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空调系统中传感器故障检测与诊断方法研究

作　者: 张夏枭
导　师: 王晓哲
学　校: 东北大学
专　业: 模式识别与智能系统
关键词: 空调系统故障诊断传感器主元分析法核主元分析法神经网络遗传算法
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 92次
引　用: 1次
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内容摘要

随着暖通空调系统(HVAC)在各种场合越来越广泛的应用,暖通空调系统得到了很大发展,空调系统中的控制系统也越来越复杂。不管是商用办公楼还是工业加工场所,甚至是民用住宅都对空调系统提出了更高的要求,要求空调系统的运行稳定、舒适和节能。在越来越复杂和庞大的HVAC系统中,往往会产生各种各样的故障,要快速及时地检测、鉴别出系统中出现的各种故障,已远非操作者力所能及,这就使得故障检测与诊断(Fault Detection and Diagnosis, FDD)系统越来越成为必要。基于多元统计过程控制的故障诊断方法,是故障诊断领域研究的一个重要分支。近年来,不同形式的主元分析方法,在各领域的故障诊断中得到了广泛的应用,且取得了很好的效果。本文首先采用主元分析法(PCA)对暖通空调系统传感器故障进行检测与诊断。主元分析法利用正常运行条件下的测量数据来建立系统的模型,从而避免了直接建立系统的解析模型。利用该方法建立系统的模型时,主元数的选取是一个关键问题。本文选用主元贡献率法来选取最优主成分数。针对传统主元分析法不能用来分析非线性系统,本文提出了综合利用核函数主元分析和神经网络预测器的非线性系统故障诊断方法；同时,为提高神经网络预测器的性能,本文采用将遗传算法应用到神经网络权值的选定中去,并取得很好效果。本文以MATLAB为仿真工具,以某建筑仿真空调系统为研究对象,应用上述方法分别设计了传感器故障诊断系统,通过大量仿真试验,证明了上述方法具有令人满意的故障诊断能力,对于完善空调系统传感器故障诊断方法具有特定意义。最后,对论文进行了总结和对未来空调系统故障诊断研究提出了建议。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-8
目录  8-11
第1章绪论  11-22
  1.1 课题研究的背景和意义  11-13
    1.1.1 暖通空调系统概述  11-12
    1.1.2 本课题研究目的和意义  12-13
  1.2 故障检测与诊断方法综述  13-17
    1.2.1 故障检测与诊断基本概念  13-14
    1.2.2 故障检测与诊断方法  14-17
  1.3 空调系统传感器故障诊断研究现状  17-21
    1.3.1 国外研究现状  17-20
    1.3.2 国内研究现状  20-21
  1.4 论文研究内容  21-22
第2章主元分析方法概论  22-37
  2.1 主元分析法基本思想  22-23
  2.2 主元分析法的理论基础  23-26
  2.3 主元分析法的建模过程  26-28
  2.4 主元数目的确定  28-31
  2.5 故障检测方法  31-33
  2.6 故障识别  33-36
    2.6.1 贡献图法  33-34
    2.6.2 基于故障重构的方法  34-35
    2.6.3 相关系数判断标准法  35-36
  2.7 本章小结  36-37
第3章主元分析算法的融合和改进  37-51
  3.1 基于核函数主元分析的传感器故障诊断方法  37-39
    3.1.1 核主元分析方法  37-38
    3.1.2 故障检测  38-39
  3.2 利用核函数主元分析和神经网络的传感器故障诊断  39-49
    3.2.1 神经网络预测器  40-41
    3.2.2 神经网络算法的改进  41-48
    3.2.3 基于遗传算法的神经网络参数选定  48-49
  3.3 本章小结  49-51
第4章空调系统传感器故障的检测与诊断  51-64
  4.1 变风量空调系统  51-55
    4.1.1 变风量空调系统概念  51
    4.1.2 变风量空调系统原理  51
    4.1.3 VAV控制系统  51-54
    4.1.4 变风量空调系统中的空气处理单元  54-55
  4.2 空调系统传感器的常见故障与其数学表示  55-58
    4.2.1 传感器故障类型及仿真实现方法  55-56
    4.2.2 空调系统中传感器故障分类及其特性描述  56-58
  4.3 空调系统传感器故障诊断方案  58-63
    4.3.1 基于主元分析法的空调系统传感器故障诊断  58-59
    4.3.2 基于核主元分析与神经网络的空调传感器故障诊断  59-60
    4.3.3 基于遗传算法的神经网络预测器参数选定  60-63
  4.4 本章小结  63-64
第5章仿真实验  64-84
  5.1 仿真实验平台  64
    5.1.1 TRNSYS软件简介  64
    5.1.2 MATLAB仿真软件简介  64
  5.2 基于主元分析法的空调系统传感器故障诊断实验  64-70
    5.2.1 主元数的确定  64-65
    5.2.2 温度、湿度传感器故障的检测和诊断  65-70
  5.3 基于核主元分析法与人工神经网络的空调传感器故障诊断实验  70-83
    5.3.1 核主元分析对各种传感器故障的检测  70-73
    5.3.2 BP神经网络预测器仿真实验  73-78
    5.3.3 加入遗传算法的BP神经网络预测器仿真实验  78-83
  5.4 本章小结  83-84
结束语  84-86
参考文献  86-91
致谢  91-92
个人简历  92

空调系统中传感器故障检测与诊断方法研究

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