Ứng dụng lý thuyết tập mờ chẩn đoán trạng thái kỹ thuật hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ diesel trên xe tải cỡ nhỏ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP PHÙNG TẤT THẮNG ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT TẬP MỜ CHẨN ĐOÁN TRẠNG THÁI KỸ THUẬT HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL TRÊN XE TẢI CỠ NHỎ LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Hà Nội – 2012 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP PHÙNG TẤT THẮNG ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT TẬP MỜ CHẨN ĐOÁN TRẠNG THÁI KỸ THUẬT HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL TRÊN XE TẢI CỠ NHỎ Chuyên ngành: Kỹ thuật máy thiết bị giới hố nơng lâm nghiệp Mã Số: 60.52.14 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN NHẬT CHIÊU Hà Nội - 2012 i LỜI CẢM ƠN Trong trình nghiên cứu thực luận văn tốt nghiệp cao học nhận quan tâm, giúp đỡ nhiều tập thể cá nhân Hoàn thành luận văn, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu xắc Tôi xin trân trọng cảm ơn PGS TS Nguyễn Nhật Chiêu trực tiếp tận tình hướng dẫn tơi thực luận văn tốt nghiệp suốt thời gian qua Trân trọng cảm ơn Ban giám hiệu toàn thể cán bộ, giáo viên, công nhân viên chức Trường Đại học Lâm nghiệp giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành luận văn tốt nghiệp thời gian nội dung đảm bảo theo yêu cầu Trân trọng cảm ơn Ban giám hiệu toàn thể cán bộ, giáo viên, công nhân viên chức Trường Cao đẳng nghề LILAMA-1 Ninh Bình, nơi tơi cơng tác, động viên tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành tốt nhiệm vụ Cuối cùng, xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến gia đình bạn bè, đồng nghiệp thường xuyên động viên khích lệ, giúp đỡ tạo điều kiện tốt tinh thần vật chất cho suốt thời gian qua Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu cá nhân tơi Những kết luận văn tính tốn xác, trung thực chưa có tác giả cơng bố, nội dung tham khảo, trích dẫn luận văn rõ nguồn gốc Xin trân trọng cảm ơn! Tác giả luận văn Phùng Tất Thắng ii MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa Lời cảm ơn i Mục lục ii Danh mục bảng v Danh mục hình vi ĐẶT VẤN ĐỀ Chương TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tình hình nghiên cứu chẩn đốn trạng thái kỹ thuật hệ thống nhiên liệu động Diesel 1.2.Tình hình nghiên cứu, ứng dụng lý thuyết mờ chẩn đoán 1.2.1 Ứng dụng lý thuyết tập mờ chẩn đoán giới Chương MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 2.1.Mục tiêu nghiên cứu 2.2 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu 2.2.1 Đối tượng nghiên cứu 2.2.2 Phạm vi nghiên cứu 2.3 Nội dung nghiên cứu 2.4 Phương pháp nghiên cứu Chương CHẨN ĐOÁN KỸ THUẬT VÀ LÝ THUYẾT TẬP MỜ 10 3.1.Chẩn đoán kỹ thuật 10 3.1.1 Mục đích, ý nghĩa chẩn đốn kỹ thuật 10 3.1.2.Các khái niệm định nghĩa chẩn đoán kỹ thuật 10 3.1.3 Các phương pháp chẩn đoán: 14 3.1.4 Sơ đồ q trình chẩn đốn 15 iii 3.1.5 Cơ sở lý thuyết logic chẩn đoán dự báo 16 3.2.Lý thuyết tập mờ 17 3.2.1.Nhắc lại tập hợp kinh điển 19 3.2.2.Các phép toán mờ 21 3.2.3 Biến ngơn ngữ giá trị 24 3.2.4.Luật hợp thành mờ 25 3.2.5.Giải mờ 28 Chương PHÂN TÍCH SỰ THAY ĐỔI TRẠNG THÁI KỸ THUẬT HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL 34 4.1 Giới thiệu hệ thống cung cấp nhiên liệu động Diesel 34 4.1.1 Yêu cầu hệ thống cung cấp nhiên liệu 34 4.1.2 Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu 34 4.1.3 Các phận hệ thống cung cấp nhiên liệu 35 4.2 Sự thay đổi trạng thái kỹ thuật hệ thống cung cấp nhiên liệu 39 4.2.1 Những hư hỏng hệ thống cung cấp nhiên liệu thấp áp 39 4.2.2 Hư hỏng bơm cao áp 40 4.2.3 Hư hỏng vòi phun 43 4.2.4 Một số dấu hiệu hư hỏng thường gặp hệ thống nhiên liệu 45 Chương ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT TẬP MỜ CHẨN ĐOÁN TRẠNG THÁI KỸ THUẬT HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL TRÊN XE TẢI CỠ NHỎ 48 5.1 Cơ sở lý thuyết 48 5.2 Xây dựng ma trận chẩn đoán cho hệ thống cung cấp nhiên liệu 49 5.2.1 Các thông số kết cấu 49 5.2.2 Các thơng số chẩn đốn 50 5.2.3 Mờ hố thơng số chẩn đốn kết cấu (giá trị ngôn ngữ) 53 5.2.4 Thiết lập ma trận chẩn đoán 58 iv 5.3 Ứng dụng phần mềm matlab chẩn đoán hệ thống cung cấ p nhiên liêụ đô ̣ng diesel xe tải cỡ nhỏ 60 5.3.1 Giới thiệu phần mềm matlab 60 5.3.2 Soạn thảo biến vào - 62 5.3.3 Thuật toán hệ mờ chẩn đoán hệ thống cung cấp nhiên liệu động Diesel 71 5.3.4 Luật điều khiển – tri thức chẩn đốn tình trạng kỹ thuật hệ thống cung cấp nhiên liệu động Diesel 72 5.3.5 Chọn thiết bị hợp thành 75 5.3.6 Tổng hợp kết 76 5.4 Kiểm chứng phù hợp hệ mờ đối tượng 78 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC v DANH MỤC CÁC BẢNG TT Tên bảng 3.1 Bảng chân lý mệnh đề hợp thành logic kinh điển Trang 25 4.1 Lượng cấp nhiên liệu chu trình tiêu chuẩn 37 4.2 39 5.1 Độ không đồng cho phép lượng nhiên liệu cấp cho chu trình tổ bơm bơm cao áp không …%) Tổng hợp thơng số chẩn đốn thơng số kết cấu 5.2 Giá trị ngôn ngữ thông số chẩn đốn thơng số kết cấu 56 5.3 Ma trận chẩn đoán hệ thống cung cấp nhiên liệu động diesel 58 5.4 60 5.5 Ma trận chẩn đoán logic mờ hệ thống cung cấp nhiên liệu động diesel Biến mờ đánh giá hệ thống cung cấp nhiên liệu động diesel 5.6 Tập mờ ngôn ngữ biến công suất động 64 5.7 Tập mờ ngôn ngữ biến tiêu thụ nhiên liệu 64 5.8 Tập mờ ngôn ngữ biến thành phần màu sắc khí xả 65 5.9 Tập mờ ngơn ngữ biến nhiệt độ động 66 5.10 Tập mờ ngôn ngữ biến tiếng gõ động 66 5.11 Tập mờ ngơn ngữ biến mịn piston, xylanh 67 5.12 Tập mờ ngôn ngữ biến van triệt hồi 68 5.13 Tập mờ ngơn ngữ biến vịi phun 68 5.14 Tập mờ ngôn ngữ biến áp suất phun 69 5.15 Tập mờ ngôn ngữ biến áp suất phun 70 5.16 Tập mờ ngôn ngữ biến độ không đồng 70 5.17 Các giá trị đo xe thử 80 5.18 Kết đánh giá theo thực tế chương trình 81 5.19 Các giá trị đo xe thử 81 5.20 Kết đánh giá theo thực tế chương trình 82 5.21 Các giá trị đo xe thử 82 5.22 Kết đánh giá theo thực tế chương trình 82 53 63 vi DANH MỤC CÁC HÌNH TT Tên hình Trang 3.1 Tương quan thông số kết cấu thời gian làm việc 12 3.2 Sơ đồ công nghệ mục đích chẩn đốn 16 3.3 Hàm thuộc tập hợp hai tập hợp có khơng gian 22 3.4 Hàm thuộc giap hai tập hợp có không gian 23 3.5 Tập bù mạnh Ac tập mờ A 24 3.6 Mô tả giá trị ngôn ngữ tập mờ 24 3.7 Minh họa quy tắc hợp thành 27 3.8 Giải mờ phương pháp cực đại 29 3.9 Giải mờ theo phương pháp điểm trọng tâm 29 3.10 Giải mờ theo phương pháp đường phân đối diện tích 30 4.1 Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu động Diesel 34 5.1 Sơ đồ bước chẩn đoán hệ thống cung cấp nhiên liệu 48 5.2 Các dạng hàm thuộc lựa chọn 54 5.3 Biến mờ theo công suất 55 5.4 Biến mờ theo độ đục khí xả 55 5.5 Màn hình fuzzy 61 5.6 Màn hình soạn thảo Biến từ sub-menu Add Variable 62 5.7 Biến mờ công suất động 64 5.8 Biến mờ tiêu thụ nhiên liệu 64 5.9 Biến mờ thành phần màu sắc khí xả 65 5.10 Biến mờ nhiệt độ động 66 5.11 Biến mờ tiếng gõ động 67 5.12 Biến mờ hư hỏng mòn piston, xylanh 67 5.13 Biến mờ hư hỏng hệ van triệt hồi 68 vii 5.14 Biến mờ hư hỏng vòi phun 69 5.15 Biến mờ áp suất phun 69 5.16 Biến mờ thời điểm phun 70 5.17 Biến mờ độ không đồng 71 5.18 Hệ mờ chẩn đốn tình trạng kỹ thuật hệ thống cung cấp nhiên 71 liệu động Diesel 5.19 Màn hình soạn thảo luật điều khiển từ sup-menu Rule 75 5.20 Quan hệ độ giảm công suất tăng lượng tiêu hao nhiên 76 liệu với độ mòn piston- xylanh 5.21 Quan hệ mức tiêu hao nhiên liệu tiếng gõ động với 77 sai lệch góc phun 5.22 Quan hệ mức tiêu hao nhiên liệu với sai lệch áp suất 77 phun 5.23 Màn hình hiển thị kết chẩn đoán rule 78 5.24 Thiết bị chẩn đoán trạm 80 5.25 Thực nghiệm đo khí xả, nhiệt độ động 81 ĐẶT VẤN ĐỀ Trong năm gần đây, cơng tác chẩn đốn, bảo dững sửa chữa thay đổi nhiều Lý thay đổi kỹ thuật công nghệ phát triển dẫn tới đa dạng chủng loại, số lượng chất lượng loại máy móc phương tiện vận tải Cơng suất máy móc tăng lên nhiều, máy móc phức tạp hơn, phạm vi ứng dụng rộng rãi ứng dụng nhiều quốc gia, tính tồn cầu hóa ngày cao dẫn tới thay đổi quan niệm cách thức tổ chức, tiến hành chẩn đoán, bảo dưỡng sửa chữa Sự thay đổi thể kiến thức chẩn đoán, bảo dưỡng sửa chữa, địi hỏi máy móc thiết bị làm việc an tồn với người, độ xác đinh chẩn đoán đảm bảo yêu cầu chất lượng chẩn đoán, bảo dưỡng sửa chữa, tổ chức sửa chữa giá thành sửa chữa Mặt khác tiêu chuẩn chẩn đoán, bảo dưỡng sửa chữa ngày khắt khe phương tiện cách tiếp cận chẩn đoán, bảo dưỡng sửa chữa thay đổi đáng kể thời gian gần Phương pháp chẩn đoán sửa chữa dựa ứng dụng lý thuyết tập mờ ngày sử dụng rộng rãi nước giới lý do: Thứ nhất: xác định sai hỏng hệ thống xe, phận chi tiết động mà tháo rời hệ thống, phận, chi tiết; Thứ hai: Độ xác định chẩn đốn khơng phụ thuộc nhiều vào yếu tố kinh nghiệm người thợ, sức khỏe yếu tố khách quan (môi trương, nhiệt độ, ); Thứ ba: Giảm chi phí sửa chữa 82 Bảng 5.20: Kết đánh giá theo thực tế chương trình Biến Thực tế Chương trình mịn piston-xylanh bơm cao áp (P_xl) 38% 38,5% hỏng van triệt hồi (Van) 20% 28,5% hỏng vòi phun (Vf) 15% 18,5% sai áp suất phun (Pf) 14% 18,5% sai thời điểm phun (Gf) 30% 33,5% độ không đồng Gct tăng (Gct) 30% 37,9% Vinaxuki 990kg Cs: 40kw/3200v/ph Tiêu hao 6l/100km Bảng 5.21: giá trị đo xe thử Tên biến vào Công suất động giảm (Cs) Nhiên liệu tiêu thu tăng (Nl) Thành phần mầu sắc khí xả thay đổi (Kd) Nhiệt độ động tăng (Nd) Độ không đồng tăng (Tg) Giá trị 40%=33,6kw 25%=6,3l 35%=1,036mg/m3 45%=81 ͦC 30% Bảng 5.22: Kết đánh giá theo thực tế chương trình Biến mòn piston-xylanh bơm cao áp (P_xl) hỏng van triệt hồi (Van) hỏng vòi phun (Vf) sai áp suất phun (Pf) sai thời điểm phun (Gf) độ không đồng Gct tăng (Gct) Thực tế Chương trình 20% 28,5% 30% 38,5% 30% 28,5% 30% 28,5% 32% 32% 38% 37,9% 83 Các kết chẩn đoán hệ mờ “ Chẩn đoán hệ thống cung cấp nhiên liệu động diesel” xây dựng tương đối phù hợp với tình trạng kỹ thuật hệ thống cung cấp nhiên liệu động diesel thực tế Các thí nghiệm kiểm chứng cho thấy kết từ tính tốn logic mờ sở phần mềm matlab kết thực tế có sai số nhỏ ( khơng 10%) Do đặc điểm logic mờ mục tiêu đề tài, hệ mờ xây dựng khảo sát với số lượng biến khơng nhiều thế, cho kết chẩn đốn chung Tuy nhiên áp dụng hệ mờ cho động cụ thể với quy luật rút thời gian khai thác dài, kết chẩn đoán cụ thể 84 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận: Luận văn tìm hiể u về lý thuyế t chẩ n đoán và ứng du ̣ng của lý thuyế t tâ ̣p mờ chẩ n đoán kỹ thuật nói chung; Đã phân tích kết cấu hệ thống cung cấ p nhiên liê ̣u đô ̣ng diesel, hư hỏng biến xấu tình trạng kỹ thuật hệ thống trình khai thác sử dụng Trên sở luận văn lựa chọn tập thông số kết cấu, thơng số chẩn đốn quan trọng sử dụng thơng số phục vụ cho cơng tác chẩn đốn hệ thống cung cấ p nhiên liêụ đô ̣ng diesel Đã tổng hợp lý thuyết chẩn đoán kinh nghiệm chuyên gia lĩnh vực động cơ, xây dựng mơ hình thuật tốn phần mềm chẩn đốn hệ thống cung cấp nhiên liêụ ̣ng diesel sở phần mềm Matlab Đã tiến hành phần thực nghiệm kiểm chứng số xe ôtô vinaxuki nhỏ sử du ̣ng nhiên liêụ diesel khai thác điều kiện thực tế Việt Nam Kết thực nghiệm cho thấy kết đề tài chấp nhận (sai số