制冷系統(tǒng)故障檢測(cè)、診斷及預(yù)測(cè)研究.pdf

1、隨著制冷系統(tǒng)系統(tǒng)復(fù)雜程度的提高，如何建立切實(shí)可行、高效的制冷系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已成為該領(lǐng)域研究熱點(diǎn)。本文針對(duì)制冷系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)中所涉及到的故障檢測(cè)、故障診斷及故障狀態(tài)下系統(tǒng)性能預(yù)測(cè)問(wèn)題展開(kāi)研究，主要工作體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 首先，在對(duì)制冷系統(tǒng)故障調(diào)查、總結(jié)和結(jié)合現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)的條件基礎(chǔ)上，選取4種常見(jiàn)的突變故障和8種漸變故障作為本文研究對(duì)象。實(shí)驗(yàn)?zāi)M了這12種故障，獲得了研究所需的樣本數(shù)據(jù)，總結(jié)了各種故障與其征兆之間的關(guān)系。 針對(duì)

2、制冷系統(tǒng)中漸變故障和突變故障的不同特性、對(duì)系統(tǒng)和設(shè)備造成的不同影響以及故障檢測(cè)系統(tǒng)的要求，提出了基于數(shù)據(jù)滑動(dòng)窗口小波包變換(WaveletPacketTransformation，WPT)突變故障先兆性檢測(cè)和基于主元分析(PrincipleComponentAnalysis，PCA)漸變故障檢測(cè)的制冷系統(tǒng)故障檢測(cè)策略。對(duì)小波包信號(hào)分解和小波信號(hào)分解在檢測(cè)突變故障性能上進(jìn)行了對(duì)比分析和驗(yàn)證，對(duì)基于PCA分析漸變故障檢測(cè)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果

3、表明，WPT信號(hào)分解更適合制冷系統(tǒng)突變故障檢測(cè)，PCA方法能夠較好地檢測(cè)出制冷系統(tǒng)中發(fā)生的早期故障。 針對(duì)實(shí)驗(yàn)中數(shù)據(jù)樣本中變量繁多，變量間共線(xiàn)性嚴(yán)重，直接用測(cè)試參數(shù)建立故障診斷模型，其診斷性能較差的問(wèn)題，提出了對(duì)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行主元分析提取其主要信息作為診斷模型所需的輸入特征向量的方法。對(duì)典型人工智能方法在建立故障診斷模型時(shí)的性能做了理論研究與應(yīng)用分析，確定了以支持向量機(jī)算法(SupportVectorMachine，SVM)為基礎(chǔ)

4、的故障診斷模型，由此，提出了PCA-SVM組合故障診斷模型。針對(duì)SVM不能直接解決多元分類(lèi)問(wèn)題，探討和分析了各種多類(lèi)支持向量機(jī)算法，并就幾種典型的多類(lèi)支持向量機(jī)算法在建立制冷系統(tǒng)故障診斷模型上的性能進(jìn)行了研究。對(duì)PCA-SVM組合診斷模型診斷的結(jié)果，利用模糊聚類(lèi)(FuzzyC-MeansClustering)和歐氏距離測(cè)量方法量化了同一類(lèi)型不同程度的故障對(duì)系統(tǒng)的影響程度。結(jié)果表明，基于PCA-SVM制冷系統(tǒng)故障診斷系統(tǒng)具有良好的性能，診

5、斷率更好，所需時(shí)間更短；基于模糊聚類(lèi)和歐氏距離的故障等級(jí)劃分方法可以較好的量化故障程度。 針對(duì)采集樣本中某些特征缺失，無(wú)法為已有故障診斷模型所使用的問(wèn)題，建立了基于相似特征轉(zhuǎn)換和支持向量機(jī)的不完整描述故障診斷測(cè)量。相似特征轉(zhuǎn)換將樣本中未知特征用已知相關(guān)特征來(lái)表示，通過(guò)測(cè)量目標(biāo)檢索向量與歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中的樣本之間的相似度，檢索出最優(yōu)相似的樣本，利用相關(guān)數(shù)據(jù)處理方法將該樣本中的相應(yīng)特征賦予不完整樣本中的缺失特征形成新的完整描述的樣本，從

6、而為已有診斷模型使用。對(duì)該策略中的樣本規(guī)模、樣本特征值分布及未知特征處理方法等各關(guān)鍵點(diǎn)展開(kāi)了深入的分析和探討。結(jié)果表明，該系統(tǒng)能夠解決采集樣本中特征缺失的問(wèn)題，具有較高的故障診斷率。 針對(duì)制冷系統(tǒng)非線(xiàn)性特征、時(shí)變性及測(cè)試參數(shù)易受干擾，使用傳統(tǒng)方法建預(yù)測(cè)模型性能較差的問(wèn)題，建立了基于SVM及ARIMA-SVM的制冷系統(tǒng)性能預(yù)測(cè)和時(shí)序型預(yù)測(cè)兩種類(lèi)型的模型。將基于SVM預(yù)測(cè)模型應(yīng)用于蒸發(fā)器結(jié)霜故障時(shí)蒸發(fā)器性能預(yù)測(cè)問(wèn)題，與傳統(tǒng)的多元非線(xiàn)