Luật điều khiển – tri thức chẩn đoán tình trạng kỹ thuật của hệ

cung cấp nhiên liệu động cơ Diesel.

Khối luật điều khiển mờ bao gồm tập các luật “ Nếu… Thì…” là phần cốt lõi của một hệ mờ vì nó có “khả năng mô phỏng những suy đoán của con người” để đạt được mục tiêu nào đó. Chính vì vậy, để vận hành mờ “ chẩn đoán tình trạng kỹ thuật hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ diesel” cần phải xây dựng luật điều khiển- tri thức.

Các luật suy luận mờ được thành lập theo nguyên lý của các hệ thống trong hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ diesel, kinh nghiệm vận hành, bảo dưỡng sửa chữa, tổng kết từ các dữ liệu thực nghiệm thực tế, tham khảo ý kiến chuyên gia…

5.3.4.1. Một số nguyên tắc nhằm mô tả đúng một sự kiện.

Trong các luật điều khiển “ Nếu …Thì…”, đặt sau các phần “ Nếu…” và phần “ Thì…” thông thường là các mệnh đề logic mô tả một hiện tượng diễn ra trong quá trình khai thác sử dụng hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ diesel. Để đảm bảo các luật có trị số hàm thuộc ( độ tin cậy) đạt trị số cao, các mệnh đề logic phải đảm bảo tính đúng đắn. Nhằm mục đích mô tả đúng sự kiện theo cấu trúc : “ Đối tượng – thuộc tính-giá tri( Objiect- Attribute- Value)” mà không phạm phải các sai lầm do chủ quan con người, cần tuân theo một số nguyên tắc sau đây:

- Theo hướng dẫn sử dụng của nhà chế tạo: hướng dẫn vận hành, khai thác, bảo dưỡng sửa chữa. Dựa vào nguyên tắc này có thể mô tả đúng một hiện tượng mà không quá thiên về kinh nghiệm chủ quan.

- So sánh với báo cáo thử nghiệm thiết bị: bên cạnh hướng dẫn của nhà chế tạo cần phải có sự so sánh với các dữ liệu chuẩn khi thử thiết bị. Nguyên tắc này thể hiện tính ước lệ như: “ tốt”, “khá”, “trung bình”, “ yếu”…

73

5.3.4.2. Luật điều khiển – tri thức chuyên gia.

Thông tin, sự kiện như đã trình bày, rất cần thiết để xây dựng tri thức chuyên gia và không có giá trị nếu không được khai phá để biến thành tri thức. Nhờ ý kiến chuyên gia, các thông tin và sự kiện thu thập được sẽ là dữ liệu để xây dựng luật điều khiển hay tri thức chuyên gia. Có thể có nhiều hình thức thể hiện tri thức, nhưng hình thức thể hiện tri thức dưới dạng luật (rule) “ Nếu(IF)…Thì (THEN)…” là phổ biến và được sử dụng nhiều trong chẩn đoán.

Những người thợ, kỹ sư làm công tác khoa học, trong các trạm bảo dưỡng sửa chữa, trong các nhà máy có khí…chính là các chuyên gia, tri thức chuyên gia của họ sẽ phản ánh đúng thực trạng những vấn đề diễn ra trong quá trình hoạt động của hệ thống dựa vào những cơ sở dữ liệu đó, hệ mờ sẽ cho ra kết quả phản ánh tình trạng kỹ thuật của hệ thống, dựa vào những cơ sở dữ liệu đó, hệ mờ sẽ cho ra kết quả phản ánh tình trạng kỹ thuật của hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ diesel.

Ngoài ý kiến chuyên gia, các luật điều khiển trong quá trình xây dựng cũng được tham khảo:

• So sánh thông số hoạt động của hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ diesel với những thông số tiêu chuẩn.

• Kinh nghiệm của cán bộ kỹ thuật, thợ sửa chữa trong các cơ sở bảo dưỡng sửa chữa.

Các kết luận rút ra từ các thử nghiệm.

5.3.4.3. Soạn thảo các luật điều khiển.

Cũng từ menu Edit, gọi sup-menu Rule cho màn hình soạn thảo các luật điều khiển. Trong màn hình này, khung trên cùng hiển thị các luật đã soạn thảo. Các khung dưới chính là các biến Vào nằm ở phần Nếu, and (if…and ) và các biến ra nằm ở phần thì (Then)

74

Một luật mới soạn thảo được bắt đầu bằng nút lệnh Add rule, một luật đã soạn thảo được thay đổi bằng cách chọn và ấn nút lệnh Change rule, luật đã soạn thảo có thể được loại bỏ bằng cách chọn và nhấn nút lệnh Delete rule.Trọng số của luật có thể được gán nhờ ô nhập dữ liệu Weight

Các giá trị ngôn ngữ của một biến sau khi đã soạn thảo được hiển thị trong các khung có kèm theo tên biến và được lựa chọn bằng thanh kéo

Mối quan hệ giữa các biến trong luật nhiều biến ở phần nếu (if) hoặc phần Thì (then) được xác định nhờ các nút lệnh Hoặc (Or) và Và (And) trong khung Connection

Tập luật chẩn đoán của bộ chẩn đoán mờ hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ diesel được xây dựng trên cơ sở nguyên lý chẩn đoán của các mô hình trên kết hợp với tri thức các chuyên gia trong lĩnh vực nghiên cứu.

Tập luật điều khiển đươ ̣c xây dựng gồ m 44 luâ ̣t thể hiê ̣n trong bảng 5- 17, nguyên tắ c điều khiển như sau:

R1: nếu c1= T và c2= T và c3=T và c4=T và c5= T thì h1= T và h2= T và h3= T và h4= T và h5 = T và h6= T hoặc

R2: nếu c1= Yvà c2= Yvà c3=Y và c4=Y và c5= Y thì h1= Y và h2= Y và h3= Y và h4= Y và h5 = Y và h6= Y hoặc

……….

R43: nếu c1= TB và c2= TB và c3=TB và c4=TB và c5= TB thì h3= T B R44: nếu c1= Y và c2= Y và c3=Y và c4=Y và c5= Y thì h3= Y

Luật hơ ̣p thành :R=R1(R2(R3(…(R44)…)))

Các luật điều khiển được soa ̣n thảo trong phần mềm matlab simulink ở công cụ Fuzzy logic được thể hiê ̣n chi tiết trên hình 5-19 dưới đây:

75

Hình 5.19. Màn hình soạn thảo luật điều khiển từ sup-menu Rule

5.3.5. Chọn luật hợp thành

Trên cơ sở đã phân tích ở mục 4.2, tác giả lựa chọn nguyên tắc cho các phép toán (thiết bị hợp thành) như sau

-Phép giao hai tập mờ theo luật lấy min (công thức 4.1a) -Phép hợp hai tập mờ theo luật lấy max(công thức 4.2a) -Nguyên tăc kéo theo: nguyên tắc MIN(công thức 4.4) -Nguyên tắc hợp thành: theo nguyên tắc Max

Luật hợp thành R có tên là max-MIN

Nguyên lý giải mờ theo phương pháp đường phân đôi diện tích (bisector)

76

5.3.6. Tổng hợp kết quả

Sau khi hoàn thành các soạn thảo cho một hệ mờ, ta có thể gọi menu View với hai sup-menu là Rule và Surface

Từ menu surface, ta có thể khảo sát mối quan hệ giữa các biến Vào và Ra

Trên đồ thị không gian 3 chiều, ta chỉ có thể khảo sát được tổng cộng ba biến trong đó thông thường là hai biến Vào và một biến Ra. Có thể lựa chọn tùy ý các biến Vào và biến Ra, tất nhiên một biến vào bất kỳ không được lựa chọn sẽ được chương trình gắn cho một trị số hằng số mặc định hoặc một trị số một người soạn thảo lựa chọn

Trên hệ trục tọa độ x-y-z,một cách mặc định, biến Vào được gán cho các trục x và y còn biến ra gán cho trục z

Gọi sup-menu Surface trong phần mềm soạn thảo chẩn đoán hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ diesel chúng ta có thể khảo sát mối quan hệ giữa các biến vào với các biến ra dạng đồ thị không gian 3 chiều, như sau:

Hình 5.20. Quan hệ giữa độ giảm công suất và tăng lượng tiêu hao nhiên liệu với độ mòn piston- xylanh.

77

Hình 5.21. Quan hệ giữa mức tiêu hao nhiên liệu và tiếng gõ động cơ với sự sai lệch góc phun.

Hình 5.22. Quan hệ giữa mức tiêu hao nhiên liệu với sự sai lệch áp suất phun.

Từ các đồ thị nói trên, người ta có thể xác định mối quan hệ giữa các biến vào và ra. Trong nhiều trường hợp, người ta có thể hồi quy tuyến tính các đồ thị đã nêu trên để đơn giản cho tính toán.

Từ menu Rule, người ta có thể khảo sát mối quan hệ giữa các biến vào và ra theo các giá trị khảo sát cụ thể. Trong ô cửa input nhập các giá trị cụ thể:

78

(Ví dụ: CS-25%; KD-35%; ND-25%; TG-35%) khi đó trên màn hình sẽ hiển thị các giá trị ra ( p,xl- 38,5%; Van- 38,5%; VF-28,5%; pf-28,5%; gocphun-33,2%; Gct-37,9%).

Hình 5.23. Màn hình hiển thị kết quả chẩn đoán trên rule

5.4. Kiểm chứng sự phù hợp của hệ mờ và đối tượng

Trong quá trình xây dựng luật, người thiết kế phải tiến hành chẩn đoán và kiểm nghiệm kết quả chẩn đoán với thực tế nhiều lần. Tập luật có thể coi là “dùng được” khi kết quả chẩn đoán của hệ trợ giúp chẩn đoán so với chẩn đoán thực tế của chuyên gia người có độ chính xác chấp nhận được.

Việc kiểm chứng cơ sở tri thức là một trong những yêu cầu quan trọng. Việc kiểm tra thường được tiến hành qua 2 bước

-Bước 1: Kiểm tra độ chính xác các hàm thuộc của dữ liệu đầu vào và đầu ra bằng cách dùng ngay các bộ dữ liệu vào các luật để tiến hành chẩn

79

đoán. Nếu kết quả chẩn đoán so với dữ liệu đầu ra của các luật gần giống nhau là đạt yêu cầu.

-Bước 2: Kiểm tra độ chính xác của tập luật bằng cách lấy một số mẫu chẩn đoán của chuyên gia người, sau đó dùng các mẫu này chẩn đoán bằng máy tính. Nếu kết quả chẩn đoán gần giống nhau là đạt yêu cầu

Việc tiến hành kiểm nghiệm thử thực tế với số mẫu thử càng nhiều thì độ chính xác của cơ sở tri thức ngày càng cao, tuy nhiên việc này phụ thuộc rất nhiều vào kinh phí và thời gian.

Cũng như bất kỳ hệ mờ khác, hệ mờ “Chẩn đoán hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ diesel” được xây dựng cần phải kiểm nghiệm sự phù hợp của chúng với đối tượng trong thực tế.

Khả năng phù hợp của hệ mờ với đối tượng phụ thuộc vào một số yếu tố như: số lượng biến Vào-Ra, số lượng ngôn ngữ và dạng hàm thuộc của chúng, số lượng luật điều khiển và độ tin cậy của luật điều khiển.

Luật điều khiển được coi như các tiên đề, là phần cốt lõi của một hệ thống mờ và xây dựng dựa trên số liệu thực tế cũng như nguyên lý hoạt động của đối tượng. Chính vì vậy, việc lựa chọn các biến không thể không tham khảo khả năng đáp ứng của dữ liệu.

Hệ mờ được xây dựng cho mối quan hệ phụ thuộc giữa biến vào và biến ra. Mối quan hệ này sẽ được kiểm nghiệm trong thực tế và cho thấy được khả năng phù hợp của hệ mờ với thực tế hoạt động của đối tượng.

Để xác định các giá trị về công suất động cơ, nhiệt độ động cơ, tiếng gõ, nhiên liệu, khói đen của động cơ trên xe ô tô Vinaxuki cỡ nhỏ chúng tôi dùng thiết bị DIAGNOSTIC STATION starcas 898 (Chẩn đoán trạm hình 5.4)

80

Hình 5.24 Thiết bị chẩn đoán trạm

Việc thực nghiệm được tiến hành với các xe sau:

Vinaxuki 1750kg biển số: 35M-.000.08

Công suất: 36kw/3000v/ph ; tiêu hao 6,5l/100km Bảng 5.17: các giá trị đo được trên xe thử

Tên biến vào Giá trị

Công suất động cơ giảm (Cs) 45%=32,8kw Nhiên liệu tiêu thu tăng (Nl) 60%= 7,2l Thành phần mầu sắc khí xả thay đổi

(Kd)

55%=1,628mg/m3 Nhiệt độ động cơ tăng (Nd) 35%=79 ͦC

81

Hình 5.25 Thực nghiệm đo khí xả, nhiệt độ động cơ

Bảng 5.18: Kết quả đánh giá theo thực tế và chương trình

Biến Thực tế Chương trình

mòn piston-xylanh bơm cao áp (P_xl) 48% 50%

hỏng van triệt hồi (Van) 47% 50%

hỏng vòi phun (Vf) 49% 50%

sai áp suất phun (Pf) 50% 50%

sai thời điểm phun (Gf) 41% 40%

độ không đồng đều Gct tăng (Gct) 49% 50%

1. Vinaxuki 470kg Công suất: 20kw Tiêu hao 5l/100km

Bảng 5.19: Các giá trị đo được trên xe thử

Tên biến vào Giá trị

Công suất động cơ giảm (Cs) 25%=19kw

Nhiên liệu tiêu thu tăng (Nl) 40%=5,4l

Thành phần mầu sắc khí xả thay đổi (Kd)

30%=0,888mg/m3

Nhiệt độ động cơ tăng (Nd) 20%=76 ͦC

82

Bảng 5.20: Kết quả đánh giá theo thực tế và chương trình

Biến Thực tế Chương trình

mòn 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 đều Gct tăng (Gct) 30% 37,9%

2. Vinaxuki 990kg Cs: 40kw/3200v/ph Tiêu hao 6l/100km

Bảng 5.21: các giá trị đo được trên xe thử

Tên biến vào Giá trị

Công suất động cơ giảm (Cs) 40%=33,6kw

Nhiên liệu tiêu thu tăng (Nl) 25%=6,3l

Thành phần mầu sắc khí xả thay đổi (Kd)

35%=1,036mg/m3

Nhiệt độ động cơ tăng (Nd) 45%=81 ͦC

Độ không đồng đều tăng (Tg) 30%

Bảng 5.22: Kết quả đánh giá theo thực tế và chương trình

Biến Thực tế Chương trình

mòn piston-xylanh bơm cao áp (P_xl) 20% 28,5%

hỏng van triệt hồi (Van) 30% 38,5%

hỏng vòi phun (Vf) 30% 28,5%

sai áp suất phun (Pf) 30% 28,5%

sai thời điểm phun (Gf) 32% 32%

83

Các kết quả chẩn đoán của hệ mờ “ Chẩn đoán hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ diesel” đã xây dựng tương đối phù hợp với tình trạng kỹ thuật của hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ diesel trong thực tế. Các thí nghiệm kiểm chứng cũng cho thấy các kết quả từ tính toán bằng logic mờ trên cơ sở phần mềm matlab và các kết quả thực tế có sai số nhỏ ( không quá 10%). Do những đặc điểm của logic mờ và mục tiêu đề tài, hệ mờ được xây dựng và khảo sát với số lượng biến không nhiều và vì thế, nó chỉ cho ra những kết quả chẩn đoán chung nhất. Tuy nhiên có thể áp dụng hệ mờ cho một động cơ cụ thể với các quy luật rút ra trong thời gian khai thác dài, để có thể cho ra những kết quả chẩn đoán cụ thể hơn.

84

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1. Kết luận:

1. Luận văn đã tìm hiểu về lý thuyết chẩn đoán và ứng du ̣ng của lý thuyết tập mờ trong chẩn đoán kỹ thuật nói chung;

2. Đã phân tích được kết cấu của hệ thống cung cấp nhiên liệu đô ̣ng cơ diesel, những hư hỏng và biến xấu tình trạng kỹ thuật của hệ thống trong quá trình khai thác và sử dụng. Trên cơ sở đó luận văn đã lựa chọn tập các thông số kết cấu, thông số chẩn đoán quan trọng và sử dụng các thông số đó phục vụ cho công tác chẩn đoán hệ thống cung cấp nhiên liê ̣u đô ̣ng cơ diesel.

3. Đã tổng hợp được lý thuyết chẩn đoán và kinh nghiệm của chuyên gia trong lĩnh vực động cơ, xây dựng mô hình thuật toán và phần mềm chẩn đoán hệ thống cung cấp nhiên liê ̣u đô ̣ng cơ diesel trên cơ sở phần mềm Matlab.

4. Đã tiến hành phần thực nghiệm kiểm chứng trên một số xe ôtô vinaxuki cơ nhỏ sử du ̣ng nhiên liê ̣u diesel đang được khai thác trong điều kiện thực tế của Việt Nam. Kết quả thực nghiệm cho thấy kết quả của đề tài có thể chấp nhận được (sai số <10%)

5. Kết quả của đề tài có thể áp dụng cho các đơn vị sử dụng, khai thác động cơ trong toàn quốc; giúp cơ sở quản lý khai thác phương tiện làm tốt công tác vật tư dự phòng, nâng cao năng lực khai thác của phương tiện, đảm bảo tính tin cậy, khả năng hoạt động và hiệu quả khai thác là cao nhất.

6. Trên cơ sở hướng nghiên cứu của đề tài có thể phát triển ứng dụng cho công tác chẩn đoán với các hệ thống, tổng thành khác của ôtô nói riêng và các thiết bị máy móc nói chung.

85

2. Kiến nghị

1. Đề tài về cơ bản đã đạt được những mục tiêu đề ra. Tuy nhiêm cần tiến hành thêm phần thực nghiệm để xây dựng tập luật một cách đầy đủ và toàn diện hơn nhằm nâng cao độ chính xác của phần mềm được xây dựng.

2. Bên cạnh đó cũng cần tiến hành thực nghiệm trên nhiều chủng loại động cơ khác nhau để có thể đánh gia một cách tổng quát và chính xác hơn khả năng ứng dụng của đề tài.

3. Ứng dụng lý thuyết chẩn đoán và lý thuyết tập mờ trong việc chẩn đoán các hệ thống và tổng thành khác trên ôtô.

4. Trên cơ sơ các phần mềm xây dựng, tổng hợp và phát triển hệ thống chẩn đoán tự động cho các hệ thống, tổng thành của ôtô tại các gara, các cơ sở quản lý khai thác phương tiện.

TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt

1. Phùng Quang Anh (2004), MATLAB và SIMULINK dành cho kỹ sư điều