基于虚拟仪器和BP神经网络液压系统故障诊断

3 液压设备远程故障诊断系统
3．1 硬件结构
如图4所示，硬件结构的设计包括传感器的选型、信号调理接口电路的设计制造、A／D和D／A卡的选型和连接等。首先，传感器将液压系统物理量转变成电信号，然后通过信号调理接口电路进行滤波、放大等处理，产生的模拟量，经A／D卡转换成数字量，通过PC机I／O接口进入底层设备驱动模块。客户端计算机软件系统对采集的数据进行分析处理，远程计算机通过网络接口对系统进行实时监测。

3．2 软件结构
软件是虚拟仪器的核心部分，本系统使用LabVIEW构建测试系统的软件平台。
LabVIEW是一种图形化编程语言，通过对用户图形界面的操作即可实现对所需仪器的编程，并有直观的图形显示，界面友好、操作简单。利用LabVIEW提供的开发环境生成逼真的虚拟仪器面板，实现各功能模块的功能。软件的设计主要由以下几个功能模块来实现。
(1)数据采集模块。数据采集主要由数据采集子Ⅵ来完成，这个子VI主要由AI Config，AI Start，AIRead等3个VI组成，可以方便地进行采集频率、采集点数、采集通道、采集电压上下限及缓存大小等参数设置。
(2)数据存储模块。数据存储是液压设备远程故障诊断系统的关键环节。数据存储可以作为后续数据分析的数据来源和历史数据以备查询。
(3)故障诊断模块。故障诊断是指对采集到的液压系统各参数数据进行信号分析、统计分析、模态分析等处理，通过人工智能专家诊断系统对液压系统进行故障诊断。同时对BP神经网络进行训练，以得到满足精度要求的权值和阀值，根据以往监测到的历史数据对系统将来工作状态进行预测，及时发现潜在故障。
(4)远程控制模块。Web Server技术将VI的前面板窗口以网页的形式发布到互联网上，将这样的VI前面板窗口嵌入到一个网页当中，可以实现在网页中的远程虚拟仪器。用户可以用极为简单的方式直接在本地的客户端计算机上打开并操作位于远程服务器端计算机上的VI面板，在网页中直接进行操作。
(5)帮助模块。主要提供实时帮助，如对数据进行编辑打印等，并提供软件的使用帮助说明。系统软件构成如图5所示。

3．3 误差处理
液压系统在工作过程中，液压油的温度不断升高，会使得传感器内部元件的温度随之升高而产生失真，从而影响到数据的真实性。因此必须在液压设备故障监测系统设计时考虑误差带来的影响，尽量减小误差这一不利因素。依据液压系统的特性，总结为两种数据的误差，即传感器误差和粗大误差。对于传感器误差，可根据各传感器内部特点采用微控制器配合温度传感器的智能化手段对其因温度产生误差做出补偿和校正。高效率的对粗大误差数据的剔除处理可以采用国际电工会议推荐的格拉布斯准则。在计算机内存中以10个单位作为一个堆栈，用于存储10个测量值。当一个新数据被送人到缓冲区之后，计算根据格拉布斯准则允许的最大偏离值的量表判断。当N=10时，有0．95置信概率的T的最大允许值为2．29。

4 结束语
系统以LabVIEW为开发环境，提出了一种综合神经网络和虚拟仪器技术的液压设备远程故障诊断方法，根据失效分析知识及推理规则建立了故障诊断模型，提高了故障诊断的可靠性和精确度。