[发明专利]一种基于模糊算法的分布式绞盘液压油温度监测方法

摘要

本发明公开了一种基于模糊算法的分布式绞盘液压油温度监测方法。该方法首先采用贴片式温度传感器测量液压绞盘系统中三个关键位置的表面温度，再基于模糊算法建立测量模型，最终测算得到绞盘液压油的准确温度值，并在温度值超过70℃时发出预警信号。本发明方法仅需测量液压绞盘系统的表面温度，无需对液压绞盘系统进行拆解，具有安装便捷的特点。同时，本发明方法融合了液压绞盘系统多处温度值，测量更加准确。本发明方法可用于救援清障车绞盘液压油温度监控及预警。

主权项

一种基于模糊算法的分布式绞盘液压油温度监测方法，其特征在于：根据救援清障车液压绞盘系统的工作特点，在液压油箱底部、液压管路中间位置以及液压马达处安装贴片式温度传感器，测得表面温度后再通过基于模糊算法的温度测量模型计算液压油的实际温度，具体步骤包括：步骤一：温度传感器的选择与安装根据液压绞盘的实际使用要求，当液压油温度达到70℃时应进行温度预警，即选用的温度传感器需在40℃～100℃范围内有较高的准确性和稳定性；因此温度传感器选用PT100铂热电阻，其在‑50℃～300℃的范围内具有较高的准确性和稳定性，适用于绞盘液压油温度的监测范围；此外，该温度传感器还具有体积小、对温度变化的响应快、灵敏度高等优点；温度传感器安装位置的选择是至关重要的，根据液压绞盘的工作特点，在液压绞盘的三个典型位置处安装温度传感器，即液压油箱底部、液压管路中间位置以及液压马达处；综合测量这三处位置的温度可以更加准确地反映出绞盘系统中液压油的实际温度状况；步骤二：建立基于模糊算法的温度测量模型1.选择输入变量和输出变量为模糊算法选择与确定合理的输入变量和输出变量，是设计模糊算法的第一步；由于输入变量和输出变量的选择对模糊算法的性能有很大影响，因而必须根据实际应用场景合理地选择输入变量和输出变量；将三个典型位置处的测量温度作为模糊算法的输入变量，绞盘液压油实际温度作为输出变量；2.确定模糊规则模糊规则是模糊算法的核心，确定模糊规则时需要考虑下列问题：(1)选定描述输入变量和输出变量的模糊状态用较多的模糊状态来描述每个变量时，制定的规则比较灵活，形成的规则比较精确，但也使得规则比较复杂，且不易制定；因此，在选择模糊状态时，必须兼顾简单性和灵活性两方面；由于模糊算法的输入变量和输出变量都是温度量，对输入变量和输出变量定义相同的三个模糊状态，即正常(N)、高(H)、很高(VH)；(2)规定模糊集在规定模糊集时必须首先考虑模糊集隶属度函数曲线的形状；隶属度函数的形状越陡，则分辨率越高，输出灵敏度也就越高；隶属度函数的变化越缓慢，则灵敏度越低；其次应该考虑各模糊集的范围，并把模糊状态映射到不同的范围上；定义输入变量和输出变量的范围都为20℃～100℃，为了保证测量模型的灵敏度，隶属度函数都选取变化较为陡峭的梯形函数；三个模糊状态所对应的隶属度函数定义如下：${\mathrm{\μ}}_N\left(x\right)=\left\{\begin{array}{cc}1& 20\≤x\≤30\\ -\frac{x}{20}+\frac{5}{2}& 30\<x\<50\\ 0& 50\≤x\≤100\end{array}\right.$${\mathrm{\μ}}_H\left(x\right)=\left\{\begin{array}{cc}0& 20\≤x\≤40\\ \frac{x}{10}-4& 40\<x\<50\\ 1& 50\≤x\≤60\\ -\frac{x}{10}+7& 60\<x\<70\\ 0& 70\≤x\≤100\end{array}\right.$${\mathrm{\μ}}_{VH}\left(x\right)=\left\{\begin{array}{cc}1& 20\≤x\≤60\\ -\frac{x}{20}+3& 60\<x\<80\\ 1& 80\≤x\≤100\end{array}\right.$其中，μ_N(x)表示模糊状态N的隶属度函数，μ_H(x)表示模糊状态H的隶属度函数，μ_VH(x)表示模糊状态VH的隶属度函数，x表示各输入变量或输出变量所对应的温度变量，由于输入变量和输出变量的范围都为20℃～100℃，所以20≤x≤100；(3)确定模糊规则表该模糊规则以液压绞盘操作人员的工程知识和成熟经验为基础，认为所测三处的表面温度有两处及以上达到VH状态时，则认为绞盘液压油温度达到了VH状态；有两处温度达到H状态一处温度达到VH状态时，也认为绞盘液压油温度达到了VH状态；三处温度都达到H状态时，则认为绞盘液压油温度达到了H状态；有两处温度处于N状态一处温度达到VH状态时，则认为绞盘液压油温度达到了H状态；有两处温度达到H状态一处温度处于N状态时，则认为绞盘液压油温度达到了H状态；一处温度达到VH状态一处温度达到H状态一处温度处于N状态，也认为绞盘液压油温度达到了H状态；有两处温度处于N状态一处温度处于H或N状态，则认为绞盘液压油温度处于N状态；3.模糊推理模糊推理按照标准的推理算法进行，一般包含以下四个过程：(1)计算隶属度；(2)求激励强度；(3)应用模糊规则，产生一个定性的隶属函数；(4)进行模糊聚类，获得最终输出的隶属度；4.确定解模糊策略模糊推理的输出结果是一个模糊集，而模糊算法的输出结果必须是一个确定的数值。在推理得到的模糊集合中取一个相对最能代表这个模糊集合的单值，称为解模糊或模糊判决。采用重心法作为解模糊策略，该方法取隶属度函数曲线与横坐标轴围成面积的重心作为输出，这种方法易于产生一个平滑的输出曲面，有利于提高测量模型的鲁棒性；步骤三：监测绞盘液压油温度将温度传感器采集到的三处液压绞盘系统表面温度输入至步骤二中所建立的测量模型，就可以得到当前液压油温度的准确值。当测量油温超过70℃时，发出预警信号，提醒操作人员对液压绞盘进行停机冷却操作。