论文总字数：23355字

目 录

摘要 1

Abstract 2

1绪论 3

1.1研究背景和意义 3

1.2国内外研究现状及趋势 5

2柴油机组简介 9

2.1柴油机系统结构 9

2.2柴油机工作原理 9

2.3柴油机常见故障类型 9

3柴油机组诊断原理 10

3.1数据预处理与特征提取 10

3.2故障诊断的时域分析法 10

3.3故障诊断的频域分析法 11

4对偶神经网络 12

4.1神经网络简介 12

4.2对偶传播神经网络（CPN）组成结构 13

4.3对偶神经网络的学习算法 14

5故障诊断实例研究 16

5.1诊断流程 16

5.2特征选择 17

5.3神经网络建模 17

5.4故障诊断的实现 21

6结论与展望 26

参考文献 27

附录 29

致谢 32

基于CPN神经网络的柴油机故障诊断

刘大晖

，China

Abstract：In recent years, large capacity diesel engine set is an important power source in people's daily life. Once the operation is abnormal, it will cause serious accidents and economic losses. So it is necessary to establish a set of condition monitoring and fault diagnosis system in order to determine the fault location. In this paper, the fault diagnosis method of CPN neural network is applied to diesel engine unit, overcome the artificial diagnosis accuracy of the traditional low, cumbersome steps, disadvantages of long diagnosis time, enhance the generalization ability, improve the convergence speed and accuracy, which can achieve the diagnosis effect more excellent than the general diagnostic method. Through this method can make the engine more efficient operation, timely solve problems, make operation cost is greatly reduced, the economic benefit is improved, at the same time to avoid more accidents, the important research topic of power industry which is facing at home and abroad, has an important engineering significance.

Key words: diesel engine; condition monitoring; fault diagnosis; neural network

1绪论

1.1研究背景和意义

柴油机自1987年问世以来，作为人们日常生产生活中的一种重要动力机械,为增强人类的文明程度、提高人们的生活水平做出了不可磨灭的贡献,柴油机凭借它特有的特性,突出的热效率以及优异的使用寿命被人们广泛的用做军事、民用的海、陆、空的重要动力源,因此，柴油机与人们的日常生产生活息息相关，且人们对它的需求量也日益增长。柴油机是一种重要的动力机械，广泛应用于工农业生产中。柴油机有着结构复杂、运动特性复杂等特点、且它常常工作在高温干燥，或者极度严寒的恶劣环境中。因此，以上种种因素导致柴油机极易发生故障。一旦柴油机某个部分发生故障，往往会导致牵一发而动全身的不良后果，生产过程会因此而被迫停止，从而给人民群众带来不可估量的经济损失，更严重时甚至会造成机毁人亡的重大恶性事故，这些恶性事故在国内国外也不乏先例。这就促使人们想方设法来提高柴油机的质量，保障其运行的稳定性、提高监测水平、降低柴油机的故障率。虽然，保障柴油机正常工作的根本之道是从理论上对柴油机的总体设计进行完善、从加工工艺上提高柴油机零部件的加工质量。但是，就目前而言，仅仅依靠以上方法也很难百分之百的保证柴油机工作中不出现工作异常的情况，而且目前的生产工艺水平也很难再有大的突破。所以，研究出一套适用于柴油机故障诊断方法和技术，是一种降低柴油机故障的最有效的方法，从经济角度而言，这也是目前最可行的方法。因此，目前这一研究方向也成为国内外研究的热点。

图1　柴油机结构图

我国是目前世界上拥有和使用柴油机最多的国家之一,因此采取高效快捷的方法对柴油机进行状态监测和故障诊断分析可以极大的提高其运行的可靠性与稳定性,减少人们日常生产生活中经济损失。

据统计，虽然近年来国产柴油机组的运行稳定性已经有了很大的提高，但是由于在设计和制造的过程中存在的质量不合格、安装不合理、人员的错误操作、维护管理不规范、检修质量不良以及监控不当等原因导致柴油机设备故障的情况经常发生。

智能故障诊断技术是一门多学科交叉渗透的综合性研究课题，随着故障诊断技术与方法研究的发展，越来越多的国家逐渐认识到其巨大的发展前景和经济效益，于是相继改变设备维修体制。虽然国内外在故障检测与诊断工作上面做了于都研究工作，到目前为止已经取得了很大的进展，不仅有很多理论研究成果，而且有许多产品在实际中也取得了一定程度的应用，然而这些产品大多价格昂贵，许多技术也已经不符合时代需要，而且由于生产活动现场的故障监测与诊断的设备不够完善、现场故障处理人员不足、故障信息不能实时共享等诸多原因的影响，目前在设备的故障诊断、健康监测、状态评价、状态检修等方面尚存在不少理论与应用的难题，尤其在设备的智能故障诊断与预测技术的研究是一个相当复杂的问题，这就在很大程度上制约了大型机组设备的早期预测与检验和及时、准确的诊断和分析故障原因，增加了不必要的专门试验费用和停机损失。而且在现如今的科学技术水平下，柴油机设备的使用效率已经达到了近乎极限的水平，很难再有更大的提高。目前人们则更加注重柴油机在运行阶段的维护工作，科技人员希望能够通过不断开拓新的设备监测与诊断方法，利用先进的理论分析、状态监测与评价、故障诊断与预测维护等技术来进一步延长机组的维修间隔，缩短维修时间。

柴油机设备虽然具有系统复杂、故障率高等特点，但是在状态监测的基础之上，结合运行人员的经验对柴油机设备进行故障诊断，并根据诊断结果对柴油机进行维护，对症下药，这对提高机组运行可靠性和稳定性，延长使用寿命，降低经济成本具有重要意义。

图2　大型柴油机组设备

1.2国内外研究现状及趋势

表1　国外故障诊断研究情况

续表 1　

鉴于我国特殊的国情，国内在故障诊断方面的技术起步比较晚，大致可以分为三个主要阶段，汇总如下：

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