基于遗传优化的RBF-BP神经网络电液伺服阀故障诊断算法研究.pdf

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1、第29卷第1期沈阳化工大学学报V01．29No．12015．O3JoURNALOFSHENYANGUNIVERSITYOFCHEMICALTECHNOLOGYMar．2Ol5文章编号：2095—2198(2015)01—0049—05基于遗传优化的RBF-BP神经网络电液伺服阀故障诊断算法研究刘春艳，樊立萍(沈阳化工大学信息工程学院，辽宁沈阳110142)摘要：电液伺服阀是液压伺服系统的核心元件，因此是故障诊断的重点对象，其故障原因经常呈现出非线性和不确定性等复杂状态．单一的BP网络是全局逼近神经网络，学习速度很慢，容易陷入局部极小。易产生震荡等

2、不足，RBF网络是局部逼近神经网络，训练速度快，在训练时不会发生震荡，也不会陷入局部极小．基于它们各自的优缺点，通过将RBF神经网络和BP神经网络有效地结合在一起，取长补短，建立一个由RBF子网和一个BP子网两部分串联构成的双隐藏层RBF—BP组合神经网络．该网络既具有BP网络较好的泛化性能，又具备RBF网络较快的逼近速度．用遗传算法优化该神经网络的初始权值和阈值．该网络同时具有RBF网络和BP网络的优点，适用于复杂非线性系统的故障检测．关键词：故障诊断；RBF—BP神经网络；遗传算法doi：10．3969／j．issn．2095—2198．20

3、15．01．011中图分类号：TP273文献标识码：A电液伺服阀在液压伺服系统中起着举足轻互结合构成一个双隐藏层RBF—BP组合神经网重的作用．它的响应速度快，控制精度高，但由于络对电液伺服阀进行故障诊断．其元件比较复杂，精密度高，且常在高温高压环境下工作，因此故障出现的频率较高．而且一旦1电液伺服阀的组成出现故障，不仅昂贵的诊断费用直接影响企业的电液伺服阀通常由力矩马达(或力马达)、经济效益，还可能使整个工作线停止，严重时可液压放大器、反馈机构(或平衡机构)三部分组能引起人员伤亡，造成严重的经济损失，所以对成．如图1所示．电液伺服阀的故障进行有

4、效诊断与维修具有重蔽压放大器要的现实意义⋯．r—’—————1。。。⋯。。⋯‘‘⋯。’⋯’⋯。’⋯故障诊断技术发展至今，有智能故障专家系统、灰色系统理论、神经网络理论、模糊理论等各．．一L—圆——种诊断方法．神经网络具有很好的非线性函数逼图1电液伺服阀的组成原理近能力，结合电液伺服阀的特性，采用人工神经Fig．1Thecompositionprincipleofthe网络对其进行故障诊断是一种有效的手段．BPelectro—hydraulicservovalve网络自学习、自适应能力强，但学习速度慢、易陷输入信号由力矩马达将电气控制信号转化人局部

5、最优，而RBF网络具有学习快、能够避免为力矩或力来控制液压放大器的运动；由液压放陷入局部最优等优点J，但对训练样本依赖性大器控制液压能源流向液压执行机构的流量或强，泛化能力较差．因此本文将两种单一网络相压力；反馈机构(平衡机构)的作用是将输出流收稿日期：2013一l1—04基金项目：国家科技支持计划项目(2012BAF09B01)作者简介：刘春艳(1989一)，女，辽宁普兰店人，硕士研究生在读，主要从事轧机故障诊断等方面的研究．通讯联系人：樊立萍(1965一)，女，山东淄博人，博士，教授，主要从事复杂系统建模与控制等方面的教学与研究沈阳化工大学学

6、报2015定量或输出压力反馈到先导级阀的输入端或比例口()=tansig(，z)=．(5)放大器的输入端，获得所需的伺服阀压力．流量上十C性能，解决功率级主阀的定位问题⋯．若传递函数为logsig，其输出表达式为：电液伺服阀主要的失效形式有磨损(例如a=，(Wp+b)=logsig(Wp+b)，(6)主阀芯控制窗口棱边磨损和主阀套密封破损)、(6)式也可表示为：1卡紧(如阀芯卡死或卡滞)、温升等几种．以(，z)=logsig(，z)=_(7)上十．2RBF-BP组合神经网络结构和参数设计RBF—BP组合神经网络模型结构如图4所示．其中P=(p，P

7、：··)是输入向量，P是输RBF—BP组合神经网络是由一个RBF子网入向量的第i个元素，wl-』(f)是P对应第一隐藏和一个BP子网两部分组合而成的双隐藏层神层第个神经元的权值，(b”b。『)是第一隐藏经网络，第一隐藏层结点的传递函数使用高斯函层的阈值向量，w：，)是第一隐藏层第．『个神经数，第二隐藏层结点的传递函数使用Sigmoid型元对应到第二隐藏层第n个神经元的权值，函数．(b一-b：)。是第二隐藏层的阈值向量，w，是．)径向基神经元模型如图2所示．第二隐藏层第n个神经元对应到输出层第k个神经元的权值，(b。。⋯b，)是输出层的阈值向量，Y

8、=(Y，Y··吼)是输出向量．图2径向基神经元Fig．2RBFneuronmodel其径向基传输函数为radbas，其输出表达式为：a=