Xây dựng cơ sở dữ liệu chẩn đoán động cơ có ứng dụng logic mờ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
Giảng viên HD : Th.s Đào Chí Cường
Giảng viên HD : Th.s Đào Chí Cường
Sinh viên thực hiện: Lê Văn Nhân
Sinh viên thực hiện: Lê Văn Nhân
Đề tài
Đề tài
:
:
Xây dựng cơ sở dữ liệu chẩn đoán động cơ Diesel có
Xây dựng cơ sở dữ liệu chẩn đoán động cơ Diesel có
ứng dụng logic mờ
ứng dụng logic mờ
Chương 1:
Chương 1:


Tổng quan về vấn đề nghiên cứu
Tổng quan về vấn đề nghiên cứu
Chương 2:
Chương 2:


Cơ sở lý thuyết về chẩn đoán động cơ
Cơ sở lý thuyết về chẩn đoán động cơ
diesel
diesel
Chương 3:

Chương 3:
Nghiên cứu thực nghiệm
Nghiên cứu thực nghiệm
Chương 4:
Chương 4:


Ứng dụng Logic mờ chẩn đoán chất
Ứng dụng Logic mờ chẩn đoán chất
lượng làm việc nhóm Piston-Xécmăng-Xylanh trong
lượng làm việc nhóm Piston-Xécmăng-Xylanh trong
động cơ diesel S1100 (Dong Feng)
động cơ diesel S1100 (Dong Feng)
Chương 5:
Chương 5:


Kết luận và kiến nghị
Kết luận và kiến nghị
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1.
1.1.
TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
1.2.
1.2.
TỔNG QUAN VỀ CHẨN ĐOÁN KỸ THUẬT
TỔNG QUAN VỀ CHẨN ĐOÁN KỸ THUẬT
1.3.

1.3.
CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU VỀ CHẨN ĐOÁN
CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU VỀ CHẨN ĐOÁN
CÓ ỨNG DỤNG LOGIC MỜ
CÓ ỨNG DỤNG LOGIC MỜ
1.4.
1.4.
MỤC TIÊU, NHIỆM VỤ, NỘI DUNG, PHƯƠNG
MỤC TIÊU, NHIỆM VỤ, NỘI DUNG, PHƯƠNG
PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI
PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ CHẨN ĐOÁN
ĐỘNG CƠ DIESEL
2.1.
2.1.
LÝ THUYẾT CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ DIESEL
LÝ THUYẾT CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ DIESEL
2.1.1.
2.1.1.
Nguyên lý làm việc của động cơ Diesel 4 kỳ.
Nguyên lý làm việc của động cơ Diesel 4 kỳ.
Sơ đồ nguyên lý hoạt động của
động cơ Diesel
Hình a: Kỳ hút.
Hình b: Kỳ nén.
Hình c: Kỳ
cháy giãn nở
và sinh công.
Hình d: Kỳ xả
1. Xupáp xả;

2. Piston;
3.Thanh
truyền;
4.Trục khuỷu;
5.Xupáp nạp.
2.1.2.
2.1.2.
Các yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng làm việc
Các yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng làm việc
nhóm P-X-X
nhóm P-X-X
1 - Piston; 2 - Xéc măng; 3 - Áp lực
của màng dầu; 4 - Xy lanh;
Sơ đồ chịu lực của nhóm P-X-X
Các ký hiệu: P
0
- áp lực khí (N/mm
2
);
P
i
, P
i
’
, P
i+1
- lần lượt là lực ma sát giữa
các xéc măng và rãnh xéc măng (N);
F
zi

- lực ma sát trên xéc măng thứ i
(N); X
i
- áp lực căng màng dầu của váy
Piston; V,E- lần lượt là tốc độ vận
động hướng trục của Piston và tốc độ
chuyển động ngang (m/s)
Các chi tiết nhóm P-X-X phải làm việc trong điều kiện rất
khắc nghiệt như chịu tác động của nhiệt độ cao, lực ma sát lớn,
… được thể hiện ở các yếu tố sau:
2.1.2.1. Ảnh hưởng của áp suất tác dụng lên xy lanh
2.1.2.2. Ảnh hưởng của điều kiện nhiệt độ
2.1.2.3. Ảnh hưởng của khí nạp thổi quét trên thánh Xy
lanh
2.1.2.4. Ảnh hưởng của nhiên liệu
2.1.2.5. Ảnh hưởng của chất lượng dầu bôi trơn động cơ
2.1.2.6. Ảnh hưởng của quá trình khởi động động cơ
2.1.3.
2.1.3.
Phân tích kết cấu và hư hỏng nhóm P-X-X
Phân tích kết cấu và hư hỏng nhóm P-X-X
2.2.
2.2.
CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẨN ĐOÁN ĐỘNG CƠ
CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẨN ĐOÁN ĐỘNG CƠ
2.2.1.
2.2.1.
Các dấu hiệu chẩn đoán động cơ
Các dấu hiệu chẩn đoán động cơ
2.2.2.

2.2.2.
Phương pháp chẩn đoán động cơ
Phương pháp chẩn đoán động cơ

2.2.2.1.
2.2.2.1.
Chẩn đoán động cơ theo công suất có ích.
Chẩn đoán động cơ theo công suất có ích.


2.2.2.2.
2.2.2.2.
Chẩn đoán động cơ theo thành phần khí thải.
Chẩn đoán động cơ theo thành phần khí thải.


2.2.2.3.
2.2.2.3.
Chẩn đoán động cơ theo hàm lượng kim loại
Chẩn đoán động cơ theo hàm lượng kim loại
có trong động cơ.
có trong động cơ.
2.2.2.4.
2.2.2.4.
Chẩn đoán động cơ bằng phương pháp phân
Chẩn đoán động cơ bằng phương pháp phân
tích dao động.
tích dao động.

2.2.2.5.
2.2.2.5.
Chẩn đoán động cơ thep áp P
Chẩn đoán động cơ thep áp P
c
c
.
.


2.2.2.6.
2.2.2.6.
Chẩn đoán theo mức độ lọt khí qua nhóm bao
Chẩn đoán theo mức độ lọt khí qua nhóm bao
kín buồng cháy.
kín buồng cháy.

2.2.2.7.
2.2.2.7.
Chẩn đoán động cơ theo độ lọt khí xuống Các
Chẩn đoán động cơ theo độ lọt khí xuống Các
t
te
2.2.3.
2.2.3.
Cơ sở lý thuyết về chẩn đoán chẩn đoán công
Cơ sở lý thuyết về chẩn đoán chẩn đoán công
suất động cơ theo áp suất Các te
suất động cơ theo áp suất Các te
2.3.2.1.

2.3.2.1.
Biểu thị thông tin bằng tập mờ
Biểu thị thông tin bằng tập mờ
2.3.2.2.
2.3.2.2.
Tập mờ
Tập mờ
2.3.2.3.
2.3.2.3.
Các đặc tính của hàm phụ thuộc
Các đặc tính của hàm phụ thuộc
2.2.3.1.
2.2.3.1.
Mô hình hóa các thông số trạng thái của Xy lanh
Mô hình hóa các thông số trạng thái của Xy lanh
công tác
công tác
2.2.3.2.
2.2.3.2.
Cơ sở độ lọt khí xuống Các te
Cơ sở độ lọt khí xuống Các te
2.3.
2.3.
CƠ SỞ LUẬN LOGIC MỜ TRONG CHẨN ĐOÁN
CƠ SỞ LUẬN LOGIC MỜ TRONG CHẨN ĐOÁN
2.3.1.
Vai trò của Logic mờ trong chẩn đoán
Vai trò của Logic mờ trong chẩn đoán
2.3.2.
2.3.2.

Tập mờ
Tập mờ
2.3.2.4. Các dạng hàm phụ thuộc thường dùng
2.3.3.1. Logic mờ
2.3.3.2. Biến ngôn ngữ
2.3.3.3. Suy luận mờ.
2.3.3.4. Mờ hóa và giải mờ
2.3.3.5. Hệ thống chuyên ra mờ
2.3.3. Các phép tính logic với tập mờ (Logic mờ)
CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
3.1.
3.1.
GIẢ THIẾT KHOA HỌC VỀ CHẨN ĐOÁN CHẤT
GIẢ THIẾT KHOA HỌC VỀ CHẨN ĐOÁN CHẤT
LƯỢNG LÀM VIỆC NHÓM P-X-X
LƯỢNG LÀM VIỆC NHÓM P-X-X
Khi nghiên cứu chẩn đoán chất lượng làm việc nhóm P-X-
Khi nghiên cứu chẩn đoán chất lượng làm việc nhóm P-X-
X dựa vào thông số áp suất các te, thì thông số chẩn đoán được
X dựa vào thông số áp suất các te, thì thông số chẩn đoán được
quan tâm ở đây là khe hở miệng của Xéc măng khí.
quan tâm ở đây là khe hở miệng của Xéc măng khí.
Quá trình thay đổi khe hở miệng của xéc măng khí:
Quá trình thay đổi khe hở miệng của xéc măng khí:
Những tác động của nhiệt độ, sự tác động tương hỗ của
Những tác động của nhiệt độ, sự tác động tương hỗ của
các lực quán tính, lực khí thể và lực mát gây lên sự hao mòn các
các lực quán tính, lực khí thể và lực mát gây lên sự hao mòn các
chi tiết nhóm P-X-X. Độ mòn này sẽ ảnh hưởng tới trị số khe hở

chi tiết nhóm P-X-X. Độ mòn này sẽ ảnh hưởng tới trị số khe hở
miệng của Xéc măng.
miệng của Xéc măng.
3.2.
3.2.
NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM CHẨN ĐOÁN CHẤT
NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM CHẨN ĐOÁN CHẤT
LƯỢNG LÀM ViỆCNHÓM P-X-X
LƯỢNG LÀM ViỆCNHÓM P-X-X
•
Đối tượng nghiên cứu
của đề tài là động cơ diesel
S1100 (Dong Feng), một loại
động cơ Diesel 4 kỳ, công
suất thiết kế là 16 mã lực ở
số vòng quay 2200 v/ph. Các
thống số kỹ thuật được thể
hiện ở bảng sau:
3.2.1.
3.2.1.
Đối tượng thí nghiệm
Đối tượng thí nghiệm
Động cơ Diesel Dong
Feng S1100A
STT Thông số Kí hiệu Giá trị Đơn vị
1 Kích thước pittông D
pt
99.23 mm
2 Đường kính Xy lanh D
xl

99.7 mm
3 Hành trình pittông S 106.2 mm
4 Tỷ số nén
ε
20
5 Số vòng quay định mức n
e
2200 Vòng/phút
6 Công suất N
e
16
Mã lực
7 Sự tiêu thụ nhiên liệu g
≤250.7 g/kw* h
8 Thể tích bình chứa V
bc
12 L
9 Hiệu suất 11.03
10 Hiệu suất cao nhất 12.73
11 Lượng xả pittông 0.903
12 Kiểu động cơ Làm mát bằng nước – 1 xy lanh – nằm ngang – 4 kỳ
13 Phương pháp đốt cháy Hỗn hợp xoáy trong buồng đốt tự bốc cháy
14 Hệ thống làm mát Đối lưu
15 Hệ thống khởi động Bằng tay
16 Trọng lượng m
đc
155 kg
3.2.2.
3.2.2.
Xây dựng hệ thống đo các thông số chẩn đoán

Xây dựng hệ thống đo các thông số chẩn đoán
Các thông số chẩn đoán cần xác định thông qua đo
lường bao gồm:
- Số vòng quay của trục khuỷu động cơ
- Áp suất Các te.
- Áp suất nén của động cơ
Trong quá trình nghiên cứu thực nghiệm một hệ thống đo đã
được Xây dựng bao gồm: các cảm biến, bộ khuếch đại tín
hiệu, các bộ gom và bộ chuyển đổi A/D, máy tính với phần
mềm Dasylab.
3.2.2.1.
3.2.2.1.
Lựa chọn cảm biến và thiết bị do
Lựa chọn cảm biến và thiết bị do
Thiết bị đo áp suất nén
Vật đích phản
xạ
Điều chỉnh độ nhạy
Đèn chỉ thị hoạt
động
0 V (xanh)
Điều khiển (trắng)
Tín hiệu ra (đen)
12-24 VDC (nâu)
Cảm biến đo số vòng quay
Cảm biến đo áp suất các te
3.2.2.2.
3.2.2.2.
Xây dựng hệ thống đo và phần mềm sử lý
Xây dựng hệ thống đo và phần mềm sử lý

Sơ đồ hệ thống gom và xử lý tín hiệu đo
Worksheet đo trong phần mềm
DasyLab7.0
-
Sơ đồ hệ thống đo
( 2 thông số đồng
thời) và xử lý tín
hiệu được thể hiện
trên hình
-
Phần mền Dasylab
chuyên dùng thu
thập và sử lý số liệu
thí nghiệm
Việc thực nghiệm được tiến hành tại xưởng Khoa Cơ khí
động lực – Trường Đại học sư phạm kỹ thuật Hưng yên. Quy trình
thí nghiệm được tiến hành như sau:
1. Thí nghiệm động cơ ở trạng thái tốt
2. Thí nghiệm động cơ ở trạng tháy lọt khí thứ nhất (khe hở
= 1.5 mm)
3. Thí nghiệm động cơ ở trạng thái lọt khí thứ hai (Khe hở
= 3.0 mm)
3.2.2.3.
3.2.2.3.
Kế hoạch thực nghiệm
Kế hoạch thực nghiệm
3.2.3.
3.2.3.
Xử lý dữ liệu và kết quả thực nghiệm
Xử lý dữ liệu và kết quả thực nghiệm

3.2.3.1.
3.2.3.1.
Phân tích kết quả thực nghiệm
Phân tích kết quả thực nghiệm
3.2.3.2.
3.2.3.2.
Kết luận thực nghiệm đo áp suất Các te và
Kết luận thực nghiệm đo áp suất Các te và
chẩn đoán
chẩn đoán


Áp suất cácte thay đổi theo tốc độ
quay và khe hở Xéc măng
Độ khói thay đổi theo tốc độ quay và
khe hở Xéc măng khí
CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG LOGIC MỜ CHẨN ĐOÁN
CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG LOGIC MỜ CHẨN ĐOÁN
CHẤT LƯỢNG LÀM ViỆC NHÓM P-X-X TRONG ĐỘNG
CHẤT LƯỢNG LÀM ViỆC NHÓM P-X-X TRONG ĐỘNG
CƠ DIESEL S1100 (DONG FENG)
CƠ DIESEL S1100 (DONG FENG)
4.1.
4.1.
PHÂN TÍCH HƯ HỎNG KẾT CẤU VÀ DẤU HiỆU
PHÂN TÍCH HƯ HỎNG KẾT CẤU VÀ DẤU HiỆU
CHẨN ĐOÁN
CHẨN ĐOÁN
1. Phân tích hư hỏng kết cấu Piston
1. Phân tích hư hỏng kết cấu Piston

2. Phân tích hư hỏng Xéc măng
2. Phân tích hư hỏng Xéc măng
3. Phân tích hư hỏng Xy lanh
3. Phân tích hư hỏng Xy lanh
4. Kết luận
4. Kết luận
4.2.1.
4.2.1.
Biến mờ
Biến mờ
Tên biến ngôn ngữ Kiểu biến
Số thứ tự
biến
Đơn vị
Áp suất Các te ở tốc độ thấp
(900v/ph)
Vào 1 Bar
Áp suất Các te ở tốc độ thấp
(1500v/ph)
Vào 2 Bar
Áp suất Các te ở tốc độ thấp
(2000v/ph)
Vào 3 Bar
Chất lượng làm việc nhóm
p-x-x
Ra 4
% Hư hỏng kết cấu
nhóm p-x-x
4.2.
4.2.

ỨNG DỤNG LOGIC MỜ CHẨN ĐOÁN HƯ HỎNG
ỨNG DỤNG LOGIC MỜ CHẨN ĐOÁN HƯ HỎNG
NHÓM P-X-X
NHÓM P-X-X
STT
Khái niệm
Tên khái
niệm
Các thông số hàm phụ thuộc
1
Tốc độ thấp và khe hở tốt
TDT-KH1
0.02 0.02 0.025 0.03
Tốc độ thấp và khe hở thứ
nhất
TDT-KH2
0.0275 0.03 0.035 0.0375
Tốc độ thấp và khe hở thứ
hai
TDT-KH3 0.035 0.0375 0.0425 0.0425
2
Tốc độ trung bình và khe
hở tốt
TDTB-
KH1
0.04 0.04 0.05 0.06
Tốc độ trung bình và khe
thứ nhất
TDTB-
KH2

0.055 0.06 0.07 0.075
Tốc độ trung bình và khe
hở thứ hai
TDTB-
KH3
0.07 0.075 0.085 0.085
3
Tốc độ trung bình và khe
hở tốt
TDC-KH1 0.08 0.08 0.10 0.12
Tốc độ trung bình và khe
thứ nhất
TDC-KH2 0.11 0.12 0.14 0.15
Tốc độ trung bình và khe
hở thứ hai
TDC-KH3 0.14 0.15 0.17 0.17
4
Mới T 80 90 100 100
Khá K 60 70 80 90
Bình thường BT 40 50 60 70
Xấu X 20 30 40 50
Hỏng H 0 0 20 30
α
β
γ
δ
Các biến vào và biến ra
được định nghĩa rõ ràng thông qua
các khái niệm với các giá trị cụ thể
theo bảng trên. Các kí hiệu dùng

phải đảm bảo dễ dàng nhận biết khi
viết tắt, các thông số hàm phụ thuộc
chọn theo dạng hình thang với các
đặc điểm đặc trưng là: Mỗi biến vào
được chọn từ 3-5 tập mờ con, biến
ra được chọn với 5 tập mờ con.
Bảng xác định biến mờ
4.2.2.
4.2.2.
Cơ sở tri thức
Cơ sở tri thức
α
β
γ
δ
Xác định khái niệm đối với các biến độc lập và đưa chúng vào tập mờ
tương ứng bằng cách định nghĩa trực tiếp các hàm bằng đồ thị:
phân khoảng mờ đối với biến ngôn ngữ “hư
hỏng kết cấu nhóm p-x-x”
Sự phân khoảng mờ đối với biến ngôn ngữ
“áp suất Các te ở tốc độ trung bình”
Sự phân khoảng mờ đối với biến ngôn
ngữ “áp suất Các te ở tốc độ thấp”
Sự phân khoảng mờ đối với biến ngôn
ngữ “áp suất Các te ở tốc độ cao”
α
β
γ
δ
Weight là trọng số của các

yếu tố tùy thuộc vào mục đích chẩn
đoán, thường chọn theo kinh
nghiệm, và dựa vào các đặc điểm:
hư hỏng, kinh tế, kỹ thuật và độ tin
cậy.
Trọng số để đánh giá trong
bài này là độ tin cậy của các tập
luật trong suy luận logic, dùng để
xây dựng các tập luật.
Luật IF - THEN được xây dựng
theo bảng sau:
Bảng luật phù hợp
STT
Áp suât
Các te ở
tốc độ
thấp
Áp suất Các
te ở tốc độ
trung bình
Áp suất Các
te ở tốc độ
cao
Hư hỏng
nhóm p-x-x
Trọng
số
1 TDT-KH1
TDTB-KH1 TDC-KH1 T
1

2 TDT-KH1
TDTB-KH1 TDC-KH2 T
0.9
4
TDT-KH1 TDTB-KH2 TDC-KH1 T
0.9
4 TDT-KH2
TDTB-KH1 TDC-KH1 T
0.9
5 TDT-KH1
TDTB-KH2 TDC-KH2 K
0.9
6
TDT-KH2 TDTB-KH2 TDC-KH1 K
0.9
7 TDT-KH2
TDTB-KH1 TDC-KH2 K
0.9
8 TDT-KH2
TDTB-KH2 TDC-KH2 BT
1
9
TDT-KH2 TDTB-KH2 TDC-KH3 BT
0.9
10 TDT-KH2
TDTB-KH3 TDC-KH2 BT
0.9
11 TDT-KH2
TDTB-KH3 TDC-KH3 X
0.9

12
TDT-KH3 TDTB-KH3 TDC-KH2 X
0.9
13
TDT-KH3 TDTB-KH3 TDC-KH3 H
1
4.2.3.
4.2.3.


Bảng luật phù hợp
Bảng luật phù hợp
α
β
γ
Phần mềm fuzzy trong toolbox của Matlap gồm 5 phần
chính được bắt đầu từ màn hình soạn thảo:
- FIS Editor: nhập số lượng biến vào,
ra.
- Membership Funtion Editor: xây dựng
các biến vào, ra.
- Ruler Editor: xây dựng các luật điều
khiển.
- Ruler View: cho ra kết quả ứng với
các giá trị đầu vào.
- Surface View: quan hệ giữa các biến
vào, ra thông qua luật điều khiển.
Ứng dụng fuzzy trong toobox
của Matlab
4.2.4.

4.2.4.


Ứng dụng Fuzzy Logic trong phần mềm Matlab
Ứng dụng Fuzzy Logic trong phần mềm Matlab
α
β
γ
δ
Kích chuột vào từng biến vào và
biến ra trên màn hình chính để
đặt tên các biến.
Sau khi đặt tên các biến màn
hình soạn thảo sẽ có dạng sau:
Các biến đầu vào: Pcacte-TDT,
Pcacte-TDTB, Pcacte-TDC.
Biến ra : HHKC-
Nhom(p-x-x)
Giao diện xác định số biến vào và biến
ra để chẩn đoán chất lượng làm việc
của nhóm P-X-X
4.2.4.1.
4.2.4.1. Nhập số lượng biến vào, ra