一种基于子空间辨识的阀控液压缸泄漏判断装置及方法制造方法及图纸

一种基于子空间辨识的阀控液压缸泄漏判断装置及其判断方法，所述装置包括液压缸、压力传感器、节流阀、回油箱、负载和故障诊断器；所述压力传感器用于测量液压缸活塞两侧的油液压力；所述节流阀用于监测液压缸的外泄漏和内泄漏；所述故障诊断器根据采集的负载位移、油液压力数据，采用子空间辨识算法判断液压缸是否发生泄漏。本发明专利技术采用子空间辨识方法计算阀控液压缸的内、外泄漏系数，利用离散时间状态空间模型描述阀控液压缸系统，由此进行阀控液压缸泄漏故障判断，使得计算量减小，且能够准确计算得到系统内、外泄漏系数的估计值，提高了阀控液压缸泄漏故障判断的准确率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于子空间辨识的阀控液压缸泄漏判断装置及方法
本专利技术涉及阀控液压缸监测领域，具体涉及一种基于子空间辨识的阀控液压缸泄漏判断装置及方法。
技术介绍
阀控液压缸作为执行机构在工程机械及工业装备中有着广泛的应用。近年来，有关阀控液压缸泄漏诊断的理论与方法受到高度关注：一方面，液压缸的内泄漏检测长期以来是工程实践中的一大难点；另一方面，泄漏故障一旦发生而未及时采取有效措施，可能会造成极其严重的后果。因此，提出一种有效、及时且便捷的阀控液压缸泄漏诊断方法具有重要的现实意义。近二十年来，国内外学者针对液压装置泄漏诊断进行了大量的研究工作。LiangAN等采用广义卡尔曼滤波方法对液压系统状态进行估计预测，实现了对液压系统不同泄漏类型的故障诊断；邹俊等针对液压泥炮系统泄漏量小、故障频发的特点，将主成分分析(PCA)方法引入到液压泥炮系统的泄漏检测中，克服了该系统由于泄漏量小对泄漏诊断产生的不利影响，提高了系统泄漏故障诊断的准确性；周小军将外泄漏和内泄漏分别等效为孔口出流和缝隙流动，采用支持向量机方法提出故障诊断策略，并运用AMESim对相关系统进行了仿真分析。A.Y.Goharrizi等研究了Hilbert变换对于液压缸的内泄漏检测的适用性，证明了与第一固有模态函数相关的瞬时振幅的均方根值能够有效地反应液压缸内泄漏及其严重程度，实现了对液压缸小流量泄漏的在线识别。李琳等通过小波分解提取液压缸进口压力信号特征，利用BP神经网络建立分类器，实现了对液压缸内泄漏的智能识别。然而上述现有方法的物理含义通常比较模糊，缺乏直观性，计算比较复杂。
技术实现思路
(一)专利技术目的本专利技术的目的是提供一种基于子空间辨识的阀控液压缸泄漏判断装置及方法，通过测量、计算得到装置系统内、外泄漏系数的估计值，判断阀控液压缸泄漏的发生、类型及其严重程度。(二)技术方案为解决上述问题，本专利技术的第一方面提供了一种基于子空间辨识的阀控液压缸泄漏判断装置，包括：液压缸、压力传感器、节流阀、回油箱、负载和故障诊断器；所述压力传感器用于测量液压缸活塞两侧的油液压力；所述液压缸活塞两侧分别连接一个节流阀，每个节流阀连接一个回油箱，且活塞两侧之间连接一个节流阀；所述节流阀分别用于监测液压缸的外泄漏和内泄漏；所述负载连接所述液压缸的活塞杆；所述故障诊断器根据采集的负载位移、油液压力数据，采用子空间辨识算法判断液压缸是否发生泄漏。在一些实施例中，所述负载包括质量块、阻尼和弹簧；所述质量块连接所述活塞杆，所述阻尼和弹簧一端连接所述质量块，另一端连接固定壁。在一些实施例中，还包括光栅尺，用于测量所述负载的位移。在一些实施例中，取状态变量其中xp是液压缸活塞位移、p1是无杆腔油液压力、p2是有杆腔油液压力，输入量u为驱动力F，输出量y为[xpp1p2]T，所述装置的离散时间状态空间表达式为：式中其中，k＝0,1,2,…，τ为采样周期，ks为负载弹性模量，m为负载质量，bd为阻尼系数，A1为无杆腔活塞有效面积，A2为有杆腔活塞有效面积，V1为无杆腔油液体积，V2为有杆腔油液体积，Kci为内泄漏系数，Kco1为无杆腔外泄漏系数，Kco2为有杆腔外泄漏系数，E为油液体积弹性模量。在一些实施例中，采用子空间辨识的MOESP方法，通过所述装置的输入、输出得到矩阵Ad经线性变换后的矩阵AdT，Ad与AdT具有相同的特征值和特征多项式。所述输入为对负载的外驱动力，所述输出为液压缸位移、无杆腔油液压力和有杆腔油液压力；然后，分别求Ad与AdT的特征多项式，得到Ad的特征多项式各次项系数关于的Kci,Kco1,Kco2的表达式，使之与AdT的特征多项式各次项系数对应相等；最后，解出Kci,Kco1,Kco2的估计值并由所述故障诊断器根据估计值判断阀控液压缸泄漏的发生、类型与严重程度。本专利技术的第二方面提供了一种基于前述装置进行阀控液压缸泄漏的判断方法，包括如下步骤：对所述装置进行状态空间建模，得到关于Kci、Kco1、Kco2的状态空间离散矩阵表达式，其中Kci为内泄漏系数，Kco1为无杆腔外泄漏系数，Kco2为有杆腔外泄漏系数；采集所述装置的输入、输出信号，所述输入信号为对负载的外驱动力，所述输出信号为液压缸位移、无杆腔油液压力和有杆腔油液压力；采用子空间辨识算法，根据所述输入、输出信号，计算得出Kci,Kco1,Kco2的估计值根据所述估计值评估液压缸泄漏状况。在一些实施例中，采集所述装置的输入、输出信号之后还包括对所述输入、输出信号进行去噪、滤波预处理的步骤。在一些实施例中，所述关于Kci、Kco1、Kco2的状态空间离散矩阵表达式为：取状态变量x，xp是液压缸活塞位移、p1是无杆腔油液压力、p2是有杆腔油液压力，输入量u为驱动力F，输出量y为[xpp1p2]T；式中其中，k＝0,1,2,…，τ为采样周期，ks为负载弹性模量，m为负载质量，bd为阻尼系数，A1为无杆腔活塞有效面积，A2为有杆腔活塞有效面积，V1为无杆腔油液体积，V2为有杆腔油液体积，E为油液体积弹性模量。在一些实施例中，采用子空间辨识的MOESP方法，通过所述装置的输入、输出得到矩阵Ad经线性变换后的矩阵AdT，Ad与AdT具有相同的特征值和特征多项式；然后，分别求Ad与AdT的特征多项式，得到Ad的特征多项式各次项系数关于的Kci,Kco1,Kco2的表达式，使之与AdT的特征多项式各次项系数对应相等；最后，解出Kci,Kco1,Kco2的估计值并由此判断阀控液压缸泄漏的发生、类型与严重程度。综上所述，本专利技术提供了一种基于子空间辨识的阀控液压缸泄漏判断装置及其判断方法，所述装置包括液压缸、压力传感器、节流阀、回油箱、负载和故障诊断器；所述压力传感器用于测量液压缸活塞两侧的油液压力；所述节流阀用于监测液压缸的外泄漏和内泄漏；所述故障诊断器根据采集的负载位移、油液压力数据，采用子空间辨识算法判断液压缸是否发生泄漏。(三)有益效果本专利技术的上述技术方案具有如下有益的技术效果：采用子空间辨识方法计算阀控液压缸的内、外泄漏系数，利用离散时间状态空间模型描述阀控液压缸系统，由此进行阀控液压缸泄漏故障判断，使得计算量减小，且能够准确得到系统内、外泄漏系数的估计值，提高了阀控液压缸泄漏故障判断的准确率。附图说明图1是本专利技术的阀控液压缸泄漏判断装置的结构示意图；图2是本专利技术的阀控液压缸泄漏判断方法的流程示意图。附图标记：1：回油箱；2：节流阀；3：压力传感器；4：差动液压缸；5：质量块；6：弹簧；7：阻尼；8：光栅尺；9：故障诊断器。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本专利技术的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本专利技术的概念。本专利技术首先建立阀控液压缸装置的状态空间模型。研究对象如图1所示,一种基于子空间辨识的阀控液压缸泄漏判断装置，包括：回油箱1、节流阀2、压力传感器3、差动液压缸4、质量块5、弹簧6、阻尼7，光栅尺8和故障诊断器9。其中，a,b,c三处的节流阀2分别模拟液压缸4两腔之间的内泄漏与各自的外泄漏，a处的节流阀2模拟液压缸4的无杆腔和有杆腔之间的内泄漏，b、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于子空间辨识的阀控液压缸泄漏判断装置，其特征在于，包括：液压缸、压力传感器、节流阀、回油箱、负载和故障诊断器；所述压力传感器用于测量液压缸活塞两侧的油液压力；所述液压缸活塞两侧分别连接一个节流阀，每个节流阀连接一个回油箱，且活塞两侧之间连接一个节流阀；所述节流阀分别用于监测液压缸的外泄漏和内泄漏；所述负载连接所述液压缸的活塞杆；所述故障诊断器根据采集的负载位移、油液压力数据，采用子空间辨识算法判断液压缸是否发生泄漏。

【技术特征摘要】
1.一种基于子空间辨识的阀控液压缸泄漏判断装置，其特征在于，包括：液压缸、压力传感器、节流阀、回油箱、负载和故障诊断器；所述压力传感器用于测量液压缸活塞两侧的油液压力；所述液压缸活塞两侧分别连接一个节流阀，每个节流阀连接一个回油箱，且活塞两侧之间连接一个节流阀；所述节流阀分别用于监测液压缸的外泄漏和内泄漏；所述负载连接所述液压缸的活塞杆；所述故障诊断器根据采集的负载位移、油液压力数据，采用子空间辨识算法判断液压缸是否发生泄漏。2.根据权利要求1所述的基于子空间辨识的阀控液压缸泄漏判断装置，其特征在于，所述负载包括质量块、阻尼和弹簧；所述质量块连接所述活塞杆，所述阻尼和弹簧一端连接所述质量块，另一端连接固定壁。3.根据权利要求2所述的基于子空间辨识的阀控液压缸泄漏判断装置，其特征在于，还包括光栅尺，用于测量所述负载的位移。4.根据权利要求1-3任一项所述的基于子空间辨识的阀控液压缸泄漏判断装置，其特征在于，取状态变量x，其中xp是液压缸活塞位移、p1是无杆腔油液压力、p2是有杆腔油液压力，输入量u为驱动力F，输出量y为[xpp1p2]T,所述装置的离散时间状态空间表达式为：式中其中，k＝0,1,2,…，τ为采样周期，ks为负载弹性模量，m为负载质量，bd为阻尼系数，A1为无杆腔活塞有效面积，A2为有杆腔活塞有效面积，V1为无杆腔油液体积，V2为有杆腔油液体积，Kci为内泄漏系数，Kco1为无杆腔外泄漏系数，Kco2为有杆腔外泄漏系数，E为油液体积弹性模量。5.根据权利要求4所述的基于子空间辨识的阀控液压缸泄漏判断装置，其特征在于，采用子空间辨识的MOESP方法，通过所述装置的输入、输出得到矩阵Ad经线性变换后的矩阵AdT，Ad与AdT具有相同的特征值和特征多项式；所述输入为对负载的外驱动力F，所述输出为液压缸位移xp、无杆腔油液压力p1和有杆腔油液压力p2；然后，分别求Ad与AdT的特征多项式，得到Ad的特征多项式各次项系数关于的Kci,Kco1,Kco2...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘成良，陶建峰，郭隽侠，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31