基于KPCA-LSSVM的冷水机组故障诊断研究

发布时间：2020-06-23 16:21

【摘要】：建筑能耗占社会总能耗的比重在逐年攀升,而暖通空调系统能耗是建筑能耗的重要组成部分。冷水机组作为暖通空调的关键设备,一旦发生故障,将会导致系统运行效率低下,能源成本增加,用户舒适感下降和部件磨损加剧等问题。因此,将故障诊断技术应用于冷水机组,及时有效地排除空调制冷设备的故障,对于保证制冷设备的安全可靠运行,维持环境舒适度,以及减少能耗具有重要意义。本文研究制冷系统的故障诊断技术,以冷水机组为研究对象,基于ASHRAERP-1043实验数据,提出了一种基于核主元分析(KPCA)和最小二乘支持向量机(LSSVM)的冷水机组故障诊断方法,具体工作如下:(1)研究基于KPCA的冷水机组故障特征提取方法针对冷水机组变量间相关性严重,且非线性程度高的特点,采用多元统计分析方法进行故障特征提取。鉴于PCA方法在非线性特征提取方面存在缺陷,引入KPCA方法,提取系统变量的高阶统计信息,降低数据维数,使得样本数据具有更好的可分性。利用故障检测结果对两种方法进行评价,表明KPCA方法更适用于冷水机组故障的特征提取。(2)研究一种基于KPCA-LSSVM的冷水机组组合故障诊断方法针对冷水机组实际运行过程中故障数据较少,且故障与征兆之间的关系错综复杂,故障诊断较为困难的特点,引入LSSVM作为故障分类算法。并将LSSVM与KPCA相结合,提出一种基于KPCA-LSSVM的组合故障诊断方法。先利用KPCA提取数据的非线性主元,再将提取后的数据输入到LSSVM中进行故障分类。通过对ASHRAE RP-1043的7种典型故障进行诊断分析,并与SVM、LSSVM和PCA-LSSVM方法进行对比,结果显示该方法具有较高的准确率,同时也表明LSSVM两个参数的选取对诊断结果影响很大,需要对其进行优化。(3)基于IGSA优化的LSSVM故障诊断研究为了避免LSSVM参数选择的盲目性,提出一种改进的引力搜索算法(IGSA)对LSSVM的参数进行寻优。基本的引力搜索算法(GSA)缺乏记忆性,通过引入粒子群算法(PSO)的速度更新机制进行改进,增加了算法的记忆性及信息共享能力,对基准函数的性能测试表明IGSA具有更快的收敛速度和更高的搜索精度。在KPCA特征提取的基础上建立IGSA-LSSVM的故障诊断模型,并和基于PSO-LSSVM、GSA-LSSVM的诊断模型进行对比,结果验证了所提方法的有效性和优越性。
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU83
【图文】：

状态图,定性分析方法,故障诊断方法,表征系统

图１．１故障诊断方法分类逡逑１．２．１定性分析方法逡逑所谓的定性分析方法，指的是不依赖于系统精确的数学模型来表征系统运行的状态，而逡逑是根据系统的原理、专家的经验知识来对系统进行分析。这类方法通常使用图论方法和专家逡逑系统完成故障诊断。逡逑（１）图论方法逡逑基于图论的故障诊断方法主要包括符号有向图和故障树方法［１４－１５］。符号有向图用图形化逡逑的模型来描述系统故障发生的成因，当图中的状态均在正常节点时，表示系统正常运行；而逡逑一旦有状态转移到故障节点，则表明系统发生了故障。图论方法的优势在于建模简单，便于逡逑理解和应用。缺点则是图的搜索过程会随着系统的复杂程度递增，影响诊断效率和诊断质量。逡逑（２）专家系统逡逑专家系统［１６４７］根据专家的经验和知识总结形成一定的故障判定规则，由这些判定规则对逡逑输入的数据进行推理分析，判断系统是否出现故障。专家系统一般由知识库、推理机和解释逡逑模块等部分构成。其中知识库是专家系统的核心，它的完备程度很大程度上影响着诊断的准逡逑一

原理图,制冷循环,原理图,低温低压

２．２蒸气压缩式制冷原理逡逑制冷系统主要包括四大部件［５７］：压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器，这些部件经粗细不逡逑一的管道串接到一起，形成一个封闭的循环系统。流经管道的是制冷剂，从图２．１中可以看逡逑出，制冷剂在机组内是一个由气态到液态再到气液混合态的交替变化过程：首先低温蒸汽经逡逑过压缩机做功转化为高温高压的蒸汽；经过冷凝器后，由风冷或水冷系统将气态制冷剂转化逡逑为高温高压的液体；经由膨胀阀的节流降压后，转化成了低温气液混合物；最后通过蒸发器逡逑的蒸发吸热，转化为低温低压的蒸汽［５７］。如此循环往复，完成制冷过程。这四大部件相互关逡逑联，任意一个发生故障均会对其他部件的热力学状态产生影响。逡逑高温高压液体逦＾￣￣！高温高压蒸汽逡逑Ｉ逦邋冷凝器邋？逦逡逑膨胀阀——ｗｃ逡逑压缩机〃逡逑逦？！￣蒸发器￣逦逡逑低温低压汽液混合物—￣￣１低温低压蒸汽逡逑ｑ0逡逑图２．１制冷循环原理图逡逑（１）压缩机？？逡逑作为制冷循环系统的动力来源，压缩机扮演了十分重要的角色。不仅要将蒸发器内的蒸逡逑汽排出，还要将制冷剂进行压缩，将低温低压的制冷剂蒸汽转换成高

【参考文献】