在傳統(tǒng)方式下，要分析電動執(zhí)行器的某些技術(shù)性能，都是直接通過手工對電動執(zhí)行器作性能測試，如今在一些使用電動執(zhí)行器的工業(yè)現(xiàn)場，大都是技術(shù)人員根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)結(jié)合理論知識進(jìn)行測試，既浪費(fèi)時間，測試效果又不甚理想。在計算機(jī)日益普及的情況下，就有必要借助計算機(jī)來分析和測試這些主要的性能指標(biāo)。

     本系統(tǒng)是利用美國吉時利公司生產(chǎn)的Keithley2000型數(shù)字萬用表采集電動執(zhí)行器的位置反饋電流信號，通過工控機(jī)的RS-232串行接口將數(shù)據(jù)送入計算機(jī)，采用VB6.0的MSComm串行通信控件編程實(shí)現(xiàn)信號的采集。然后通過MathWorks公司的MatrixVB forVB軟件，畫出采集信號的曲線圖，并進(jìn)行擬合分析，得到反映系統(tǒng)狀態(tài)的性能參數(shù)，從而有效地進(jìn)行診斷。圖1是數(shù)據(jù)采集的硬件接線圖，多路繼電器開關(guān)，它是通過一個ISA插卡同工控機(jī)相連，然后在工控機(jī)上發(fā)送相應(yīng)指令控制其繼電器點(diǎn)的開斷，以達(dá)到控制電???信號源的通斷功能。為了減小在信號源通斷時刻所增加位置反饋的干擾，在線路連接上我們做了改進(jìn)，即在斷開信號源時候不是使電流信號源提供給伺服放大器輸入端的信號開路，而是閉合繼電器開關(guān)使其處于短路狀態(tài)，這樣就減小了在線路上額外增加的外界信號干擾。

      2 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能診斷

     2.1 網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)規(guī)則

     我們選用的自組織競爭型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，是一種無教師示教，具有自組織功能的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)通過自身訓(xùn)練，能自動對輸入模式進(jìn)行分類，并且可根據(jù)曾經(jīng)見過的模式，識別出當(dāng)前模式，做出*鄰近的分類，即以競爭獲勝的神經(jīng)元節(jié)點(diǎn)來表述分類結(jié)果。

      2.2 電動執(zhí)行器狀態(tài)診斷

     根據(jù)現(xiàn)場的經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)的結(jié)論，把影響電動執(zhí)行器工作狀態(tài)的特征參數(shù)進(jìn)行分類，并根據(jù)這些分類的組合把執(zhí)行器的工作狀況分為健康狀態(tài)、亞健康狀態(tài)和病態(tài)，從模式識別的角度看，狀態(tài)診斷的任務(wù)就是識別執(zhí)行器在工作時處于哪一種工作狀態(tài)。如果所研究的系統(tǒng)有較豐富的狀態(tài)信息，那么就可以利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對它們進(jìn)行學(xué)習(xí)，用得到的參數(shù)映射系統(tǒng)所處于的狀態(tài)。

       2.2.1 系統(tǒng)原理

     判斷一個電動執(zhí)行器的好壞是要對它的一些特性參數(shù)進(jìn)行分析。用基于串行通信的數(shù)據(jù)采集裝置可對電動執(zhí)行器的參數(shù)信息進(jìn)行采集。把采集過來的信號用線性*小二乘擬合，通過計算就可以得到電動執(zhí)行器的一些主要特性指標(biāo)，如純滯后時間、上升率、下降率、死區(qū)、回差以及靜差。

     2.2.2電動執(zhí)行器狀態(tài)集

    診斷的基礎(chǔ)首先是要確定電動執(zhí)行器的狀態(tài)集，也就是說要看電動執(zhí)行器有哪些常見的典型狀態(tài)，發(fā)生這些狀態(tài)的原因是什么，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和理論分析，將常見電動執(zhí)行器的系統(tǒng)狀態(tài)分為11種典型模式，記為u_i（i＝1，2，…，11）；并提取18個征兆，征兆x_j（j＝1，2….18）定義為：，1為征兆存在，0為征兆不存在。j＝1，2，…，18

     根據(jù)前面所述的參數(shù)分類，把系統(tǒng)狀態(tài)對應(yīng)的參數(shù)進(jìn)行分類。電動執(zhí)行器典型狀態(tài)集見圖3。表中對執(zhí)行器的病態(tài)（故障狀態(tài)）列出了常見的故障原因，具體修復(fù)可參考說明書。亞健康狀態(tài)的對應(yīng)處理方法與病態(tài)基本上是一致的，只是處理程度的大小而已。

圖3 電動執(zhí)行器典型狀態(tài)集

     2.2.3電動執(zhí)行器狀態(tài)的診斷

    有了系統(tǒng)的狀態(tài)集就可以采用特定的手段對它進(jìn)行診斷了，基于電動執(zhí)行器的智能狀態(tài)診斷，大多數(shù)是建立在理論分析的基礎(chǔ)上，本文以實(shí)物為診斷模型，利用前面介紹過的分類性能優(yōu)良的自組織競爭型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對電動執(zhí)行器進(jìn)行狀態(tài)診斷。

    根據(jù)自組織競爭型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的原理，先確定網(wǎng)絡(luò)的輸入向量和輸出向量。把征兆向量X_j（j＝1，2，…，18）作為輸入，對應(yīng)的系統(tǒng)狀態(tài)作為輸出，把X_j作為輸入層神經(jīng)元的輸人，即18個輸入節(jié)點(diǎn)（分別對應(yīng)18種狀態(tài)）構(gòu)成輸人層，11個輸出節(jié)點(diǎn)（分別對應(yīng)11種狀態(tài)）構(gòu)成輸出層，當(dāng)某個節(jié)點(diǎn)輸出為1時，代表發(fā)生了相應(yīng)的狀態(tài)，可外接顯示設(shè)備，及時反映電動執(zhí)行器的狀態(tài)。

    按照自組織競爭型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的原理，用VB進(jìn)行編程，學(xué)習(xí)率取0.01，學(xué)習(xí)過程的次數(shù)反映了網(wǎng)絡(luò)對樣本的分離情況，實(shí)踐表明，經(jīng)過2000次的訓(xùn)練，網(wǎng)絡(luò)完全將各種狀態(tài)分離出來，對應(yīng)的權(quán)值大小適中，因?yàn)楦偁幘W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和算法都較簡單，訓(xùn)練耗時也很少。

    網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練好以后，就可以進(jìn)行診斷了，把權(quán)值讀入，根據(jù)自組織競爭型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的勝出規(guī)則，判別電動執(zhí)行器常見的11種狀態(tài)。

     2.3狀態(tài)診斷的軟件實(shí)現(xiàn)

    本軟件包以智能診斷模塊為核心，數(shù)據(jù)庫模塊為后臺，利用數(shù)據(jù)采集和曲線分析兩個模塊的功能對電動執(zhí)行器進(jìn)行狀態(tài)分析，并*終實(shí)現(xiàn)電動執(zhí)行器的狀態(tài)診斷。

     當(dāng)利用MatrixVB繪制好曲線后，就選定擬合區(qū)間對曲線進(jìn)行擬合。它把非線性的曲線分段線性化，便于進(jìn)行參數(shù)計算，也就是說通過曲線分析模塊得到一系列反映電動執(zhí)行器狀態(tài)的參數(shù)，也就是前面所介紹的純滯后時間、上升率、下降率、死區(qū)、回差以及靜差，把這些參數(shù)放入智能診斷模塊用自組織競爭型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行診斷，就可判別執(zhí)行器現(xiàn)在的狀態(tài)，并把結(jié)果顯示到操作界面。

     3程序應(yīng)用測試和評價

    為了驗(yàn)證該軟件包的實(shí)用性和可靠性，對兩臺已經(jīng)知道其狀態(tài)的電動執(zhí)行器進(jìn)行診斷，其中一臺性能完好、另一臺靈敏度差，反應(yīng)為延時較大。使用軟件包的數(shù)據(jù)采集功能，對兩臺電動執(zhí)行器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并把數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)庫，然后利用曲線分析模塊把采集到的數(shù)據(jù)用曲線的形式形象地表現(xiàn)出來，再經(jīng)過擬合，求出能夠反映出電動執(zhí)行器狀態(tài)的參數(shù)。其中健康的電動執(zhí)行器的數(shù)據(jù)曲線圖經(jīng)擬合后如圖4所示，再經(jīng)分析后，把參數(shù)顯示到操作初始界面的“執(zhí)行器特性參數(shù)區(qū)”，把診斷的結(jié)果顯示到“狀態(tài)分析區(qū)”；同理，對另一臺執(zhí)行器進(jìn)行診斷，得到這臺執(zhí)行器處于亞健康狀態(tài)。它的純滯后時間過大，參照電動執(zhí)行器的說明書可以找到對應(yīng)的解決辦法。

     由此可見，該軟件明確診斷出電動執(zhí)行器所處的狀態(tài)，并給出狀態(tài)參數(shù)，具有較高的實(shí)用價值。在軟件測試過程中，對多臺電動執(zhí)行器進(jìn)行了多次診斷，并根據(jù)理論人為地制造了多種故障數(shù)據(jù)作為測試樣本，試驗(yàn)表明，診斷結(jié)果可靠、有效，實(shí)現(xiàn)了*初設(shè)想和實(shí)用功能。