基于粒子群算法优化支持向量机汽车故障诊断研究

分 类 间隔 ， 少 了误差 积 累 ， 而优 化 了 多级 二叉树 结构 的 Ｓ Ｍ， 减 从 Ｖ 实现 故 障 的分级 诊 断 。仿 真 实验 结 果表 明 ， 提
出的算 法在所 有参 比模 型 中精 度 最 高， 高效地 对 汽车 系统 的故 障进行检 测 与定位 ， 能 具有 较 强的 泛化 能 力 ， 同时
第２ ９卷 第 ２期
２１ ０ ２年 ２月
计 算 机 应 用 研 究
Ａｐ ｌ ａ ｉｎ Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｏ ｕ ｅ ｓ ｐ ｉ ｔ ｓ ａ ｃ ｆ Ｃ ｍｐ ｔｒ ｃ ｏ
Ｖｏ ． ９ Ｎｏ ２ １２ ．
Ｆｂ２ ２ ｅ ． ０１
基 于粒 子 群 算 法 优 化 支 持 向量 机 汽 车 故 障诊 断研 究
发 的计算机系统模 型。它特别适 合对具有异步 、 离散 、 并发 、 同
收 稿 日期 ：２ １— ７ １ ；修 回 日期 ：２ １— ８ ３ ０ １０ － ８ ０ １０ －０
力， 同时缩短 了故 障诊断时间 。
作 者简介 ：余梓唐（ ９ ６ ） 男， 江义乌人 ， １６ ． ， 浙 讲师 ， 硕士 ， 主要研 究方 向为智能计算 、 模式识 别等 （ｚ ｗ＠ｙ ｕ ｃ ） ｙｔ ｙ ｗ ． ｎ
Ａｕ ｏ ｔｖ ａ ｌ ｄａ ｎ ｓｓｂ ｓ ｄ ｏ ＶＭ ｎ ａ ｔｃｅ ｓ ｒ ａｇ ｒｔ ｍ ｔｍｏｉｅ ｆｕ ｔ ｉｇ ｏ ｉ ａ ｅ ｎ Ｓ ａ ｄ ｐ ｒｉｌ ｗａ ｍ ｌｏ ｉ ｈ
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余梓唐
（ 义鸟 工商职 业技 术 学院 机 电信 息分 院 ，浙 江 义 乌 ３ ２ ０ ） ２００
摘 要 ：汽车 故 障检 测 和诊 断技 术一 直是 国 内外研 究热点 问题 。 支持 向 量机 用于 汽车故 障诊 断 时 ， 多分 类 组 其 合 决策对 分 类正确 率及诊 断 时 间有很 大影响 ， 了有效提 高汽 车 系统 故 障诊 断 的 效 率和 精度 ， 出 了一 种 基 于 为 提 粒子 群算 法优化 层 次 支持 向量机 汽车 故障诊 断检 测方 法 。针 对 分解 支持 向量机 具有 测试 时 间短 、 结构 难 以确 定 的特 点 ， 用粒 子群算 法 ， 利 依据 最 大 间隔距 离原则优 化 层 次支持 向量机 模 型 ， 每 个节 点的 支持 向量 机 具有 最 大 使
次支持向量机汽车故 障诊断检 测方 法。针对 分解支 持 向量机
具有 测试 时间短 、 构难 以确定 的特点 ， 结 本文利用粒子群算 法 ，
依据 最大间隔距离原则优化层次 支持向量机模型 ， 每个节点 使
的支持 向量机具有最大分类 间 隔 ， 减少 了误 差积 累 ， 而优 化 从
分析 出这些异常行为之 间的因果 关系 ， 出故 障的原 因。Ｐ ｔ 找 ｅｉ ｒ 网是 一种严格 的数学模 型 ， 其主要是对离散并行 系统的数学表
缩短 了故 障诊 断 时间 。
关键 词 ：粒子群 算 法 ；支持 向量 机 ； 车故 障诊 断 ； 汽 遗传 聚类
中图分类 号 ：Ｔ￣０ ｔ １ 文献标 志码 ：Ａ 文章 编号 ：１０ — ６ ５ ２ １ ） ２ ０ ７ ． ３ ０ １３９ （０２ ０ ．５２０
ｄｉ１ ．９ ９ ｊｉ ｎ １０ ．６ ５ ２ １ ．２ ０ ５ ｏ ：０ ３ ６ ／．ｓ ．０ １ ３ ９ ．０ ２ ０ ．４ ｓ
步等 行为的系统进行表示和分析 ， 已在故 障诊 断领域 得到广泛
０ 引言
机械故障诊断是一 种了解和掌握机器在运行过 程的状态 ， 确定 其整体或局部正 常或异 常 ， 期发 现故 障及其原 因 ， 早 并能 预报 故障发展趋势 的技术 。油液监测 、 振动监测 、 噪声监测 、 性 能趋 势分析和无损探 伤等 为其主要 的诊 断技术 方式 。诊 断技 术发展几十年来 ， 产生 了巨大 的经 济效 益 ， 为各 国研究 的热 成 点。利用各种检查 和测试 方法 ， 发现 系统 和设 备是否存在故 障 的过程是故 障检测 ； 而进一步确定故 障所在大致部位 的过程是 故障定位 。故 障检 测 和故 障定 位 同属 网 络生 存 性 范 畴 － － ’ 。
示 ，９ ０年 由卡尔 ・ ・ 特里发明 的， 合于描述 异步 的、 １６ Ａ 佩 适 并
了多级二 叉树结构 的 Ｓ Ｍ， 现故 障 的分级 诊 断。仿 真实 验 Ｖ 实
结果表 明 ， 本文提 出的算 法在 所有参 比模 型 中精 度最 高 ， 能高 效地对 汽车系统 的故 障进 行检 测 与定 位 ， 具有 较 强 的泛化 能
应用 。张 胎哲等人 提出采用蚁群算法 和 Ｐ ｔ 网对柔性 系统 ｅｉ ｒ 故 障进行 诊断 ， 可以实现对柔性制造系统 中操作 过程 进行动态 调度 ， 但没有给 出诊 断 的具 体推 理 步骤 。王 罗 等人 提 出 了 神经 网络汽车故障检测进行 推理 ， 并使用优先级 表示优先诊断 和处 理严重程度高 的故 障 ， 每个 故障 的原 因赋予一个 权值 ， 对 但权 值的赋予需要专家 系统 的经 验 ， 具有很 强的依赖性 。 传统的支持 向量机用 于汽车故障诊断时 ， 多分类组合决 其 策对 分类 正确率及诊断 时间有很 大影响 ， 了有 效提高汽车系 为 统故 障诊断的效率和精度 ， 出了一种基 于粒 子群算 法优化层 提
Ａｂｓｒ ｃ ： Ａｕ ｏ ｂｉ ａ ｈ ｄ ｔ ｃｉｎ ａ ｄ ｄ ａ ｎｏ ｉ ｅ ｈｎ ｌｇ ｓｂｅ ｎ ａ ｒ ｓ ａ ｃ ｈｏｓ ｔ Ｓｕ ｐｏｔｖ ｃｏｒｍａ ｈ ｎ ｅ ｎ ｔａ ｔ ｔ ｍｏ ｌ ｆ ｕ ｅ ｅ ｔｏ ｎ ｉｇ ｓｓ ｔｃ ｏｏ ｙ ｈａ ｅ ｅ ｅ ｒｈ ｔｐｏ ． ｅ ｐ ｒ ｅ ｔ ｃ ｉ ｅ ｕｓ ｄ ｉ ａ ｏ ｕｔｍｏｂｌ ａ ｔ ａ ｎ ｓｓ， ｔ ｃ ａ ｓｆｃ ｔｏ ｄｅ ｉｉ ｏ ｔ ｒ ｔ ｏ ｏ ｒ ｃ ｃ ａ ｓｆｃ ｔｏ ａ ｄ ｉ ｇ ｓｓ ｉ ｈ ｖ ｇｅ ｔ ｉｅ ｆｕｌ ｄｉｇ ｏ ｉ ｈｅ ｌｓ ｉ ａ ｉｎ ｉ ｃ ｓｏｎ ｎ ｈｅ ａ ｅ ｆ ｃ ｒｅ ｔ ｌｓ ｉ ａ ｉｎ ｎ ｄ ａ ｎｏ ｉ ｔｍｅ ａ ｅ ｒ ａ ｉ ｉｆｕｅ ｃ ． Ｉ ｒ ｅ ｏ ｅｆ ｃｉｅｙ ｉ ｒ ｖ ｈｅ ａ ｏ ｂｉｅｆ ｕ ｔｄ ａ ｎｏ ｉ ｆ ｃｅ ｙ ａ ｃ ｕｒ ｃ ｎ ｌ ｎ ｅ ｎ ｏ ｄ ｒｔ ｆｅ ｔ ｌ ｍｐ ｏ ｅ ｔ ｕｔｍｏ ｌ ａ ｌ ｉ ｇ ｓｓｅ ｉｎｃ ｎｄ ａ ｃ ａ ｙ，ｔ ｓｐａ ｅ ｒ ｐ ｓ ｄ ａｍ ｅｈ ｄ ｖ ｉ ｈｉ ｐ ｒｐ ｏ ｏ ｅ ｔ ｏ ｂ ｓ ｄ ｏ ａ ｉｌ ｗａ ｍ ｐｔｍｉａｉ ｌｏ ｉｈ ｆｒ ｈ ｅ ａｃ ｃ ｌｓ ｐ ｒ ｅ ｔｒ ｍａ ｈ ｎ ａ ｌ ｉｇ ｓｓ ｄｅｅ ｔｏｎ ｍｅｔｏ ａ ｅ ｎ ｐ ｒ ｃ ｅ ｓ ｒ ｏ ｉ ｚ ｔｏｎ ａｇ ｒｔ ｍ ｏ ｉ ｒｒ ｈｉａ ｕｐ ｏ ｖ ｃｏ ｃ ｉ ｅ ｆ ｕｔ ｄａ ｎｏ ｉ ｔ ｃｉ ｔ ｔ ｈ ｄ． Ａｃ — ｃ ｒ ｎ ｏ ｔｅ ｄ ｃ ｍｐｏ ｉｉｎ ｓ ｐｏｔｖ ｔ ｒｍ ａ ｈｉ ｓｓ ｏ ｔｔｓ ｉ ｏ ｄｉｇ ｔ ｈ ｅ ｏ ｓｔｏ ｕｐ ｒ ｅｃｏ ｃ ｎｅｈａ ｈ ｒ ｅｔｔｍｅ，ｉ ｆ ｃ ｔｔ ｏ ｆｒ ｔ ｅ ｓｒ ｔ ｒ ｈ ｒ ｃｅ ｉｔｃ ．ｔ ｓ Ｓｄｉ ｕｌ ｏｃ ｎ ｉｍ ｈ ｔｕｃｕ ｅ ｃ ａ ａ ｔｒｓｉ ｓ ｈｉ ｉ ｐ ｐ ｒｕｓ ｄ ｔ ｅ ｐａ ｉｌ ｗａｍ ｌｏ ｔ ｍ ，ｂ ｓ ｄ ｎ ｔ ｅ ｍ ａ ｉ ｍ ｉｔｎｃ ｒｎ ｉｌ ｐ ｉ ｚ ｔｏ ｆｈ ｅ ａｃ ｃ ｌｓ ｐｐ ｒ ｅ ｔ ｒ ａ ｅ ｅ ｈ ｒ ｃ ｅ ｓ ｒ ａｇ ｒ ｈ ｔ ｉ ａ ｅ ｏ ｈ ｘ ｍｕ ｄ ｓａ ｅ ｐ ｉ ｃｐ ｅ ｏ ｔｍｉａ ｉｎ ｏ ｉ ｒ ｒｈｉａ ｕ ｏ ｔｖ ｃｏ ｍａ ｈ ｎ ｄｅ ， Ｓ ｈａ ａ ｈ ｎｏ ｅ ｏ ｈ ｕｐ ｏｒ ｅ ｔ ｒｍａ ｈ ｎ ｄ ｔ ｘｍａ ｒ ｉ ｌ ｓ ｉ ｃ ｔｏ ｃ ｉ ｅ ｍｏ １ Ｏ ｔ ｔｅ ｃ ｄ ｆｔ ｅ ｓ ｐ ｔｖ ｃｏ ｃ ｉ ｅ ｈａ ｈｅ ｍａ ｉ ｌｍａ ｇｎ ｃａ ｓｆ ａｉｎ，ｒ ｄｕ ｅ ｈ ｒｏ ｅ ｉ ｅ ｃ ｄ ｔ ｅ ｅ ｒ ｒａ — ｃ ｕｍｕｌｔｏ ａｉ ｎ．ｔ ｓｏ ｉ ｚ ｄ ｔ ｈｉｅ ｅ ｉ ｒ ｒ ｅ ｓｒ ｃｕｒ ｆＳ ｈｕ ｐｔｍｉｅ ｈｅ ｍｕ ｌｖ ｌｂｎａ ｙｔｅ ｔｕ ｔ ｅ ｏ ＶＭ ．ｔ ｅ ｌｚ ａ ｔｈｅ ａ ｃ ｃ ｌｄ ａ ｎ ｓｓ ｏ ｒ ａｉｅ ｆｕｌ ｉｒ ｒ ｈｉａ ｉ ｇ ｏ ｉ ．Ｔｈｅ ｓｍｕ ａｉｎ ｉ ｌｔｏ ｒ ｕ ｔ ｈ ｗ ｈａ ｈｅ ｐ ｏ ｓ ｄ ａｇ ｒｔ ．ａ ｔ ｅ ｒ ｆｒ ｎ ｅ ｍｏ ｅ ｆｔ ｅ ｈ ｇ ｅ ｔａ ｃ ｒ ｃ ｅｓ ｌｓ ｓ ｏ ｔ ｔｔ ｒ ｐｏ ｅ ｌｏ ｉｈｍ Ⅱ ｈ ｅｅ ｅ ｃ ｄ ｌｏ ｈ ｉ ｈ ｓ ｃ ｕ ａ ｙ．ｃ ｎ ｂｅ ｅ ｃｅｎ ｏ ｕｏ ａ ｆ ｉ ｔｆ ｒａ ｔｍｏｂｌ ｙ — ｉ ｉｅ ｓ ｓ ｔｒ ａ ｌ ｅ ｅ ｔ ｎ ｏ ａｉ ｎ． Ｔ ｓ ａｇ ｒｔ ｍ ａ ｔｏ ｇ ｇ ｎ ｒ ｌｚ ｔｏ ｂｉｉｙ，ａ ａ ｈ ｒｅ ｈｅ ｔｍｅ ｏ ａ ｌ ｉ ｇ ｏ ｉ． ｅ ｆ ｕｔｄ ｔ ｃｉ ａ ｄ ｌｃ ｔｏ ｎ ｏｎ ｈｉ ｌｏ ｉｈ ｈ ｓｓｒ ｎ ｅ ｅ ａ ｉａ ｉｎ ａ ｌｔ ｎｄ ｃ ｎ ｓ ｏ ｎ ｔ ｉ ｆｆ ｕｔｄ ａ ｎ ｓｓ ｔ Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｄｓ： ｐ ｒｉｌ ｗａ ｍ ｌｏ ｉｈｍ ； ￣ ｐｐ ｒ ｅ ｔｒｍ ａ ｈｎｅ；ｆ ｕ ｔｄ ａ ｎ ｓｓ ｇ ｅｉ ｌ ｔｒｎ ａ ｃｅ ｓ ｒ ａｇ ｒｔ ｔ ｕ ｏｔｖ ｃ ｏ ｃ ｉ ａ ｌ ｉ ｇ ｏ ｉ ； ｅｎ ｔｃ ｃｕｓｅ ｇ ｉ
第 ２期
余梓 唐 ： 于粒子 群算 法优化 支持 向量机 汽 车故 障诊 断研 究 基
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能 力 ， 而本 文选 择径 向 基 核 函 数 构 造 支 持 向量 机 。 因 １ 故 障Fra bibliotek 断基 本原 理
汽车故 障是指 汽车中的零部 件部 分散失 或者全部 散失 汽 车原来设计规定 的功能 的现 象。汽车 故障若按 照影 响汽车 性 能 的情况 ， 一般 可 以分为功能性故 障和参数性故 障。功 能故 障 主要是指汽车不 能继续 完成本 身 的功 能 ， 比如行 驶跑偏 、 动 发 机不能启动等 ； 参数故障是指汽车 的性能参数 达不 到规 定的指
要求把故 障定位 到实施 修理 时可更换 的产 品层次 的过程 称为 故障隔离 。故 障诊 断就 是指 故障检 测和 故障 隔离的过 程 。故 障诊 断 是 系 统 控 制 领 域 中 的一 个 关 键 而 富 有 挑 战 性 的 难
题 。故障诊断和推 理 的主要 任务 是分 析 异常 行为 状态 并