CN113884305A - 基于svm的柴油机装配冷试检测方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于SVM的柴油机装配冷试检测方法及系统，提高了柴油机装配质量检测的准确性，具有可有效对柴油机装配质量进行识别的有益效果，具体方案如下：基于SVM的柴油机装配冷试检测方法，包括获取柴油机的进气压力、曲轴转矩和排气压力，构建冷试测试数据库；采用大数据分析的方式判断排气压力数据的分布形态；根据排气压力数据的分布形态，得到排气压力正常、偏小和偏大的阈值；确定阈值后，基于冷试测试数据库构建柴油机装配质量检测的样本集，采用支持向量机算法训练并测试，形成冷试测试质量检测支持向量机算法模型，通过支持向量机算法模型对柴油机装配质量进行识别，形成基于SVM的柴油机装配冷试检测方法。
Description
技术领域
本发明涉及柴油机领域，尤其是基于SVM的柴油机装配冷试检测方法及系统。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
柴油机是一种十分复杂的动力机械，可为各种交通设备提供动力来源，随着社会对环境保护的需求越来越高，柴油机装配过程中热试逐渐被冷试所替代，如何提高装配过程中的冷试检测技术成为研究的重点。其中，排气参数是柴油机质量检测的主要参数之一，冷试测试中的排气参数受进气系统、缸盖机体、活塞和曲轴连杆系统装配参数的影响。发明人发现现有技术中没有针对柴油机排气分布特征来判断装配质量的方法或装置，对可能由装配引起的柴油机的故障无法准确控制。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供基于SVM的柴油机装配冷试检测方法，以排气压力为主要参数，确定其正常的阈值范围，并能根据输入的排气压力相关的特征向量将包括进气、曲轴转矩和排气等众多参数的好坏进行分类，可根据冷试参数判断装配质量的好坏，对于提高柴油机的装配质量具有极其重要的作用。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
基于SVM的柴油机装配冷试检测方法，包括如下内容：
获取柴油机的进气压力、曲轴转矩和排气压力，构建冷试测试数据库；
采用大数据分析的方式判断排气压力数据的分布形态；
根据排气压力数据的分布形态，得到排气压力正常、偏小和偏大的阈值；
确定阈值后，基于冷试测试数据库构建柴油机装配质量检测的样本集，采用支持向量机算法(SVM)训练并测试，形成冷试测试质量检测支持向量机算法模型，通过支持向量机算法模型对柴油机装配质量进行识别，形成基于SVM的柴油机装配冷试检测方法。
如上所述的基于SVM的柴油机装配冷试检测方法，所述柴油机的进气压力、曲轴转矩和排气压力由冷试测试设备测得。
如上所述的基于SVM的柴油机装配冷试检测方法，所冷试测试设备通过气体压力传感器获取柴油机的进气压力和排气压力数据，通过扭矩传感器获取柴油机的曲轴转矩数据，通过采集数万台柴油机获得冷试测试数据库。
如上所述的基于SVM的柴油机装配冷试检测方法，通过参数偏度值的统计量与标准误差的比值(Z-score)来判断所述排气数据的分布形态；
如上所述的基于SVM的柴油机装配冷试检测方法，当参数偏度值的统计量与标准误差的比值∈[-2,2]时，则数据为正态分布；当参数偏度值的统计量与标准误差的比值>2时，数据为正偏态分布；当参数偏度值的统计量与标准误差的比值<-2时，数据为负偏态分布。
如上所述的基于SVM的柴油机装配冷试检测方法，采用大数据分析的3σ原则，确定所述的排气压力正常、偏小和偏大的阈值。
如上所述的基于SVM的柴油机装配冷试检测方法，将进气压力的数值和曲轴转矩的数值分别作归一化处理，与分类后的排气压力数据相结合，基于所述的冷试测试数据库，构建柴油机装配质量检测的样本集。
如上所述的基于SVM的柴油机装配冷试检测方法，通过选取径向基核函数来训练测试所述的支持向量机算法模型，运用交叉验证法寻找最优的惩罚因子C和方差g，即在设定的参数范围内，确定迭代长度，将惩罚因子和方差两两组合，在多组交叉验证中选取精度最高的组合。
如上所述的基于SVM的柴油机装配冷试检测方法，将构建的所述柴油机装配质量检测的样本集划分为训练集和测试集，用支持向量机算法对训练集训练，得到冷试测试质量检测支持向量机算法模型，利用测试集确定支持向量机算法模型对装配质量检测的准确性，从而对柴油机装配质量进行识别。
第二方面，本发明还提供了基于SVM的柴油机装配冷试检测系统，包括：
数据处理单元：利用柴油机的进气压力、曲轴转矩和排气压力构建冷试测试数据库，采用大数据分析的方式判断装配特征参数中排气压力数据的分布形态；并根据排气压力数据的分布形态，得到装配排气压力正常、偏小和偏大的阈值，从而构建柴油机装配质量检测的样本集；
模型建立单元：确定排气压力正常、偏小和偏大的阈值后，构建建立支持向量机算法模型，训练测试支持向量机算法模型，通过训练测试后的支持向量机算法模型用于对柴油机装配质量进行识别。
上述本发明的有益效果如下：
1)本发明基于柴油机的进气压力、曲轴转矩和排气压力，构建冷试测试数据库，通过大数据分析方法得到排气压力数据的分布形态，进而确定装配排气压力的多个阈值，为装配质量的识别奠定了基础，在确定阈值后构建特征向量并建立支持向量机算法模型，形成了柴油机装配冷试检测方法。
2)本发明通过选取核函数，寻找惩罚因子和方差，来训练测试支持向量机算法模型，提高了装配质量和装配精度，从而提高了装配的可靠性，实用性强。
3)本发明通过对特征向量给予标签进行分类，能够对特征向量进行归一化处理，有利于提高模型建立的精度。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明根据一个或多个实施方式的基于SVM的柴油机装配冷试检测方法的流程图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本发明另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；
正如背景技术所介绍的，现有技术中存在柴油机装配质量检测无法进行准确识别的问题，为了解决如上的技术问题，本发明提出了基于SVM的柴油机装配冷试检测方法。
本发明的一种典型的实施方式中，参考图1所示，基于SVM的柴油机装配冷试检测方法，包括如下内容：
获取柴油机的进气压力、曲轴转矩和排气压力，构建冷试测试数据库；
采用大数据分析的方式判断排气压力数据的分布形态；
根据排气数据的分布形态，得到排气压力正常、偏小和偏大的阈值；
确定阈值后，基于冷试测试数据库构建柴油机装配质量检测的样本集，采用支持向量机算法(SVM)训练并测试，形成冷试测试质量检测支持向量机算法模型，通过支持向量机算法模型对柴油机装配质量进行识别，形成基于SVM的柴油机装配冷试检测方法。
进一步地，进气压力、曲轴转矩和排气压力由冷试测试设备测得；
具体地，冷试测试设备通过气体压力传感器获取柴油机的进气压力和排气压力数据，通过扭矩传感器获取柴油机的曲轴转矩数据，通过采集数万台柴油机获得冷试测试数据库。
其中，对于排气压力数据的分布形态，通过参数偏度值的统计量与标准误差的比值(Z-score)的值来判断排气数据的分布形态，其中偏度值的计算公式为
标准误差的计算公式为
式中μ表示样本均值，σ表示样本标准差。当Z-score∈[-2,2]时，则数据为正态分布；当Z-score>2时，数据为正偏态分布；当Z-score<-2时，数据为负偏态分布。
对于数据为正态分布时，确定平均值u、标准差σ，依据(u-3σ，u+3σ]，得到排气压力正常参数范围；对于数据为正偏态分布，当Z-score∈(2,3]时，对此类数据需整体进行开平方根的处理，即
当Z-score>3时，对此类数据可以进行的操作是取自然对数(ln)，即Xnew＝lnX，转换为正态分布；对于数据为负偏态分布，当Z-score∈(-3,-2]时，需要用到的转换公式为
当Z-score<-3时，需要用到的转换公式为Xnew＝ln(Xmax+1-X)，转换为正态分布。通过正态分布可以确定阈值范围，排气压力小于u-3σ或大于u+3σ即为异常值；这样针对不同的数据分布形态，给出了相应的阈值确定方法，为装配质量的识别奠定了基础。
本实施例中，采用大数据分析的3σ原则，确定排气压力正常、偏小和偏大的阈值。
其中，构建支持向量机算法模型中，需要构建特征向量，并将特征向量给予标签进行分类，一些示例中，标签分别为0、1、2，其中0表示排气压力小于阈值最小值的特征向量，1表示排气压力在阈值范围内的特征向量，2表示排气压力大于阈值最大值的特征向量。
进一步地，将进气压力的数值和曲轴转矩的数值分别作归一化处理，将其所有的值映射到范围[-1,1]中，映射操作的公式为y＝2*(x-xmin)/(xmax-xmin)-1，与分类后的排气压力数据相结合，基于所述的冷试测试数据库，构建柴油机装配质量检测的样本集。
进一步地，通过选取核函数来训练测试支持向量机算法模型；本实施例中，选取核函数为径向基函数，公式为：
式中K(Xi,Xj)＝exp(-g||Xi-Xj||2),g>0为径向基核函数，ε表示不敏感损失系数。径向基核函数能够有效解决样本类型与特征因素是非线性关系的问题，运用交叉验证法寻找最优的惩罚因子C和方差g，即在设定的参数范围如(-10，10)内，确定迭代长度，可选择迭代长度为0.5，将惩罚因子和方差两两组合，在多组交叉验证中选取精度最高的组合。本实施例中，选择惩罚因子C为0.33，方差g为1.32。
进一步地，将构建的柴油机装配质量检测的样本集划分为训练集和测试集，用支持向量机算法对训练集训练，得到冷试测试质量检测支持向量机算法模型，利用测试集确定支持向量机算法模型对装配质量检测的准确性，从而对柴油机装配质量进行识别。
通过本发明提供的基于SVM的柴油机装配冷试检测方法，将柴油机装配的排气压力数据作为基础来构建支持向量机算法模型，并对支持向量机算法模型进行训练测试，此外，还考虑其他装配特征参数如进气、曲轴转矩，有效保证支持向量机算法模型对装配质量检测的准确性，通过训练测试后的支持向量机算法模型，可提高对柴油机装配质量识别的准确度，相应提高了柴油机装配的可靠性。
实施例二
本实施例提供了基于SVM的柴油机装配冷试检测系统，包括：
数据处理单元：利用柴油机的进气压力、曲轴转矩和排气压力构建冷试测试数据库，采用大数据分析的方式判断装配特征参数中排气压力数据的分布形态；并根据排气压力数据的分布形态，得到装配排气压力正常、偏小和偏大的阈值，从而构建柴油机装配质量检测的样本集；
模型建立单元：确定排气压力正常、偏小和偏大的阈值后，构建建立支持向量机算法模型，训练测试支持向量机算法模型，通过训练测试后的支持向量机算法模型用于对柴油机装配质量进行识别，由此通过数据处理单元和模型建立单元形成基于SVM的柴油机装配冷试检测系统。
可以理解地是，通过存储设备如计算机对基于SVM的柴油机装配冷试检测系统进行存储。
进一步地，模型建立单元根据确定的排气压力正常、偏小和偏大的阈值。
其中，构建支持向量机算法模型中，需要构建特征向量，并将特征向量给予0、1、2的标签进行分类。其中0表示排气压力小于阈值最小值的特征向量，1表示排气压力在阈值范围内的特征向量，2表示排气压力大于阈值最大值的特征向量。
进一步地，将进气压力的数值和曲轴转矩的数值分别作归一化处理，将其所有的值映射到范围[-1,1]中，映射操作的公式为y＝2*(x-xmin)/(xmax-xmin)-1，与分类后的排气压力数据相结合，基于所述的冷试测试数据库，构建所述的柴油机装配质量检测的样本集。
对于排气压力数据的分布形态，通过参数偏度值的统计量与标准误差的比值(Z-score)来判断排气数据的分布形态，当Z-score∈[-2,2]时，则数据为正态分布；当Z-score>2时，数据为正偏态分布；当Z-score<-2时，数据为负偏态分布。
通过选取径向基函数来训练测试SVM模型；核函数为径向基函数，运用交叉验证法寻找最优的惩罚因子C和方差g，即在设定的参数范围如(-10，10)内，确定迭代长度，可选择迭代长度为0.5，将惩罚因子和方差两两组合，在多组交叉验证中选取精度最高的组合。
进一步地，将构建的柴油机装配质量检测的样本集划分为训练集和测试集，用支持向量机算法对训练集训练，得到冷试测试质量检测支持向量机算法模型，利用测试集确定支持向量机算法模型对装配质量检测的准确性，从而对柴油机装配质量进行识别。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.基于SVM的柴油机装配冷试检测方法，其特征在于，包括如下内容：
获取柴油机的进气压力、曲轴转矩和排气压力，构建冷试测试数据库；
采用大数据分析的方式判断排气压力数据的分布形态；
根据排气压力数据的分布形态，得到排气压力正常、偏小和偏大的阈值；
确定阈值后，基于冷试测试数据库构建柴油机装配质量检测的样本集，采用支持向量机算法训练并测试，形成冷试测试质量检测支持向量机算法模型，通过支持向量机算法模型对柴油机装配质量进行识别，形成基于SVM的柴油机装配冷试检测方法。
2.根据权利要求1所述的基于SVM的柴油机装配冷试检测方法，其特征在于，所述柴油机的进气压力、曲轴转矩和排气压力由冷试测试设备测得。
3.根据权利要求2所述的基于SVM的柴油机装配冷试检测方法，其特征在于，所述冷试测试设备通过气体压力传感器获取柴油机的进气压力和排气压力数据，通过扭矩传感器获取柴油机的曲轴转矩数据。
4.根据权利要求1所述的基于SVM的柴油机装配冷试检测方法，其特征在于，通过参数偏度值的统计量与标准误差的比值来判断所述排气数据的分布形态。
5.根据权利要求4所述的基于SVM的柴油机装配冷试检测方法，其特征在于，当参数偏度值的统计量与标准误差的比值∈[-2,2]时，则数据为正态分布；当参数偏度值的统计量与标准误差的比值>2时，数据为正偏态分布；当参数偏度值的统计量与标准误差的比值<-2时，数据为负偏态分布。
6.根据权利要求1所述的基于SVM的柴油机装配冷试检测方法，其特征在于，采用大数据分析的3σ原则，确定所述的排气压力正常、偏小和偏大的阈值。
7.根据权利要求1所述的基于SVM的柴油机装配冷试检测方法，其特征在于，将进气压力的数值和曲轴转矩的数值分别作归一化处理，与分类后的排气压力数据相结合，基于所述的冷试测试数据库，构建柴油机装配质量检测的样本集。
8.根据权利要求1所述的基于SVM的柴油机装配冷试检测方法，其特征在于，通过选取径向基核函数来训练测试所述的支持向量机算法模型，运用交叉验证法寻找最优的惩罚因子C和方差g，即在设定的参数范围内，确定迭代长度，将惩罚因子和方差两两组合，在多组交叉验证中选取精度最高的组合。
9.根据权利要求7所述的基于SVM的柴油机装配冷试检测方法，其特征在于，将构建的所述柴油机装配质量检测的样本集划分为训练集和测试集，用支持向量机算法对训练集训练，得到冷试测试质量检测支持向量机算法模型，利用测试集确定支持向量机算法模型对装配质量检测的准确性，从而对柴油机装配质量进行识别。
10.基于SVM的柴油机装配冷试检测系统，其特征在于，包括：
数据处理单元：利用柴油机的进气压力、曲轴转矩和排气压力构建冷试测试数据库，采用大数据分析的方式判断装配特征参数中排气压力数据的分布形态；并根据排气压力数据的分布形态，得到装配排气压力正常、偏小和偏大的阈值，从而构建柴油机装配质量检测的样本集；
模型建立单元：确定排气压力正常、偏小和偏大的阈值后，构建建立支持向量机算法模型，训练测试支持向量机算法模型，通过训练测试后的支持向量机算法模型用于对柴油机装配质量进行识别。
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