基于HPO-SVM的拖拉机柴油机故障诊断研究

作者：周俊博; 肖茂华; 朱烨均; 宋宁; 张婕

来源：南京农业大学学报, 2022, 1-11.

• 农业机械
• 柴油机
• 故障诊断
• 支持向量机
• PSO算法
• GWO算法
• HPO算法

[目的]针对传统机器学习在拖拉机柴油机故障诊断应用中的局限性，本研究提出一种HPO-SVM（Hybrid Population Optimization-Support Vector Machine）拖拉机柴油机故障诊断模型。[方法]首先，采用SVM（Support Vector Machine）作为故障诊断模型的基体，针对SVM优化问题，以PSO（Particle Swarm Optimization）和GWO（Grey Wolf Optimization）算法为基础提出了HPO（Hybrid Population Optimization）算法对SVM的重要参数c、g进行优化；然后，分析柴油机的故障机理，确定反映故障发生的数据信号；最后，基于CAN（Controller Area Network）总线和Arduino UNO-MCP 2551组合模块采集潍柴WP6型拖拉机柴油机传感器信号数据对HPO-SVM的性能进行测试，并将测试结果与SVM、PSO-SVM（Particle Swarm Optimization-Support Vector Machine）、GWO-SVM（Grey Wolf Optimization-Support Vector Machine）、GWOPSO-SVM（Grey Wolf Optimization Particle Swarm Optimization-Support Vector Machine）、LWD-QPSO-SOMBP（Linear Weight Decrease-Quantum Particle Swarm Optimization-Self Organizing Maps Back Propagation）神经网络的测试结果进行对比。[结果]相比于其他4种SVM模型，HPO-SVM充分发挥了GWO算法和PSO算法在SVM参数寻优方面的优势，故障诊断准确率大幅度提升，相比于SVM，诊断总准确率由80.00%上升至100.00%，上升了20.00%；HPO算法提高了单种群优化算法的寻优性能，相较于PSO算法，HPO算法最佳适应度由70提升至90，提高了22.22%，达到最佳适应度时的迭代次数由105下降至27，下降了74.29%；为避免偶然性对5种SVM模型采取了6次重复试验，试验结果表明，相较于其他4种模型HPO-SVM模型的性能更稳定，HPO-SVM的6次诊断总准确率均为100.00%；HPO-SVM采用SVM作为故障诊断模型，缓解了优化算法的寻优压力，提高了模型的效率，相比于LWD-QPSO-SOMBP神经网络，HPO-SVM模型的运行时间由45 s降低至15 s，下降了66.67%。[结论]本文研究可为高效率拖拉机柴油机故障诊断提供参考。

• 单位
  南京农业大学