兵工学报 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (10): 3706-3717.doi: 10.12382/bgxb.2023.0764
王健1, 黄英1,2,*(), 高晓宇3, 王拓1, 王绪1,2, 惠嘉赫1
收稿日期:
2023-08-18
上线日期:
2023-12-12
通讯作者:
基金资助:
WANG Jian1, HUANG Ying1,2,*(), GAO Xiaoyu3, WANG Tuo1, WANG Xu1,2, HUI Jiahe1
Received:
2023-08-18
Online:
2023-12-12
摘要:
燃油喷射系统的工作质量直接影响柴油机工作过程及性能,针对多缸机不同喷油器发生堵塞故障且故障程度不一时,传统故障诊断方法难以精准定位故障喷油器的问题,提出一种基于堆叠稀疏自编码器(Stacked Sparse Autoencoder, SSAE)的故障定位算法。通过SSAE提取不同喷油器发生堵塞故障时轨压信号的深层特征,以softmax网络实现故障部件定位。以一维轨压信号为输入,故障喷油器定位为输出,并研究算法超参数对算法精度的影响。研究结果表明,此算法能精准定位发生堵塞故障的喷油器,且精度不受堵塞程度的影响,故障诊断正确率可达96.7%。
中图分类号:
王健, 黄英, 高晓宇, 王拓, 王绪, 惠嘉赫. 基于堆叠稀疏自编码器的多缸喷油器堵塞定位算法[J]. 兵工学报, 2024, 45(10): 3706-3717.
WANG Jian, HUANG Ying, GAO Xiaoyu, WANG Tuo, WANG Xu, HUI Jiahe. Blockage Location Algorithm of Multi-cylinder Fuel Injectors Based on Stacked Sparse Autoencoder[J]. Acta Armamentarii, 2024, 45(10): 3706-3717.
部件 | 参数 | 数值 |
---|---|---|
喷孔直径/mm | 0.12 | |
喷孔个数 | 6 | |
针阀升程/mm | 0.25 | |
喷油器 | 控制阀升程/mm | 0.05 |
喷嘴压力室容积/mm3 | 0.2 | |
进油孔直径/mm | 0.28 | |
出油孔直径/mm | 0.31 | |
共轨管直径/mm | 9.5 | |
共轨管 | 共轨管长度/mm | 250 |
高压油管内径/mm | 2 | |
燃油泵 | 柱塞直径/mm | 7 |
柱塞行程/mm | 12 |
表1 高压共轨系统参数
Table 1 High pressure common rail system parameters
部件 | 参数 | 数值 |
---|---|---|
喷孔直径/mm | 0.12 | |
喷孔个数 | 6 | |
针阀升程/mm | 0.25 | |
喷油器 | 控制阀升程/mm | 0.05 |
喷嘴压力室容积/mm3 | 0.2 | |
进油孔直径/mm | 0.28 | |
出油孔直径/mm | 0.31 | |
共轨管直径/mm | 9.5 | |
共轨管 | 共轨管长度/mm | 250 |
高压油管内径/mm | 2 | |
燃油泵 | 柱塞直径/mm | 7 |
柱塞行程/mm | 12 |
故障类别 | 堵塞程度 |
---|---|
正常 | 正常 |
1缸喷油器堵塞 | 堵塞25%,堵塞 50%,堵塞75% |
2缸喷油器堵塞 | |
3缸喷油器堵塞 | |
4缸喷油器堵塞 |
表2 各缸喷油器堵塞故障模拟参数表
Table 2 Simulation parameters for blocking faults of fuel injectors in each cylinder
故障类别 | 堵塞程度 |
---|---|
正常 | 正常 |
1缸喷油器堵塞 | 堵塞25%,堵塞 50%,堵塞75% |
2缸喷油器堵塞 | |
3缸喷油器堵塞 | |
4缸喷油器堵塞 |
试验组 | n | ρ | epoch |
---|---|---|---|
1 | 2 | 0.1 | 400 |
2 | 3 | 0.1 | 400 |
3 | 4 | 0.1 | 400 |
4 | 5 | 0.1 | 400 |
表3 研究网络层数影响的超参数设置
Table 3 Hyperparameter settings for studying the influence of network layers
试验组 | n | ρ | epoch |
---|---|---|---|
1 | 2 | 0.1 | 400 |
2 | 3 | 0.1 | 400 |
3 | 4 | 0.1 | 400 |
4 | 5 | 0.1 | 400 |
试验组 | n | 轮廓系数 | 训练时间/s |
---|---|---|---|
1 | 2 | 0.6695 | 24.53 |
2 | 3 | 0.7165 | 39.05 |
3 | 4 | 0.7218 | 50.19 |
4 | 5 | 0.7242 | 54.74 |
表4 网络层数影响规律
Table 4 The influence of network layers
试验组 | n | 轮廓系数 | 训练时间/s |
---|---|---|---|
1 | 2 | 0.6695 | 24.53 |
2 | 3 | 0.7165 | 39.05 |
3 | 4 | 0.7218 | 50.19 |
4 | 5 | 0.7242 | 54.74 |
试验组 | n | ρ | epoch |
---|---|---|---|
1 | 3 | 0.1 | 400 |
2 | 3 | 0.2 | 400 |
3 | 3 | 0.3 | 400 |
4 | 3 | 0.4 | 400 |
表5 研究稀疏因子影响的超参数设置
Table 5 Hyperparameter settings for studying the influence of sparse factors
试验组 | n | ρ | epoch |
---|---|---|---|
1 | 3 | 0.1 | 400 |
2 | 3 | 0.2 | 400 |
3 | 3 | 0.3 | 400 |
4 | 3 | 0.4 | 400 |
试验组 | ρ | 轮廓系数 | 训练时间/s |
---|---|---|---|
1 | 0.1 | 0.7165 | 39.05 |
2 | 0.2 | 0.9054 | 38.75 |
3 | 0.3 | 0.5433 | 39.24 |
4 | 0.4 | 0.4727 | 39.61 |
表6 稀疏因子影响规律
Table 6 The influence of sparse factor
试验组 | ρ | 轮廓系数 | 训练时间/s |
---|---|---|---|
1 | 0.1 | 0.7165 | 39.05 |
2 | 0.2 | 0.9054 | 38.75 |
3 | 0.3 | 0.5433 | 39.24 |
4 | 0.4 | 0.4727 | 39.61 |
试验组 | n | ρ | epoch |
---|---|---|---|
1 | 3 | 0.2 | 50 |
2 | 3 | 0.2 | 100 |
3 | 3 | 0.2 | 200 |
4 | 3 | 0.2 | 400 |
表7 研究迭代次数影响的超参数设置
Table 7 Hyperparameter settings for studying the influence ofiteration times
试验组 | n | ρ | epoch |
---|---|---|---|
1 | 3 | 0.2 | 50 |
2 | 3 | 0.2 | 100 |
3 | 3 | 0.2 | 200 |
4 | 3 | 0.2 | 400 |
试验组 | epoch | 轮廓系数 | 训练时间/s |
---|---|---|---|
1 | 50 | 0.8089 | 5.42 |
2 | 100 | 0.8400 | 9.12 |
3 | 200 | 0.9031 | 12.51 |
4 | 400 | 0.9054 | 38.75 |
表8 迭代次数影响规律
Table 8 The influence of iteration times
试验组 | epoch | 轮廓系数 | 训练时间/s |
---|---|---|---|
1 | 50 | 0.8089 | 5.42 |
2 | 100 | 0.8400 | 9.12 |
3 | 200 | 0.9031 | 12.51 |
4 | 400 | 0.9054 | 38.75 |
N | ρ | epoch |
---|---|---|
3 | 0.2 | 200 |
表9 SSAE网络超参数设置
Table 9 Hyperparameter setting of SSAE network
N | ρ | epoch |
---|---|---|
3 | 0.2 | 200 |
算法 | 训练精度/% | 训练时间/s | 诊断用时/s | 测试精度/% |
---|---|---|---|---|
AE | 76.4 | 13.04 | 0.73 | 80.8 |
SAE | 93.1 | 4.94 | 0.7 | 86.7 |
SSAE | 100 | 14.8 | 0.93 | 96.7 |
表10 不同算法诊断结果对比
Table 10 Comparison of diagnostic results of different algorithms
算法 | 训练精度/% | 训练时间/s | 诊断用时/s | 测试精度/% |
---|---|---|---|---|
AE | 76.4 | 13.04 | 0.73 | 80.8 |
SAE | 93.1 | 4.94 | 0.7 | 86.7 |
SSAE | 100 | 14.8 | 0.93 | 96.7 |
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