基于Petri网的液压马达故障诊断*

文斌

(浙江同济科技职业学院，浙江杭州 311231)

基于Petri网的液压马达故障诊断*

文斌

(浙江同济科技职业学院，浙江杭州 311231)

针对液压马达故障诊断中特征提取的瓶颈问题，提出一种基于Petri网的液压马达故障诊断方法。以叶片式液压马达为例，分析液压马达常见的故障及原因，利用Petri网的知识表示方法提取故障征兆和故障原因，建立基于petri网的液压马达故障诊断模型，经过Petri推理，结果表明该方法是有效的。

液压马达;故障诊断;诊断模型;Petri网

1 引言

液压系统广泛用于现代化的机械设备中，具有良好的控制性和工艺适应性。液压设备的结构越复杂、自动化程度越高，发生故障的可能性越大，对生产造成的危害也越大。如何快速准确诊断液压设备的故障，成为制约生产的关键因素［1］。

目前液压设备的故障诊断方法主要有:专家系统、神经网络、灰色理论［2］等方法。由于Petri网能够图形化地表达系统的模型，且能实现知识推理，同时具有类似神经网络的自我学习能力，近几年得到了较大的发展。其更能适应液压设备故障突发性、多样性、复杂性的特点，具有广阔的应用前景。

笔者提出了一种基于petri网的液压马达故障诊断方法，进行故障元件的建模。由于Petri网模型具有快速准确、适应性强、稳定性好的特点，系统构建相对简便，容错能力较强，能够适应大规模液压系统中更加复杂的故障情形。

2 Petri网理论基础［3-4］

2.1 Petri的定义

Petri网起源于1962年Carl Adam Petri(德国)的博士论文，Petri网是一种可用图形表示的组合模型，同时又是严格定义的数学对象，借助于数学开发的Petri网分析方法和技术既可以用于静态结构分析，又可用于动态行为分析。它以网理论为基础描述系统中离散事件之间的逻辑关系，以代数矩阵运算演绎系统中同时发生、次序发生的各种动态活动。

式中:P为N的库所(place)集;T为变迁(transition)集;F为流关系(flow relation);∅表示空集;“×”号表示两集合的笛卡儿乘积运算。

令X=P∪T叫做N的元素集。dom(F)是F所含有序偶的第1个元素所成的集合;cod(F)是F所含有序偶第2个元素的集合，即

网的图形表示是用“d”表示库所，用“|”表示变迁，用从节点χ到y的有向弧(箭头)表示有序偶(χ，y)。如果有向弧是从库所到变迁，则称库所是输入库所，变迁是库所的输出变迁;反之，如果有向弧是从变迁到库所，则称库所是变迁的输出库所，变迁是库所的输入变迁。

2.2 Petri的矩阵描述

式中:w(p，t)为从库所p到变迁t的有向弧的权值(通常为l);(p，t)∈F表示从p到t存在有向通路。

网络标识向量M用于表示库所中托肯标识情况，“1”表示相应的库所中存在托肯，“0”表示没有托肯。Petri网的初始标记状态用初始标记向量M0表示。点火向量U用于表示变迁的点火情况。Petri网的动态行为过程可用如下状态方程描述，它反映了系统的状态变化M=M0+CU。

3 基于Petri网的液压马达诊断模型

下面采用表1叶片式液压马达常见的故障及原因中的数据，利用Petri网的知识表示方法提取故障征兆和故障原因，建立一个简单的基于Petri网的液压马达故障诊断模型［5］。

表1 叶片式液压马达常见的故障及原因

按照Petri网络知识表示的方法，建立液压马达的故障诊断模型如图1所示。图中各个库所的含义如下:

P1表示电动机转速不够;P2表示吸油过滤器滤网堵塞;P3表示油箱中油量不足或吸油管径过小造成吸油困难;P4表示密封不严，不泄漏，空气侵入内部;P5表示油的粘度过大;P6表示液压泵轴向及径向间隙过大、内泄增大;P7表示液压泵效率太低;P8表示溢流阀调整压力不足或发生故障;P9表示油管阻力过大(管道过长或过细);P10表示油的粘度较小，内部泄漏较大;P11表示液压马达结合面没有拧紧或密封不好，有泄漏;P12表示液压马达内部零件磨损，泄漏严重;P13表示配油盘的支承弹簧疲劳，失去作用;P14表示配油盘磨损严重;P15表示轴向间隙过大;P16表示配油盘与缸体端面磨损，轴向间隙过大;P17表示弹簧疲劳;P18表示叶片与定子磨损严重;P19表示油端密封，磨损; P20表示盖板处的密封圈损坏;P21表示结合面有污物或螺栓未拧紧;P22表示管接头密封不严;P23表示密封不严，有空气侵入内部;P24表示液压油被污染，有气泡混入;P25表示联轴器不同心;P26表示液压油粘度过大;P27表示液压马达的径向尺寸严重磨损;P28表示叶片已磨损;P29表示叶片与定子接触不良，有冲撞现象。P30表示定子磨损;P31表示液压泵供油量不足; P32表示液压泵输出油压不足;P33表示液压马达泄漏; P34表示失效;P35表示内部泄漏;P36表示外部泄漏;P37表示噪声;P38表示转速低转矩小;P39表示泄漏;P40表示液压马达。

图1 液压马达的故障诊断模型

4 实验分析

假设电动机转速不够，根据图1建立的Petri网诊断模型，可得初始标识向量为:

此时变迁t1满足触发条件而点火，使其输入库所中的托肯按有向弧的方向转移至输出库所中，以上过程为Petri网第1次点火。这一点火过程同时可用Petri网的状态方程式Mi=M0+CU1描述，其中U1=［1，0，0，0……0］。经3次点火3次运算可得:

根据前面所述Petri网推理规则，由于库所中P1存在托肯，得到的结果与假设相符，即液压马达故障。

5 结语

针对液压设备故障突发性、多样性、复杂性的特点以及液压马达故障诊断中特征提取上的瓶颈问题，提出了一种基于Petri网的液压马达故障诊断方法。在该方法中分析液压马达常见的故障及原因，利用Petri网的知识表示方法提取故障征兆和故障原因，建立基于Petri网的液压马达故障诊断模型，结果表明该方法是有效的，能快速找到液压系统中液压马达故障。

［1］ 刘汝臣，李新德.浅谈液压系统故障诊断的方法［J］.装备制造技术，2009(7):96－97.

［2］ 陈玉良.基于灰色理论的液压设备故障诊断［J］.液压与气动，2005(7):73－75.

［3］ 古天龙.Petri网理论及其应用［J］.桂林电子工业学院学报，1992，12(1):37－48.

［4］ 李 厦.基于Petri网的故障诊断技术研究及其在液压系统中的应用［D］.上海:同济大学，2006.

［5］ 方桂花，赵 永，李绪省.模糊Petri网在液压泵故障诊断中的应用研究［J］.机床与液压，2011，39(19):155－161.

Fault Diagnosis of Hydraulic Motor Based on Petri Net

WEN Bin
(Zhejiang Tongji Vocational College of Science and Technology，Hangzhou Zhejiang 311231，China)

As the hydraulic motor has the problem of feature extraction，a fault diagnosis method of hydraulic motor based on Petri net is proposed.In this method，the common faults and reasons of hydraulic motor is analyzed，the fault symptom and reason is extracted by using the knowledge representation method of Petri net，and the fault diagnosis model of hydraulic motor based on PN is constructed.Through Petri reasoning，the result shows that the proposed method is effective.

hydraulic motor;fault diagnosis;diagnosis model;Petri net

TH123

A

1007－4414(2013)05－0073－02

2013－08－02

文 斌(1979－)，男，湖南永州人，讲师，主要从事液压技术方面的研究与教学工作。