基于非線性模型的離心式冷水機(jī)組故障檢測(cè)診斷方法研究.pdf

1、在人們的日常生活和工作中，空調(diào)系統(tǒng)發(fā)揮著日益重要的作用。作為建筑能耗中的主要部分，空調(diào)系統(tǒng)的能耗大大的增加了建筑能耗。相關(guān)統(tǒng)計(jì)表明，冷水機(jī)組能耗占空調(diào)系統(tǒng)總能耗的40％到50％。冷水機(jī)組出現(xiàn)故障不僅影響系統(tǒng)的安全運(yùn)行和室內(nèi)熱舒適性，而且會(huì)增加系統(tǒng)能耗，進(jìn)而導(dǎo)致能源浪費(fèi)。因此，實(shí)時(shí)監(jiān)控冷水機(jī)組運(yùn)行，利用可靠的故障檢測(cè)和診斷(FDD)策略診斷故障，對(duì)保證冷水機(jī)組的高效運(yùn)行意義重大。在過(guò)去的數(shù)十年里，冷水機(jī)組的故障檢測(cè)與診斷方法層出不窮。但是

2、，針對(duì)于離心式冷水機(jī)組的故障檢測(cè)與診斷方法仍然有待提高。
　　冷水機(jī)組的故障有兩種類型:初始故障和突發(fā)故障。由于突發(fā)故障很容易察覺(jué)到，因此本文的主要研究目標(biāo)就是找到一種適用于初始故障的強(qiáng)有力的檢測(cè)與診斷方法。本論文由綜合的文獻(xiàn)概述和提出的三種故障診斷與檢測(cè)方法組成。三個(gè)基本任務(wù)實(shí)施如下:
　　首先，在供熱、供燃?xì)?、通風(fēng)及空調(diào)工程系統(tǒng)中，離心式冷水機(jī)組FDD一直都是一個(gè)難點(diǎn)，文中提出一種基于非線性徑向基函數(shù)(RBF)的在線FD

3、D策略，將該策略應(yīng)用于離心式冷水機(jī)組系統(tǒng)中。文中用RBF方法建立特性參數(shù)模型，相應(yīng)的參數(shù)模型提供了特性參數(shù)的基準(zhǔn)。然后，計(jì)算出每個(gè)特性參數(shù)的殘差，也就是現(xiàn)有的特性參數(shù)和基準(zhǔn)值比較得出的差值。用特性參數(shù)的指數(shù)加權(quán)移動(dòng)平均(EWMA)控制圖檢測(cè)故障，用基于規(guī)則的故障診斷表在線診斷故障。文中選取冷水機(jī)組中典型的七種常見(jiàn)故障，并應(yīng)用ASHRAE RP-1043項(xiàng)目中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和香港某辦公大樓中離心式冷水機(jī)組的運(yùn)行數(shù)據(jù)驗(yàn)證該策略，驗(yàn)證結(jié)果表明，與

4、已有策略SVR-EWMA比較，提出的RBF-EWMA策略顯著提高了FDD的準(zhǔn)確性和可靠性，而且該策略診斷離心式冷水機(jī)組故障的魯棒性好。
　　其次，F(xiàn)DD策略的成功取決于三個(gè)方面:精確的模型，敏感的故障檢測(cè)方法和故障診斷方法。精確的模型對(duì)于冷水機(jī)組FDD的敏感性意義重大，本文用不同的建模準(zhǔn)則，對(duì)比了多元線性回歸(MLR)、克里金（Kriging）和徑向基函數(shù)(RBF)三個(gè)模型的準(zhǔn)確性，通過(guò)對(duì)比，找到了可以應(yīng)用于冷水機(jī)組FDD中的最精

5、確的模型。EWMA殘差控制圖檢測(cè)微小的變化比T統(tǒng)計(jì)圖更敏感，因此本文選用EWMA殘差控制圖作為故障檢測(cè)方法。特性參數(shù)的敏感性作為一種有效的故障診斷方法，其原理是根據(jù)特性參數(shù)在不同的故障中改變方向和變化幅度是不同的。本文以七種典型故障為例，三種策略(MLR-EWMA，KRG-EWMA和RBF-EWMA)分別結(jié)合敏感性原理，選用ASHRAE RP-1043項(xiàng)目中兩組不同的樣本進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果表明基于RBF的診斷策略比其他兩種策略的故障診斷

6、結(jié)果更準(zhǔn)確，本文研究通過(guò)深入的比較研究論證了基于RBF的策略魯棒性和經(jīng)濟(jì)有效性更好。
　　最后，研究離心式冷水機(jī)組FDD策略對(duì)于提高設(shè)備的可靠性和節(jié)約能耗意義重大，由于建立精確的模型很困難，選擇模型的參數(shù)往往又依靠經(jīng)驗(yàn)，然而基于模型的FDD的結(jié)果又依賴于該模型得精確程度，因此，優(yōu)化模型的參數(shù)有助于提高模型的精確性。本文提出一種新的冷水機(jī)組FDD方法，該方法結(jié)合了非線性最小平方支持向量回歸(LSSVR)和EWMA控制圖，其中LSSV

7、R結(jié)合了差分進(jìn)化算法(DE)，是新的SVR模型且具有更好的泛化性能，將其應(yīng)用到非線性冷水機(jī)組系統(tǒng)中，提高了模型的準(zhǔn)確性，DE是具有全局搜索能力的優(yōu)化算法，可以提高LSSVR模型的準(zhǔn)確性，EWMA控制圖可以提高故障檢測(cè)能力，同時(shí)降低T統(tǒng)計(jì)方法中出現(xiàn)的Ⅱ型錯(cuò)誤，從ASHRAE RP-1043項(xiàng)目中選取六種典型故障驗(yàn)證該FDD策略，數(shù)據(jù)為該項(xiàng)目中離心式冷水機(jī)組實(shí)時(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。為了驗(yàn)證提出方法的有效性，將其與已發(fā)表于期刊的兩種方法深入的比較，比