[发明专利]一种液压缸故障诊断方法

权利要求书

1.一种液压缸故障诊断方法，其特征在于，包含如下具体步骤：

步骤1），通过AMESim软件建立液压缸仿真模型；

步骤1.1），在AMESim软件的草图模式下，放置伺服放大器、伺服阀、液压缸和位置传感器模型，形成液压缸仿真模型的草图；

步骤1.2），在AMESim软件的子模型模式下为伺服放大器、伺服阀、液压缸和位置传感器模型选取数学模型；

步骤1.3），在AMESim软件的参数模型下分别为伺服放大器、伺服阀、液压缸和位置传感器模型设置参数，完成液压缸仿真模型的设置；

步骤1.4），在AMESim软件的运行模式下运行该液压缸仿真模型，直至运行时间大于预设的时长阈值，以确认该液压缸仿真模型运行正常；

步骤2），进行故障注入，分别获得状态集合的每一种状态下N组液压缸仿真模型的进出口流量数据，所述状态集合包含正常工作状态、液压缸泄露故障状态、负载突变故障状态和活塞杆轴线偏移故障状态；

步骤2.1），在AMESim软件的运行模式下运行液压缸仿真模型，获得N组正常工作条件下液压缸仿真模型的进出口流量数据，N为大于0的自然数；

步骤2.2），在AMESim软件的参数模式下，选择液压缸仿真模型，更改参数leakagecoefficient以形成液压缸泄露故障，并在AMESim软件的运行模式下运行液压缸仿真模型，获得N组液压缸泄露故障下液压缸仿真模型的进出口流量数据；

步骤2.3），在AMESim软件的参数模式下，选择液压缸仿真模型，更改参数total massbeing moved以形成负载突变故障，并在AMESim软件的运行模式下运行液压缸仿真模型，获得N组负载突变故障下液压缸仿真模型的进出口流量数据；

步骤2.4），在AMESim软件的参数模式下，选择液压缸仿真模型，更改参数angle rodmakes with horizontal以形成活塞杆轴线偏移故障，并在AMESim软件的运行模式下运行液压缸仿真模型，获得N组活塞杆轴线偏移故障下液压缸仿真模型的进出口流量数据；

步骤3），采用小波包分解方法对每一种状态下液压缸仿真模型的每组进出口流量数据进行四层分解，得到每组进出口流量数据16个频带下的分解信号，并计算出每组进出口流量数据的进口流量数据、出口流量数据的分解信号在各个频段下的能量值、进而得到该组进出口流量数据的特征向量，结合各组进出口流量数据对应的液压缸仿真模型的状态，最终形成特征数据集；

步骤3.1），选取小波基函数系对正常工作条件下、液压缸泄露故障下、负载突变故障、活塞杆轴线偏移故障下液压缸仿真模型的每组进出口流量数据进行离散小波包四层分解，得到每组进出口流量数据在16个频带下的分解信号；

步骤3.2），分别计算每组进出口流量数据中进口流量数据、出口流量数据的分解信号在各个频带下的能量值，并按照从大到小的顺序进行排序；

步骤3.3），对于每组进出口流量数据，选取其进口流量数据在各个频带下能量值的前k₁个、其出口流量数据在各个频带下能量值的前k₂个组成的向量作为其特征向量；

步骤3.4），根据各组进出口流量数据的特征向量以及其对应的液压缸仿真模型的状态，形成特征数据集；

步骤4），利用遗传算法对支持向量机模型的惩罚因子、以及预先设定的核函数参数进行寻优，并在此基础上建立多值支持向量机分类器，然后利用特征数据集对多值支持向量机分类器进行训练，得到训练后的多值支持向量机分类器；

步骤4.1），设置遗传算法的参数初始化值，所述参数初始化值包括进化代数、种群规模、选择概率、交叉概率、变异概率、适应度函数和个体寻优空间；

步骤4.2），以支持向量机模型的惩罚因子和预先设定的核函数参数为种群个体，在寻优空间中随机产生初始种群；

步骤4.3），迭代求解最佳模型参数，通过选择操作、交叉操作和变异操作，结合适应度函数得到参数最优值；

步骤4.4），根据得到参数最优值构建多值支持向量机分类器，并从所述特征数据集中随机选择90%数据作为训练集、剩余10%作为测试集对所述多值支持向量机分类器进行训练；

步骤4.5），重复步骤4.1）至步骤4.4），直到测试集的故障诊断准确率大于预设的准确率阈值；

步骤5），对待测试的液压缸进出口流量数据进行特征提取，获取其特征向量，并将其输入训练后的多值支持向量机分类器，得到待测试的液压缸的状态，完成故障诊断。

2.根据权利要求1所述的液压缸故障诊断方法，其特征在于，所述步骤4）中，所述预先设定的核函数参数为高斯核函数参数，且支持向量机模型的惩罚因子C=16，高斯核函数参数γ=3.0314。