通过粗糙集理论构建燃油系统故障诊断决策表T；选取的柴油机燃油系统故障类型包括：喷油器弹簧折断f

【技术特征摘要】
1.基于简化贝叶斯模型的柴油机燃油系统多故障识别方法，其特征是：(1)选取柴油机燃油系统的故障类型及其外部征兆，以外部征兆作为条件属性集，以故障类型作为决策属性集，通过粗糙集理论构建燃油系统故障诊断决策表T；选取的柴油机燃油系统故障类型包括：喷油器弹簧折断f1、出油阀失效f2、柱塞偶件穴蚀f3、喷孔积碳f4、针阀上卡f5、喷油器滴漏f6；选取的柴油机燃油系统外部征兆包括：压力升高率降低s1、喷油持续期延长s2、余波宽度减小s3、峰值因子增大s4、启喷压力降低s5、余波振荡幅值减小s6、最高喷射压力降低s7；(2)利用粗糙集理论分析外部征兆si(i＝1,…,7)在燃油系统故障辨识中的等价性，去除冗余的征兆属性，通过粗糙集理论中的诊断规则导出方法，得到燃油系统故障最简诊断规则rei；(3)利用约简后的诊断规则rei建立燃油系统贝叶斯网络诊断模型，根据因果机制独立设定诊断模型中故障对外部征兆的贡献概率Pj＝P(si|fj)，利用下式求解外部征兆的条件概率：式中Pa(si)为外部征兆si的父结点集；Pa(si)+为Pa(si)中取值为真的父节点子集；(4)采集柴油机高压油管压力信号，并提取压力信号的时、频域特征，具体包括：压力升高率、喷油持续期、余波宽度、峰值因子、启喷压力、余波振荡幅值、最高喷射压力，将提取的时、频域特征输入贝叶斯网络诊断模型，计算得到柴油机燃油系统每种故障的发生概率：式中，n为贝叶斯网络模型中所有结点的个数，e表示由观测到取值为真的...

【专利技术属性】
技术研发人员：费景洲，王金鑫，王忠巍，马修真，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23