《南極科考支撐平台發電機組的故障預測與最佳化切換控制》是依託東南大學，由張侃健擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：南極科考支撐平台發電機組的故障預測與最佳化切換控制
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：張侃健
- 依託單位：東南大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
在我國第一代南極科考支撐平台基礎上，基於文獻數據、實際運行數據和模擬運行數據建立柴油發動機組系統健康階段、逐漸退化階段、故障頻發階段等各階段的統計模型，給出柴油發動機的故障診斷、預測方法，進一步建立發電機組在維護後的性能改善變化模型，給出綜合最佳化方案。具體研究內容包括：充分利用各種數據，包括發動機組、控制開關和超級電容等關鍵部件已有統計結果和各種實測數據，採用離線方式建立各階段統計模型；通過對線上收集的系統狀態信息進行預處理，提取特徵向量信息和離線建立好的模型進行匹配，診斷出系統當前所處的狀態，給出故障診斷和壽命預報，進一步將各種故障、剩餘壽命和突髮狀況等影響系統運行事件建立故障樹模型；研究設計最優的發動機組切換協調控制方法，並綜合系統退化帶來的損失和系統各階段的維護成本給出最佳化決策；在南極模擬平台上進行試驗驗證。
結題摘要
本項目根據南極工作柴油發電機組的物理特性和仿真實驗，進行系統機理分析，考慮了發電機組在不同工況下所表現出的不同工作模態，結合混雜系統理論，對運行機組進行了系統建模、最佳化分析和切換控制。利用梯度下降和雙水平分層等最佳化算法，設計發電機組的最優切換模式，提高機組運行效率，實現整體性能指標的最大化。注意到發電機組在南極複雜環境下存在著未建模誤差、複雜約束、未知干擾和多重不確定性等問題，研究了切換隨機系統，進行了魯棒最佳化設計。為提高發電機組的可靠性，設計了對故障敏感而對不確定性干擾魯棒的故障檢測濾波器，並分析了發電機組的啟動和運行故障，設計了具有容錯性能的控制器。為模擬南極惡劣環境，搭建了低溫低氣壓發電機組試驗平台，對實際發電機組及負載進行分析，增強了冗餘設計，改進了模組化結構，研究了最佳化控制調度算法。設計了南極科考模擬支撐平台系統，並基於模擬系統研究了柴油機在低溫低壓環境下的啟動問題。利用機組平台的實測數據和模擬系統所產生的數據建立了數據模型，通過對線上收集到的系統狀態信息進行預處理和特徵提取，將線上提取的特徵與離線模型進行匹配以實現系統的診斷，進而基於數據展開壽命預測研究。
