Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: 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

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:105

Thêm vào BST

Báo xấu

37
lượt xem 9
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của luận văn nhằm nghiên cứu sự thay đổi trạng thái kỹ thuật của hệ thống cung cấp nhiên liệu Diesel trong quá trình khai thác và ứng dụng lý thuyết tập mờ trong việc nâng cao hiệu quả của việc chẩn đoán, dự báo sự thay đổi tình trạng kỹ thuật của hệ thống cung cấp nhiên liệu Diesel. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: 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 và thiết bị cơ giới hoá nông 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 quá trình nghiên cứu và thực hiện luận văn tốt nghiệp cao học tôi đã nhận được sự quan tâm, giúp đỡ của nhiều tập thể và cá nhân. Hoàn thành luận văn, tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu xắc nhất. Tôi xin trân trọng cảm ơn PGS. TS Nguyễn Nhật Chiêu đã trực tiếp tận tình hướng dẫn tôi thực hiện luận văn tốt nghiệp trong suốt thời gian qua. Trân trọng cảm ơn Ban giám hiệu cùng toàn thể cán bộ, giáo viên, công nhân viên chức Trường Đại học Lâm nghiệp đã giúp đỡ, tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất để tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp của mình đúng thời gian và nội dung đảm bảo theo đúng yêu cầu. Trân trọng cảm ơn Ban giám hiệu cùng toàn thể cán bộ, giáo viên, công nhân viên chức Trường Cao đẳng nghề LILAMA-1 Ninh Bình, nơi tôi đang công tác, đã động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất để tôi hoàn thành tốt nhiệm vụ. Cuối cùng, tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình cùng bạn bè, đồng nghiệp đã thường xuyên động viên khích lệ, giúp đỡ tôi và tạo mọi điều kiện tốt nhất về tinh thần cũng như vật chất cho tôi trong suốt thời gian qua. Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi. Những kết quả trong luận văn này đã được tính toán chính xác, trung thực và chưa có tác giả nào công bố, những nội dung tham khảo, trích dẫn trong luận văn đều được chỉ 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 các bảng ........................................................................................... v Danh mục các hình ........................................................................................... vi ĐẶT VẤN ĐỀ ............................................................................................................ 1 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ........................................ 3 1.1. Tình hình nghiên cứu về chẩn đoán trạng thái kỹ thuật hệ thống nhiên liệu động cơ Diesel ........................................................................................ 3 1.2.Tình hình nghiên cứu, ứng dụng lý thuyết mờ trong chẩn đoán ............. 5 1.2.1. Ứng dụng lý thuyết tập mờ trong chẩn đoán trên thế giới .............. 5 Chương 2 MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI ...................................................................... 7 2.1.Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................ 7 2.2. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu .............................................................. 7 2.2.1. Đối tượng nghiên cứu ...................................................................... 7 2.2.2. Phạm vi nghiên cứu. ........................................................................ 7 2.3. Nội dung nghiên cứu .............................................................................. 7 2.4. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................ 7 Chương 3 CHẨN ĐOÁN KỸ THUẬT VÀ LÝ THUYẾT TẬP MỜ ................. 10 3.1.Chẩn đoán kỹ thuật ................................................................................ 10 3.1.1. Mục đích, ý nghĩa của chẩn đoán kỹ thuật .................................... 10 3.1.2.Các khái niệm và định nghĩa trong chẩn đoán kỹ thuật................. 10 3.1.3 Các phương pháp chẩn đoán: ........................................................ 14 3.1.4. Sơ đồ quá trình chẩn đoán............................................................. 15
iii 3.1.5. Cơ sở lý thuyết logic trong chẩn đoán và 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 trên mờ ................................................................... 21 3.2.3. Biến ngôn ngữ và giá trị của nó .................................................... 24 3.2.4.Luật hợp thành mờ .......................................................................... 25 3.2.5.Giải mờ ........................................................................................... 28 Chương 4 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 cơ Diesel ..................... 34 4.1.1. Yêu cầu của hệ thống cung cấp nhiên liệu. ................................... 34 4.1.2. Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu............................................... 34 4.1.3. Các bộ phận chính của hệ thống cung cấp nhiên liệu................... 35 4.2. Sự thay đổi trạng thái kỹ thuật của hệ thống cung cấp nhiên liệu ....... 39 4.2.1. Những hư hỏng của hệ thống cung cấp nhiên liệu thấp áp........... 39 4.2.2. Hư hỏng của bơm cao áp............................................................... 40 4.2.3. Hư hỏng của vòi phun.................................................................... 43 4.2.4. Một số dấu hiệu hư hỏng thường gặp trong hệ thống nhiên liệu .. 45 Chương 5 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 thông số chẩn đoán ................................................................ 50 5.2.3. Mờ hoá các thông số chẩn đoán và 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 cơ diesel trên xe tải cỡ nhỏ ................................................................. 60 5.3.1. Giới thiệu phần mềm matlab. ........................................................ 60 5.3.2. Soạn thảo các biến vào - ra. .......................................................... 62 5.3.3. Thuật toán hệ mờ chẩn đoán hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ Diesel. ...................................................................................................... 71 5.3.4. Luật điều khiển – tri thức chẩn đoán tình trạng kỹ thuật của hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ Diesel. ............................................. 72 5.3.5. Chọn thiết bị hợp thành ................................................................ 75 5.3.6. Tổng hợp kết quả .......................................................................... 76 5.4. Kiểm chứng sự phù hợp của hệ mờ và đối tượng ................................ 78 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................ 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC
v DANH MỤC CÁC BẢNG TT Tên bảng Trang 3.1 Bảng chân lý mệnh đề hợp thành trong logic kinh điển 25 4.1 Lượng cấp nhiên liệu chu trình tiêu chuẩn 37 4.2 Độ không đồng đều cho phép đối với lượng nhiên liệu cấp cho 39 chu trình của các tổ bơm trong cùng một bộ bơm cao áp không quá …%) 5.1 Tổng hợp các thông số chẩn đoán và thông số kết cấu 53 5.2 Giá trị ngôn ngữ của các thông số chẩn đoán và thông số kết cấu 56 5.3 Ma trận chẩn đoán hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ diesel 58 5.4 Ma trận chẩn đoán logic mờ của hệ thống cung cấp nhiên liệu 60 động cơ diesel. 5.5 Biến mờ đánh giá hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ diesel 63 5.6 Tập mờ ngôn ngữ của biến công suất động cơ 64 5.7 Tập mờ ngôn ngữ của biến tiêu thụ nhiên liệu 64 5.8 Tập mờ ngôn ngữ của biến thành phần và màu sắc khí xả 65 5.9 Tập mờ ngôn ngữ của biến nhiệt độ động cơ 66 5.10 Tập mờ ngôn ngữ của biến tiếng gõ động cơ 66 5.11 Tập mờ ngôn ngữ biến mòn piston, xylanh 67 5.12 Tập mờ ngôn ngữ của biến van triệt hồi 68 5.13 Tập mờ ngôn ngữ của biến vòi phun 68 5.14 Tập mờ ngôn ngữ của biến áp suất phun 69 5.15 Tập mờ ngôn ngữ của biến áp suất phun. 70 5.16 Tập mờ ngôn ngữ của biến độ không đồng đều 70 5.17 Các giá trị đo được trên xe thử 80 5.18 Kết quả đánh giá theo thực tế và chương trình 81 5.19 Các giá trị đo được trên xe thử 81 5.20 Kết quả đánh giá theo thực tế và chương trình 82 5.21 Các giá trị đo được trên xe thử 82 5.22 Kết quả đánh giá theo thực tế và chương trình 82
vi DANH MỤC CÁC HÌNH TT Tên hình Trang 3.1 Tương quan giữa thông số kết cấu và thời gian làm việc 12 3.2 Sơ đồ công nghệ và mục đích chẩn đoán 16 3.3 Hàm thuộc của tập hợp hai tập hợp có cùng không gian nền 22 3.4 Hàm thuộc của giap hai tập hợp có cùng không gian nền 23 3.5 Tập bù mạnh Ac của tập mờ A 24 3.6 Mô tả các giá trị ngôn ngữ bằng tập mờ 24 3.7 Minh họa quy tắc hợp thành 27 3.8 Giải mờ bằng 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 cơ Diesel 34 5.1 Sơ đồ các 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 chính của fuzzy 61 5.6 Màn hình soạn thảo Biến từ sub-menu Add Variable 62 5.7 Biến mờ công suất động cơ 64 5.8 Biến mờ tiêu thụ nhiên liệu 64 5.9 Biến mờ thành phần và màu sắc khí xả 65 5.10 Biến mờ nhiệt độ động cơ 66 5.11 Biến mờ tiếng gõ động cơ 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 đều 71 5.18 Hệ mờ chẩn đoán tình trạng kỹ thuật hệ thống cung cấp nhiên 71 liệu động cơ Diesel 5.19 Màn hình soạn thảo luật điều khiển từ sup-menu Rule 75 5.20 Quan hệ giữa độ giảm công suất và tăng lượng tiêu hao nhiên 76 liệu với độ mòn piston- xylanh 5.21 Quan hệ giữa mức tiêu hao nhiên liệu và tiếng gõ động cơ với 77 sự sai lệch góc phun 5.22 Quan hệ giữa mức tiêu hao nhiên liệu với sự sai lệch áp suất 77 phun 5.23 Màn hình hiển thị kết quả chẩn đoán trên rule 78 5.24 Thiết bị chẩn đoán trạm 80 5.25 Thực nghiệm đo khí xả, nhiệt độ động cơ 81
1 ĐẶT VẤN ĐỀ Trong những năm gần đây, công tác chẩn đoán, bảo dững sửa chữa đã thay đổi nhiều. Lý do của sự thay đổi này là kỹ thuật và công nghệ phát triển dẫn tới sự đa dạng về chủng loại, số lượng và chất lượng của các loại máy móc trên các phương tiện vận tải. Công suất của máy móc tăng lên nhiều, máy móc phức tạp hơn, phạm vi ứng dụng cũng rộng rãi hơn và được ứng dụng tại nhiều quốc gia, tính toàn cầu hóa ngày càng cao dẫn tới các thay đổi về quan niệm và cách thức tổ chức, tiến hành chẩn đoán, bảo dưỡng sửa chữa. Sự thay đổi này thể hiện ở những kiến thức mới về chẩn đoán, bảo dưỡng sửa chữa, đòi hỏi máy móc thiết bị làm việc an toàn hơn với con người, độ chính xác của các quyết đinh chẩn đoán và đảm bảo những yêu cầu về chất lượng chẩn đoán, bảo dưỡng sửa chữa, về tổ chức sửa chữa và giá thành sửa chữa. Mặt khác những tiêu chuẩn về chẩn đoán, bảo dưỡng sửa chữa ngày càng khắt khe cũng như các phương tiện và cách tiếp cận về chẩn đoán, bảo dưỡng sửa chữa cũng thay đổi đáng kể trong thời gian gần đây. Phương pháp chẩn đoán sửa chữa dựa trên ứng dụng lý thuyết tập mờ ngày càng được sử dụng rộng rãi ở các nước trên thế giới bởi các lý do: Thứ nhất: xác định được các sai hỏng của các hệ thống trên xe, các bộ phận chi tiết trong động cơ mà không phải tháo rời các hệ thống, các bộ phận, chi tiết; Thứ hai: Độ chính xác của các quyết định chẩn đoán không phụ thuộc nhiều vào các yếu tố như kinh nghiệm của người thợ, sức khỏe và các yếu tố khách quan (môi trương, nhiệt độ, ...); Thứ ba: Giảm chi phí sửa chữa.
2 Từ những lý do trên việc đưa những ứng dụng tin học vào trong lĩnh vực chẩn đoán ở nước ta là một nhu cầu ngày càng trở lên cấp thiết đòi hỏi một sự quan tâm, nghiên cứu, xây dựng những hệ thống trợ giúp trong lĩnh vực chẩn đoán... Với mong muốn ứng dụng những tiện ích của lý thuyết tập mờ trong công tác chẩn đoán, chúng tôi thực hiện đề tài “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”. Đề tài đi sâu tìm hiểu bài toán ứng dụng lý thuyết mờ để chẩn đoán tình trạng kỹ thuật của hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ Diesel trên xe tải cỡ nhỏ. * Ý nghĩa khoa học của đề tài: Hoàn thiện phương pháp ứng dụng lý thuyết tập mờ vào công tác chẩn đoán trạng thái kỹ thuật hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ Diesel trên xe tải cỡ nhỏ. * Ý nghĩa thực tiễn của đề tài: Kết quả nghiên cứu của đề tài giúp xác định tình trạng kỹ thuật của hệ thống cung cấp nhiên liệu trong động cơ Diesel mà không phải tháo rời các chi tiết, tiết kiệm rất nhiều công sức, đảm bảo độ tin cậy, tính kinh tế.
3 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Tình hình nghiên cứu về chẩn đoán trạng thái kỹ thuật hệ thống nhiên liệu động cơ Diesel Trong quá trình khai thác sử dụng tính năng kỹ thuật của các hệ thống, các bộ phận chi tiết trong động cơ Diesel thay đổi dần theo hướng xấu đi, mà trong đó hệ thống cung cấp nhiên liệu là một trong những hệ thống quan trọng chịu sự biến đổi xấu đó. Xác định sự thay đổi trạng thái kỹ thuật đó mà không phải tháo rời là một trong những nhiệm vụ quan trọng của chẩn đoán kỹ thuật. Quá trình thay đổi trạng thái kỹ thuật của hệ thống cung cấp nhiên liệu thường diễn ra liên tục dưới tác động của một số nguyên nhân trong quá trình làm việc: - Ảnh hưởng của điều kiện làm việc: nhiệt độ, áp suất cao, làm việc trong thời gian dài làm tăng độ mài mòn, suy giảm độ bền đối với các bộ phận như bơm cao áp, vòi phun… - Ảnh hưởng của điều kiện sử dụng: Môi trường sử dụng , nhiệt độ, độ ẩm, bụi bẩn… và trình độ sử dụng là muốn nói đến yếu tố tác động của con người, sự hiểu biết của người sử dụng. - Ảnh hưởng của công nghệ, thiết kế và chế tạo: vật liệu, tính chính xác ảnh hưởng lớn đến trạng thái kỹ thuật của các chi tiết, bộ phận, việc thiết kế phải đảm bảo đơn giản tối ưu, thích hợp với việc bảo dưỡng và sửa chữa. Từ những nguyên nhân trên, theo từng nguyên nhân mà mức độ hư hỏng có khác nhau nhưng chắc chắn rằng hư hỏng xảy ra trong quá trình sử dụng là không thể tránh khỏi. Công tác chẩn đoán kỹ thuật có thể đánh giá đúng tình trạng kỹ thuật của động cơ và các bộ phận chi tiết của nó, có khả năng dự báo chính xác những hư hỏng hoặc những sự cố có thể xảy ra, từ đó định ra các
4 chế độ bảo dưỡng sửa chữa thích hợp đảm bảo tuổi thọ, độ tin cậy cho động cơ và các bộ phận của nó. Hiện nay việc chẩn đoán kỹ thuật đang được áp dụng ở nước ta với mức độ thấp, chỉ có một vài liên doanh lắp ráp và sửa chữa ô tô có cầu chẩn đoán hoàn chỉnh; ở phần lớn các cơ sở sửa chữa, việc chẩn đoán dựa vào các thiết bị chẩn đoán đơn lẻ, không đồng bộ và việc xử lý các thông tin để đưa ra kết luận chẩn đoán hoàn toàn dựa vào chuyên gia. Độ chính xác của quyết định chẩn đoán phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm của chuyên gia, nếu chuyên gia có nhiều kinh nghiệm thì chẩn đoán gần đúng hơn và ngược lại, nếu chuyên gia ít kinh nghiệm thì chẩn đoán dễ sai hơn. Việc đưa những ứng dụng tin học vào trong lĩnh vực chẩn đoán (hệ chuyên gia) là một nhu cầu thực tế ngày càng trở nên cấp thiết. Các hệ chuyên gia trợ giúp chẩn đoán đang có sức thu hút bởi hai lý do chính: Thứ nhất, đó là những chương trình hữu ích và tiện lợi đáp ứng được nhu cầu thực tế; Thứ hai bởi tính khả thi của chúng. Tính hấp dẫn của một hệ chuyên gia trợ giúp chẩn đoán thường dựa trên khả năng sẵn sàng thích ứng của nó. Đối với con người cần phải nghỉ ngơi, làm việc với mức độ và thời gian nhất định, thì hệ chuyên gia có thể làm việc bất cứ lúc nào và không hạn chế thời gian. Tri thức của con người có giới hạn, phụ thuộc trình độ chuyên môn của họ và có thể bị mất đi; nhưng khó mà lấy đi vĩnh viễn tri thức của hệ chuyên gia, nó có thể dễ dàng sao chép lưu trữ và tri thức của hệ chuyên gia có thể tổ hợp được tri thức của rất nhiều chuyên gia giỏi trong lĩnh vực nghiên cứu. Hơn nữa, chuyên gia người cần một thời gian dài mới trở thành chuyên gia trong một số lĩnh vực nhất định và việc đào tạo mới là rất khó và mất nhiều thời gian. Nhu cầu thực tế đòi hỏi một sự quan tâm nghiêm túc, xây dựng những hệ chuyên gia trợ giúp trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: quản lý kinh tế, kiến trúc, khám chữa bệnh, chẩn đoán kỹ thuật…
5 Trở lại vấn đề xây dựng một hệ chuyên gia trợ giúp chẩn đoán ta thấy: Trong thực tế, khi chẩn đoán các chuyên gia thường sử dụng những đánh giá chủ quan hoặc trực giác, họ không thể luôn đưa ra được những chẩn đoán đúng hoặc nhiều lúc họ không thể giải thích vì sao họ đã đưa ra những kết luận như vậy. Kết quả của những phân tích chẩn đoán thường được ước lượng với một cách tuỳ ý. Lượng thông tin duy nhất có thể chỉ là những nhận xét theo kinh nghiệm của các chuyên gia, ví dụ “Bơm xăng kém” “ Xe này còn tốt” “ Kim phun bị hỏng rồi”…. Vấn đề đặt ra là liệu có thể xây dựng một hệ chuyên gia có khả năng xử lý những thông tin đó không? nhược điểm chính trong khi chẩn đoán là ở ranh giới giữa các hỏng hóc thì các chuyên gia không ít nhiều đều phụ thuộc vào kinh nghiệm thực tiễn, thường hay xảy ra những sai lầm trong những chẩn đoán và điều trị những hư hỏng thuộc biên. Đối với những trường hợp biên ( khó chẩn đoán rõ ràng), lý thuyết tập mờ cung cấp những công cụ thích hợp và rất gần thực tế. 1.2.Tình hình nghiên cứu, ứng dụng lý thuyết mờ trong chẩn đoán 1.2.1. Ứng dụng lý thuyết tập mờ trong chẩn đoán trên thế giới Năm 1965, giáo sư Lofit A. Zadeh [14] đã đưa ra ý tưởng xây dựng cơ sở tính toán cho suy luận mờ và lý thuyết mờ do ông đề ra đã được trình bày trong nhiều tài liệu và sẽ được ứng dụng để xây dựng lên mô hình trợ giúp chẩn đoán kỹ thuật nói trên.Việc sử dụng lý thuyết này có những ưu điểm sau: - Cho phép sử dụng các thông tin định tính, dạng ngôn ngữ - Sử dụng logic suy diễn gắn liền với tri thức con người. Kể từ đó logic mờ và công nghệ mờ phát triển mạnh mẽ, trong đó phải kể đến dự án LIFE ( the Laboatry for International Fuzzy Enginneering) 1989 – 1995 do giáo sư T.Terano ( Tokyo Institute of Technology - Japan) điều hành [15]
6 Những ứng dụng đầu tiên về điều khiển mờ của nhóm tác giả Mandani và Assklian năm 1974 [16]. Tiếp đó logic mờ được ứng dụng cho điều khiển lo nung xi măng của Larsen (1980) [17] ; quản lý bãi đỗ xe của Sugeno (1984) [18]; điều khiển nhà máy nước của Yagshita (1985) [19]; điều khiển hệ thống giao thông ngầm, quản lý thang máy của Fụitec (1988) [20]; điều hiển hệ thống năng lượng và phản ứng hạt nhân của Bernard (1988); điều khiển máy bay trực thăng của Sugeno ( 1990) [21]… - Ứng dụng lý thuyết tập mờ trong chẩn đoán trong nước. Hiện nay ở nước ta các hệ chẩn đoán dựa trên cơ sở logic mờ đã và đang được nghiên cứu như công trình xây dựng hệ chuẩn đoán bệnh nhiệt đới của viện công nghệ thông tin quốc gia. Đề tài “ứng dụng lý thuyết mờ chẩn đoán trạng thái kỹ thuật hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ Diesel trên xe tải cỡ nhỏ”, nhằm xác định tình trạng kỹ thuật của hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ Diesel mà không phải tháo rời các chi tiết, tiết kiệm rất nhiều công sức và tốn phí lao động, đảm bảo độ tin cậy, tính kinh tế và khả năng khai thác sử dụng tốt nhất. Với mong muốn tìm tòi những khả năng mới của khoa học có ích cho thực tế, đề tài đi sâu tìm hiểu bài toán ứng dụng lý thuyết mờ để chẩn đoán tình trạng kỹ thuật của hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ Diesel, và xây dựng phần mềm với một đối tượng cụ thể là hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ Diesel.
7 Chương 2 MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 2.1.Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu sự thay đổi trạng thái kỹ thuật của hệ thống cung cấp nhiên liệu Diesel trong quá trình khai thác và ứng dụng lý thuyết tập mờ trong việc nâng cao hiệu quả của việc chẩn đoán, dự báo sự thay đổi tình trạng kỹ thuật của hệ thống cung cấp nhiên liệu Diesel. 2.2. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu 2.2.1. Đối tượng nghiên cứu - Những hư hỏng trong hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ Diesel trên xe tải Vinaxuki cơ nhỏ. - Phương pháp chẩn đoán hư hỏng hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ Diesel dùng logic mờ 2.2.2. Phạm vi nghiên cứu. Hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ Diesel trên xe tải nhỏ 2.3. Nội dung nghiên cứu Tìm hiểu khả năng ứng dụng lý thuyết tập mờ trong công tác chẩn đoán nói chung. Tìm hiểu sự biến đổi trạng thái kỹ thuật của hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ Diesel trong quá trình khai thác, và khả năng biểu thị chúng bằng thông tin mờ. Xây dựng mô hình hệ luật trợ giúp chẩn đoán tình trạng kỹ thuật của hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ Diesel dựa vào lý thuyết tập mờ. 2.4. Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết, thực nghiệm kiểm chứng và mô phỏng trên máy tính.
8 Trong rất nhiều vấn đề vần khảo sát, nghiên cứu khi mà đối tượng không thể mô tả bởi một mô hình toán học hoặc có thể mô tả được song mô hình của nó quá phức tạp, cồng kềnh, khó ứng dụng, thì logic mờ( fuzzy logic) lại chiếm ưu thế rõ rệt. Trong khai thác hệ thống nhiên liệu Diezen, người sử dụng thường chỉ dựa vào kinh nghiệm để điều khiển quá trình công tác của động cơ. Khi một yếu tố khai thác nào đó thay đổi làm suy giảm các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của động cơ, người sử dụng không hoàn toàn dựa trên mô hình toán học để khai thác động cơ mà dựa trên kinh nghiệm của mình để làm điều đó. Kinh nghiệm được rút ra từ các hiện tượng đã xảy ra, nhưng rõ ràng chỉ được đúc rút đúng khi người sử dụng có kiến thức cơ bản (tức các mô hình toán). Như vậy, bằng tư duy logic của con người, kiến thức cơ bản và các mô hình toán học, cơ sở khoa học của tính toán thiết kế đã được mềm hoá rất nhiều, không còn là các phường trình, các con số hoặc hệ số …. Mà trở thành một hệ thống suy diễn với mức độ định lượng một cách tương đối. Nhưng dù thế đi nữa, các chỉ tiêu kinh tế chất lượng như : an toàn, tốt, tiết kiệm… vẫn được duy trì. Để đánh giá trạng thái kỹ thuật của hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ Diesel, luận văn ứng dụng logic mờ trong công tác chẩn đoán, cũng dựa trên cơ sở kinh nghiệm thực tế để xây dựng hệ tri thức chẩn đoán hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ Diesel trên cơ sở logic mờ. Nghiên cứu hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ Diesel bằng logic mờ đòi hỏi một số nội dung cụ thể sau: - Phân tích đối tượng, các yếu tố ảnh hưởng đến trạng thái kỹ thuật của hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ Diesel; - Lựa chọn tập các thông số quan trọng và khả năng sử dụng các thông số đó cho công tác chẩn đoán; - Xây dựng hệ thống mờ đánh giá đối tượng bằng tập dữ liệu “ Vào - Ra”
9 - Xây dựng các luật điều kiển mờ từ các dữ liệu khai thác thực tế; - Tổng hợp hệ thống mờ với các luật điều khiển mờ để đưa ra mối quan hệ phụ thuộc giữa các biến “ Vào – Ra ” nhằm định lượng mối quan hệ đó; - Kiểm nghiệm thực tế để đánh giá sự phù hợp và mức độ chính xác của hệ thống.
10 Chương 3 CHẨN ĐOÁN KỸ THUẬT VÀ LÝ THUYẾT TẬP MỜ 3.1.Chẩn đoán kỹ thuật 3.1.1. Mục đích, ý nghĩa của chẩn đoán kỹ thuật Mục đính của chẩn đoán kỹ thuật là một hình thức tác động kỹ thuật vào quá trình khai thác sử dựng nhằm đảm bảo cho máy hoạt động có độ tin cậy, an toàn và hiệu quả cao bằng cách phát hiện và dự báo kịp thời các hư hỏng và tình trạng kỹ thuật hiện tại của máy. Ý nghĩa của chẩn đoán kỹ thuật là phát hiện kịp thời và dự đoán trước được các hư hỏng có thể xẩy ra, nâng cao tính tin cậy và an toàn của máy; Nâng cao độ bền lâu, giảm chi phí về phụ tùng thay thế, giảm được độ hao mòn các chi tiế do không phải tháo rời các tổng thành; Giảm được tiêu hao nhiên liệu, dầu nhờn do kịp thời điều chỉnh các bộ phận đưa về trạng thái tôi ưu; Giảm giờ công lao động cho công tác bảo dưỡng kỹ thuật và sửa chữa. 3.1.2.Các khái niệm và định nghĩa trong chẩn đoán kỹ thuật 3.1.2.1.Các định nghĩa cơ bản Hệ thống chẩn đoán : Là hệ thống tổ chức được tạo nên bởi công cụ chẩn đoán và đối tượng chẩn đoán với mục đích xác định trạng thái kỹ thuật của đối tượng chẩn đoán. Qua việc xác định trạng thái kỹ thuật tức thời có thể đánh giá chất lượng hiện trạng những sự cố đã xẩy ra và khả năng sử dụng trong tương lai Công cụ chẩn đoán : Là tập hợp các trang bị kỹ thuật, phương pháp và trình tự để tiến hành phân tích và đánh giá tình trạng kỹ thuật. Công cụ chẩn đoán có thể là trang bị kỹ thuật có sẵn của đối tượng chẩn đoán, hay là các trang bị độc lập. Nó có thể là cảm nhận của con người, sự phân tích đánh giá của các chuyên gia, các cảm biến có sẵn, các bộ vi xử lý, các phần mềm tính toán, các màn hình hoặc tín hiệu giao diện…
11 Đối tượng chẩn đoán: Là đối tượng áp dụng chẩn đoán kỹ thuật. Đối tượng chẩn đoán có thể là một cơ cấu, tập hợp các cơ cấu, hay toàn bộ hệ thống phức hợp. Tình trạng kỹ thuật của đối tượng: Là tập hợp các đặc tính kỹ thuật bên trong tại một thời điểm, biểu thị chức năng yêu cầu của đối tượng trong những điều kiện sử dụng xác định. 3.1.2.2.Thông số kết cấu Số lượng các tổng thành, các hệ thống, các khâu và từng chi tiết trong động cơ rất lớn. Chúng được chế tạo theo các bản vẽ có kích thước và dung sai quy định, có các yêu cầu kỹ thuật cụ thể. Tất cả các chi tiếp lắp thành nhóm, cụm, tổng thành được gọi là kết cấu. Mỗi đối tượng có kết cấu cụ thể, đảm nhiệm một chức năng cụ thể. Kết cấu được đánh giá bằng các thống số kết cấu và tại một thời điểm nhất định được gọi là Thông số trạng thái kỹ thuật của kết cấu. Các thông số kết cấu (ký hiệu là H) biểu thị bằng các đại lượng vật lý, thông qua giá trị có thể xác định được chúng: kích thước (độ dài, diện tích thể tích) ; cơ (lực, áp suất, tần số, biên độ); nhiệt (độ, calo), điện (điện trở, cường độ, điện áp…) Trong quá trình sử dụng các thông số kết cấu biến đổi từ giá trị ban đầu H0 đến giá trị giới hạn Hgh ( tức là mới đến hỏng ), là hàm số tương quan với thời gian làm việc. Mối tương quan này có thể biểu thị trên hình 3.1. Trong đó - H0 : Là giá trị của thống số kết cấu đã được tính toán theo yêu cầu kỹ thuật do nhà chế tạo quy định, thường ghi trong bản vẽ trong các tài liệu hướng dẫn. Trong quá trình sử dụng các thông số kết cấu có thể tăng hoặc giảm dẫn đến trạng thái kỹ thuật xấu đi, cuối cùng là hỏng. Trong khai thác H0 thường được lấy làm giá trị gốc để đánh giá mức độ xấu đi của đối tượng