故障诊断技术及其在暖通空调系统中的应用与发展

　　故障诊断技术及其在暖通空调系统中的应用与发展易金萍蔡叶菁文敦伟中南大学摘要介绍动态系遑障诊断常几种方法及其在暖通空洞领域的应用重点阐述基于参数估计的方法的原理，分析在这领域有待解决的问和可能的发展方向。
　　在工程实践中，系统或对象的精确数学模型往往无法得到，而基于知识的，方法恰恰不需要精确的数学模型，因而得到了高度重视，其中基于症状的方法相对成熟并得到了较多成功的应用，基于定性模型的方法近年来在欧洲得到了迅猛发展1.
　　2.1.1专家系统方法专家系统诊断方法利用了专家积累的丰富实践经验，能模仿专家的思路得出结论并解释自己的推理过程因而在理论和工程上的应用都很广泛。故障诊断是专家系统的个传统应用领域，如早期的许多专家系统就是用来进行医疗诊断的。改法用于1系统及对象的印0有火从的研究2.1.2神经元网络方法投似脑组织纟1；构的人1神经网络4，方认是种全新的有前景的故障诊断方法。在知识获取上，不需要知识工程师整理总结和消化领域专家的知识，只需利用专家解决问的些明确的范例来训练神经网络；其知识推理是通过神经元之间的相互作用实现的，且各层神经元之间的推理是并行的，因而速度很快。在神经网络中，允许输入偏离学习样本，神经网络的响应对外界输入信息的少量丢失或网络组织的局部缺损不太敏感，因而具有鲁棒性。在化工设备核反应堆汽轮机或旋转机械和电动机等领域，基于神经网络的故障诊断都取得了较好的效果。在迅；系统中的应用也有许多成功的例广571.1等用神经络法对个加热系统的故障进行诊断，并和基于知识的方法作了比较3文献8介绍种阶段于1认空调系统00的方法，入厕的第阶段用于确定系统中哪部件发生了故障，第阶段用于诊断某子系统中故障产生的原因2.2基于解析模型的方法对于没有运行操作及维修经验的新系统，系统先验知识难以获取，另外，专家的知识也有局限性，如对于源于计算机软件的故障对室内环境如室温等无立即或直接影响的元部件故障等，专家的先验知识就难以作出判断，这些因素造成诊断知识库不完备。当遇到个没有相关规则与之对应析模型的方法因其简单易于实现而弥补了这些缺陷，受到最早关注，得到广泛应用。这种方法的原理是将被诊断过程生残差，并对残差进行分析处理而得到故障的信息2.
　　根据残差产生形式的不同，基于解析模型的，00方法又可以分为状态估计法等价空间法和参数估计方法。
　　2.2.1基于系统参数估计，00方法的原理基于参数估计的故障诊断步骤3.参数估计法的原理是将许多被诊断对象的故障看作是其过程系数量速度温度压力等的变化直观地现出来，而过程参数正常运行时的参数模型预测值比较，即可进行故障的检测与分离。
　　故障1系统，数，计系统参数的估汁常用系统辩识技术来实现所谓系统辩识，就是由系统或过程运行或试验的输入输出数据建立其数学模型。模型的建立包括以下步骤，输入输出数据的采集，模型结构阶和时延的确定和参数估计，模型的验证。训练模型的输入输出数据可以由系统仿真得到，也可以是系统正常运行状态下测得的数据，要求它们能充分反映被测过程的动态性能，因而对观测数据的采样间隔观测记录长度。不良数据的剔除等都有要求，常用滤波器对测量数据进预处理。
　　在建立非参数模型如控制系统的时域分析中，往往可以根据系统输出对输入的响应如阶跃响应曲线确切地判断系统有无时延及其大小，对系统阶数也可大致了解1.
　　阶和时延作出假设。再根据模型拟合优度或残差拟合误差的相关性来检验假设是否恰当，这是离线辩识的重要坏。
　　模型拟合的精确度可以通过比较过程的预测值与实测值来检验。将实测的输入作为模型输入，由模型计算得到的输出值与实测输出值比较。
　　对于某个单变量线性定常离散系统和7分别是系统的输入和输出信号的采样值。1是采样周期。令1=1.
　　用阶常系数差分方程描述系统，有。为观测误差或拟合误差。系统辩识的目的就是确定41设系统的时延为处叫=2，则式2可为系统的参1估计常采用小乘法，应用自回归滑动平均你从模型或自回归人欣模型来实现。人欣模型的结构写成移位算式形式为或为对于多输入单输出即180系统对于奶30系统，将每个输入量作为个列向量考虑，则输入数据矩阵为=叫U2，UnJ式4可写成如对于个具有阶时延的阶以130系统，可为2.2.2，模型在人0系统故障诊断中的应用由于人0模型建立在被控过程的输入输出信息基础上不依赖于过程的内部结构，因而实质上把被控过程当作个黑筘松型来处理。而观代14系统山于等计算机控制系统的广泛应用，系统输入输出数据很容易获得；控制用元器件中普遍使用大规模集成电路技术。使得控制系统本身好象个个黑箱。所以人欣模型在1人0系统的故障诊断中得到了成功的应用。文献5在调查总结10系统常故障的基础上。分别用人仍模型和扩展卡尔曼滤检测。汴和仿！结果进丁了对比，文献14分绍种模型系统级和部件级，系统级模型用于检测是否发生了故障，而部件极模型如冷却加热盘管模型。送回风机模型。新回风混合箱模型等用于故障的定位。文章中给出了种仿真数据，分别代系统无故障存在己知故障和未知故障的情形，辩识结果明，除了盘管结垢这缓变故障外，其它大部分故障都被诊断出。说明这种方法很适合故障的实时诊断及多故障的诊断。
　　值得指出的是。人，模型用线性方程描述个系统或过程格来说。1系统各对重性能。串线1.丈际应用中常采用外加输入的办法，外加输入变量可以是以下几种情况，实际输入值的平方或乘积，历史输入值1.t2.2预测输出值等；3.系统故障诊断的发展趋势故障诊断是个新兴的研宄领域尽管经过十多年的发展。理论体系己逐步得到完善，内容不断充实。但其在工程实践中的应用还远远跟不上理论研宄的步伐。尤其在暖通空调领域还处于实验室和数值仿真阶段。真正投入运行的极少。而传统的暖通空调控制系统具有强干扰高度非线性大滞后各控制回路耦合强的特点。要研宄实用性强的故障诊断技术。笔者认为需加强以下几方面的研宄。
　　3.1综合诊断由于实际系统的复杂性及各种诊断方法所固有的局限性，仅应用种方法即解决实际对象的问几乎不可能，此时就需同时应用多种方法来进行综合诊断。
　　3.2在线实时诊断调查结果明5.空调系统因故障停止运行后，人们可以承受3060分钟的暂时不沾抱怨。因而付厂，系统来说，故障的快速检测并尽早修复比系统的可靠性更重要。迫切需要开发全自动的。实时的故障检测与诊断系统。
　　而现代系统的复杂性使得控制部件的失灵不定会产生易于检测的征兆。如，人系统末端送风温度控制器的故障不会直接引起室温的变化。这就要求诊断系统能对异常状态给出报警。提及发展趋势预报，尽早检测发现出故障并实现故障的分离。
　　3.3多故障钤断0系统的规模随建筑规模的加大而不断膨胀，系统部件种类数量繁多。因而其故障诊断问实际上是征兆空间到故障空间的种多对多的映射关系。目前的故障诊断方法中大多假定在任意给定时间只存在种故障而实际系统运行时往往存在着多个故障，操作人员很难作出正确的判断与识别，易于造成故障的传播。因此多故障诊断技术的研宄有很强的实际意义。