BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
------------------------

PHÙNG TẤT THẮNG

ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT TẬP MỜ CHẨN ĐOÁN TRẠNG THÁI
KỸ THUẬT HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ
DIESEL TRÊN XE TẢI CỠ NHỎ

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Hà Nội – 2012


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
------------------------

PHÙNG TẤT THẮNG

ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT TẬP MỜ CHẨN ĐOÁN TRẠNG THÁI
KỸ THUẬT HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ
DIESEL TRÊN XE TẢI CỠ NHỎ


Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi. Những
kết quả trong luận văn này đã được tính toán chính xác, trung thực và chưa có
tác giả nào công bố, những nội dung tham khảo, trích dẫn trong luận văn đều
được chỉ rõ nguồn gốc. Xin trân trọng cảm ơn!
Tác giả luận văn
Phùng Tất Thắng


ii
MỤC LỤC
Trang
Trang phụ bìa
Lời cảm ơn ......................................................................................................... i
Mục lục .............................................................................................................. ii
Danh mục các bảng ........................................................................................... v
Danh mục các hình ........................................................................................... vi
ĐẶT VẤN ĐỀ ............................................................................................................ 1
Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ........................................ 3

1.1. Tình hình nghiên cứu về chẩn đoán trạng thái kỹ thuật hệ thống nhiên
liệu động cơ Diesel ........................................................................................ 3
1.2.Tình hình nghiên cứu, ứng dụng lý thuyết mờ trong chẩn đoán ............. 5
1.2.1. Ứng dụng lý thuyết tập mờ trong chẩn đoán trên thế giới .............. 5
Chương 2 MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG
PHÁP NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI ...................................................................... 7

2.1.Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................ 7
2.2. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu .............................................................. 7
2.2.1. Đối tượng nghiên cứu ...................................................................... 7
2.2.2. Phạm vi nghiên cứu. ........................................................................ 7

4.2.4. Một số dấu hiệu hư hỏng thường gặp trong hệ thống nhiên liệu .. 45
Chương 5 ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT TẬP MỜ CHẨN ĐOÁN TRẠNG THÁI
KỸ THUẬT HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL
TRÊN XE TẢI CỠ NHỎ ........................................................................................ 48

5.1. Cơ sở lý thuyết...................................................................................... 48
5.2. Xây dựng ma trận chẩn đoán cho hệ thống cung cấp nhiên liệu.......... 49
5.2.1. Các thông số kết cấu ...................................................................... 49
5.2.2. Các thông số chẩn đoán ................................................................ 50
5.2.3. Mờ hoá các thông số chẩn đoán và kết cấu (giá trị ngôn ngữ) .... 53
5.2.4. Thiết lập ma trận chẩn đoán.......................................................... 58


iv
5.3. Ứng dụng phần mềm matlab chẩn đoán hệ thống cung cấ p nhiên liêụ
đô ̣ng cơ diesel trên xe tải cỡ nhỏ ................................................................. 60
5.3.1. Giới thiệu phần mềm matlab. ........................................................ 60
5.3.2. Soạn thảo các biến vào - ra. .......................................................... 62
5.3.3. Thuật toán hệ mờ chẩn đoán hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ
Diesel. ...................................................................................................... 71
5.3.4. Luật điều khiển – tri thức chẩn đoán tình trạng kỹ thuật của hệ
thống cung cấp nhiên liệu động cơ Diesel. ............................................. 72
5.3.5. Chọn thiết bị hợp thành ................................................................ 75
5.3.6. Tổng hợp kết quả .......................................................................... 76
5.4. Kiểm chứng sự phù hợp của hệ mờ và đối tượng ................................ 78
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................ 84
TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC



56

5.3

Ma trận chẩn đoán hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ diesel

58

5.4

60

5.5

Ma trận chẩn đoán logic mờ của hệ thống cung cấp nhiên liệu
động cơ diesel.
Biến mờ đánh giá hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ diesel

5.6

Tập mờ ngôn ngữ của biến công suất động cơ

64

5.7

Tập mờ ngôn ngữ của biến tiêu thụ nhiên liệu

64


69

5.15 Tập mờ ngôn ngữ của biến áp suất phun.

70

5.16 Tập mờ ngôn ngữ của biến độ không đồng đều

70

5.17 Các giá trị đo được trên xe thử

80

5.18 Kết quả đánh giá theo thực tế và chương trình

81

5.19 Các giá trị đo được trên xe thử

81

5.20 Kết quả đánh giá theo thực tế và chương trình

82

5.21 Các giá trị đo được trên xe thử

82

3.3

Hàm thuộc của tập hợp hai tập hợp có cùng không gian nền

22

3.4

Hàm thuộc của giap hai tập hợp có cùng không gian nền

23

3.5

Tập bù mạnh Ac của tập mờ A

24

3.6

Mô tả các giá trị ngôn ngữ bằng tập mờ

24

3.7

Minh họa quy tắc hợp thành

27


Các dạng hàm thuộc lựa chọn

54

5.3

Biến mờ theo công suất

55

5.4

Biến mờ theo độ đục khí xả

55

5.5

Màn hình chính của fuzzy

61

5.6

Màn hình soạn thảo Biến từ sub-menu Add Variable

62

5.7


68


vii
5.14 Biến mờ hư hỏng vòi phun

69

5.15 Biến mờ áp suất phun

69

5.16 Biến mờ thời điểm phun

70

5.17 Biến mờ độ không đồng đều

71

5.18 Hệ mờ chẩn đoán tình trạng kỹ thuật hệ thống cung cấp nhiên

71

liệu động cơ Diesel
5.19 Màn hình soạn thảo luật điều khiển từ sup-menu Rule

75

5.20 Quan hệ giữa độ giảm công suất và tăng lượng tiêu hao nhiên

Trong những năm gần đây, công tác chẩn đoán, bảo dững sửa chữa đã
thay đổi nhiều. Lý do của sự thay đổi này là kỹ thuật và công nghệ phát triển
dẫn tới sự đa dạng về chủng loại, số lượng và chất lượng của các loại máy
móc trên các phương tiện vận tải. Công suất của máy móc tăng lên nhiều,
máy móc phức tạp hơn, phạm vi ứng dụng cũng rộng rãi hơn và được ứng
dụng tại nhiều quốc gia, tính toàn cầu hóa ngày càng cao dẫn tới các thay đổi
về quan niệm và cách thức tổ chức, tiến hành chẩn đoán, bảo dưỡng sửa
chữa.
Sự thay đổi này thể hiện ở những kiến thức mới về chẩn đoán, bảo
dưỡng sửa chữa, đòi hỏi máy móc thiết bị làm việc an toàn hơn với con
người, độ chính xác của các quyết đinh chẩn đoán và đảm bảo những yêu
cầu về chất lượng chẩn đoán, bảo dưỡng sửa chữa, về tổ chức sửa chữa và
giá thành sửa chữa. Mặt khác những tiêu chuẩn về chẩn đoán, bảo dưỡng sửa
chữa ngày càng khắt khe cũng như các phương tiện và cách tiếp cận về chẩn
đoán, bảo dưỡng sửa chữa cũng thay đổi đáng kể trong thời gian gần đây.
Phương pháp chẩn đoán sửa chữa dựa trên ứng dụng lý thuyết tập mờ
ngày càng được sử dụng rộng rãi ở các nước trên thế giới bởi các lý do:
Thứ nhất: xác định được các sai hỏng của các hệ thống trên xe, các bộ
phận chi tiết trong động cơ mà không phải tháo rời các hệ thống, các bộ
phận, chi tiết;
Thứ hai: Độ chính xác của các quyết định chẩn đoán không phụ thuộc
nhiều vào các yếu tố như kinh nghiệm của người thợ, sức khỏe và các yếu tố
khách quan (môi trương, nhiệt độ, ...);
Thứ ba: Giảm chi phí sửa chữa.


2

Từ những lý do trên việc đưa những ứng dụng tin học vào trong lĩnh
vực chẩn đoán ở nước ta là một nhu cầu ngày càng trở lên cấp thiết đòi hỏi

thường diễn ra liên tục dưới tác động của một số nguyên nhân trong quá trình
làm việc:
- Ảnh hưởng của điều kiện làm việc: nhiệt độ, áp suất cao, làm việc
trong thời gian dài làm tăng độ mài mòn, suy giảm độ bền đối với các bộ phận
như bơm cao áp, vòi phun…
- Ảnh hưởng của điều kiện sử dụng: Môi trường sử dụng , nhiệt độ, độ
ẩm, bụi bẩn… và trình độ sử dụng là muốn nói đến yếu tố tác động của con
người, sự hiểu biết của người sử dụng.
- Ảnh hưởng của công nghệ, thiết kế và chế tạo: vật liệu, tính chính xác
ảnh hưởng lớn đến trạng thái kỹ thuật của các chi tiết, bộ phận, việc thiết kế
phải đảm bảo đơn giản tối ưu, thích hợp với việc bảo dưỡng và sửa chữa.
Từ những nguyên nhân trên, theo từng nguyên nhân mà mức độ hư hỏng
có khác nhau nhưng chắc chắn rằng hư hỏng xảy ra trong quá trình sử dụng là
không thể tránh khỏi. Công tác chẩn đoán kỹ thuật có thể đánh giá đúng tình
trạng kỹ thuật của động cơ và các bộ phận chi tiết của nó, có khả năng dự báo
chính xác những hư hỏng hoặc những sự cố có thể xảy ra, từ đó định ra các


4

chế độ bảo dưỡng sửa chữa thích hợp đảm bảo tuổi thọ, độ tin cậy cho động
cơ và các bộ phận của nó.
Hiện nay việc chẩn đoán kỹ thuật đang được áp dụng ở nước ta với mức
độ thấp, chỉ có một vài liên doanh lắp ráp và sửa chữa ô tô có cầu chẩn đoán
hoàn chỉnh; ở phần lớn các cơ sở sửa chữa, việc chẩn đoán dựa vào các thiết
bị chẩn đoán đơn lẻ, không đồng bộ và việc xử lý các thông tin để đưa ra kết
luận chẩn đoán hoàn toàn dựa vào chuyên gia. Độ chính xác của quyết định
chẩn đoán phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm của chuyên gia, nếu chuyên gia
có nhiều kinh nghiệm thì chẩn đoán gần đúng hơn và ngược lại, nếu chuyên
gia ít kinh nghiệm thì chẩn đoán dễ sai hơn.

lý những thông tin đó không? nhược điểm chính trong khi chẩn đoán là ở ranh
giới giữa các hỏng hóc thì các chuyên gia không ít nhiều đều phụ thuộc vào
kinh nghiệm thực tiễn, thường hay xảy ra những sai lầm trong những chẩn
đoán và điều trị những hư hỏng thuộc biên. Đối với những trường hợp biên (
khó chẩn đoán rõ ràng), lý thuyết tập mờ cung cấp những công cụ thích hợp
và rất gần thực tế.
1.2.Tình hình nghiên cứu, ứng dụng lý thuyết mờ trong chẩn đoán
1.2.1. Ứng dụng lý thuyết tập mờ trong chẩn đoán trên thế giới
Năm 1965, giáo sư Lofit A. Zadeh [14] đã đưa ra ý tưởng xây dựng cơ sở
tính toán cho suy luận mờ và lý thuyết mờ do ông đề ra đã được trình bày trong
nhiều tài liệu và sẽ được ứng dụng để xây dựng lên mô hình trợ giúp chẩn đoán
kỹ thuật nói trên.Việc sử dụng lý thuyết này có những ưu điểm sau:
- Cho phép sử dụng các thông tin định tính, dạng ngôn ngữ
- Sử dụng logic suy diễn gắn liền với tri thức con người.
Kể từ đó logic mờ và công nghệ mờ phát triển mạnh mẽ, trong đó phải
kể đến dự án LIFE ( the Laboatry for International Fuzzy Enginneering) 1989
– 1995 do giáo sư T.Terano ( Tokyo Institute of Technology - Japan) điều
hành [15]


6

Những ứng dụng đầu tiên về điều khiển mờ của nhóm tác giả Mandani
và Assklian năm 1974 [16]. Tiếp đó logic mờ được ứng dụng cho điều khiển
lo nung xi măng của Larsen (1980) [17] ; quản lý bãi đỗ xe của Sugeno
(1984) [18]; điều khiển nhà máy nước của Yagshita (1985) [19]; điều khiển
hệ thống giao thông ngầm, quản lý thang máy của Fụitec (1988) [20]; điều
hiển hệ thống năng lượng và phản ứng hạt nhân của Bernard (1988); điều
khiển máy bay trực thăng của Sugeno ( 1990) [21]…
- Ứng dụng lý thuyết tập mờ trong chẩn đoán trong nước.

Diesel dùng logic mờ
2.2.2. Phạm vi nghiên cứu.
Hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ Diesel trên xe tải nhỏ
2.3. Nội dung nghiên cứu
Tìm hiểu khả năng ứng dụng lý thuyết tập mờ trong công tác chẩn
đoán nói chung.
Tìm hiểu sự biến đổi trạng thái kỹ thuật của hệ thống cung cấp nhiên liệu
động cơ Diesel trong quá trình khai thác, và khả năng biểu thị chúng bằng thông
tin mờ.
Xây dựng mô hình hệ luật trợ giúp chẩn đoán tình trạng kỹ thuật của hệ
thống cung cấp nhiên liệu động cơ Diesel dựa vào lý thuyết tập mờ.
2.4. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết, thực nghiệm kiểm chứng và mô phỏng trên máy
tính.


8

Trong rất nhiều vấn đề vần khảo sát, nghiên cứu khi mà đối tượng không
thể mô tả bởi một mô hình toán học hoặc có thể mô tả được song mô hình của nó
quá phức tạp, cồng kềnh, khó ứng dụng, thì logic mờ( fuzzy logic) lại chiếm ưu
thế rõ rệt.
Trong khai thác hệ thống nhiên liệu Diezen, người sử dụng thường chỉ
dựa vào kinh nghiệm để điều khiển quá trình công tác của động cơ. Khi một
yếu tố khai thác nào đó thay đổi làm suy giảm các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của
động cơ, người sử dụng không hoàn toàn dựa trên mô hình toán học để khai
thác động cơ mà dựa trên kinh nghiệm của mình để làm điều đó. Kinh nghiệm
được rút ra từ các hiện tượng đã xảy ra, nhưng rõ ràng chỉ được đúc rút đúng
khi người sử dụng có kiến thức cơ bản (tức các mô hình toán). Như vậy, bằng
tư duy logic của con người, kiến thức cơ bản và các mô hình toán học, cơ sở

3.1.Chẩn đoán kỹ thuật
3.1.1. Mục đích, ý nghĩa của chẩn đoán kỹ thuật
Mục đính của chẩn đoán kỹ thuật là một hình thức tác động kỹ thuật vào
quá trình khai thác sử dựng nhằm đảm bảo cho máy hoạt động có độ tin cậy,
an toàn và hiệu quả cao bằng cách phát hiện và dự báo kịp thời các hư hỏng
và tình trạng kỹ thuật hiện tại của máy.
Ý nghĩa của chẩn đoán kỹ thuật là phát hiện kịp thời và dự đoán trước
được các hư hỏng có thể xẩy ra, nâng cao tính tin cậy và an toàn của máy;
Nâng cao độ bền lâu, giảm chi phí về phụ tùng thay thế, giảm được độ hao
mòn các chi tiế do không phải tháo rời các tổng thành; Giảm được tiêu hao
nhiên liệu, dầu nhờn do kịp thời điều chỉnh các bộ phận đưa về trạng thái tôi
ưu; Giảm giờ công lao động cho công tác bảo dưỡng kỹ thuật và sửa chữa.
3.1.2.Các khái niệm và định nghĩa trong chẩn đoán kỹ thuật
3.1.2.1.Các định nghĩa cơ bản
Hệ thống chẩn đoán : Là hệ thống tổ chức được tạo nên bởi công cụ
chẩn đoán và đối tượng chẩn đoán với mục đích xác định trạng thái kỹ thuật
của đối tượng chẩn đoán. Qua việc xác định trạng thái kỹ thuật tức thời có thể
đánh giá chất lượng hiện trạng những sự cố đã xẩy ra và khả năng sử dụng
trong tương lai
Công cụ chẩn đoán : Là tập hợp các trang bị kỹ thuật, phương pháp và
trình tự để tiến hành phân tích và đánh giá tình trạng kỹ thuật. Công cụ chẩn
đoán có thể là trang bị kỹ thuật có sẵn của đối tượng chẩn đoán, hay là các
trang bị độc lập. Nó có thể là cảm nhận của con người, sự phân tích đánh giá
của các chuyên gia, các cảm biến có sẵn, các bộ vi xử lý, các phần mềm tính
toán, các màn hình hoặc tín hiệu giao diện…


11

Đối tượng chẩn đoán: Là đối tượng áp dụng chẩn đoán kỹ thuật. Đối

vẫn còn khả năng làm việc.
- Hgh : là giá trị tới hạn của thống số kết cấu, là thời điểm máy, tổng
thành mất hoàn toàn khả năng làm việc, không thể hoàn thành chức năng tối
thiểu quy định.
- 0T1: thời gian làm việc không hỏng.
- T1T2: thời gian làm việc có trục trặc.
- T: thời gian làm việc

Hình 3.1. Tương quan giữa thông số kết cấu và thời gian làm việc
Ngoài việc đánh giá thông số kết cấu bằng giá trị trong thực tế có thể
dùng ở dạng %. Các giá trị H0, Hcp, Hgh trên được gọi là ngưỡng của thông số
kết cấu.


13

Quy luật thay đổi trạng thái kết cấu theo thời gian làm việc là một quy
luật phức hợp, phụ thuộc nhiều yếu tố. Để xác định được quy luật này cần có
biện pháp thông kê và có thể dùng các hàm gần đúng để biểu diễn.
Như vậy: Thông số kết cấu là thông số dùng để đánh giá trạng thái kỹ thuật
của đối tượng chẩn đoán thông qua giá trị của nó tại một thời điểm nhất định
Khi thông số kết cấu có giá trị từ H0  Hcp đối tượng ở trạng thái tốt. Khi
thông số kết cấu có giá trị từ Hcp  Hgh đối tượng xuất hiện triệu chứng hư hỏng.
Khi thông số kết cấu có giá trị lớn hơn Hgh đối tượng mất hoàn toàn khả
năng làm việc.
Ví dụ như Mòn kim phun là một thông số kết cấu và được đánh giá qua
độ mòn, với mỗi độ mòn khác nhau có thể có các kết luận về tình trạng kỹ
thuật là khác nhau ( tốt, được , xấu, rất xấu, hỏng).
Các thông số kết cấu nằm tron các cụm, tổng thành nếu tháo rời có thể
đo đạc xác định nhưng khi không tháo rời thì việc đo đạc để xác định là khó

quan hệ H=f(B), trong đó chúng ta lại cần thiết có quan hệ của H, B với thời
gian làm việc. Đây là những hàm đa biến không dễ giải bằng các bài toán đại
số thông thường. Tốt nhất vẫn sử dụng các thực nghiệm thống kê để giải
quyết. Song trong nhiều trường hợp không thể xác định nhanh chóng bằng
thực nghiệm để tìm ra quy luật. Vì vậy, chẩn đoán chỉ có thể xác định gần
đúng các trạng thái của chúng.
3.1.3 Các phương pháp chẩn đoán:
Theo [2] có 3 phương pháp chẩn đoán:
- Phương pháp chẩn đoán bằng mô hình hoá thống kê;
- Phương pháp chẩn đoán tương tự;
- Phương pháp chẩn đoán chuyên gia.
Phương pháp chẩn đoán bằng mô hình hoá thống kê: theo phương pháp
này dựa trên những tài liệu thống kê theo thời gian, người ta xây dựng mô
hình tính toán xác định tình trạng kỹ thuật của đối tượng.


15

Phương pháp chẩn đoán tương tự: cơ sở của phương pháp này là sự phát
triển của những quá trình hay những hiện tượng đã biết để nghiên cứu đối
tượng chẩn đoán bằng cách phân tích và mô phỏng những động tác tương
đương của đối tượng đã biết và đối tượng cần chẩn đoán.
Đó là phương pháp dựa trên sự thống nhất tự nhiên được tìm thấy trong
sự giống nhau đối với những lĩnh vực khác nhau của hiện tượng.
Phương pháp chẩn đoán chuyên gia: là phương pháp chẩn đoán dựa trên
cơ sở xử lý ý kiến của các cán bộ khoa học có nhiều kinh nghiệm trong lĩnh
vực nghiên cứu. Nhược điểm của phương pháp này là chịu ảnh hưởng nhiều
của tính chủ quan và việc tổ chức, phân loại đánh giá chuyên gia.
3.1.4. Sơ đồ quá trình chẩn đoán
Công nghệ chẩn đoán được thiết lập trên cơ sở mục đích của bài toán đặt