基於徵兆探測的空調系統故障預示及其運行可靠度研究

《基於徵兆探測的空調系統故障預示及其運行可靠度研究》是依託上海交通大學，由杜志敏擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於徵兆探測的空調系統故障預示及其運行可靠度研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：杜志敏
• 依託單位：上海交通大學

項目摘要

運行可靠性下降會導致空調系統的實際能效降低，但領域內尚缺少運行可靠性的評價方法，而對故障前的徵兆探測與故障預示也鮮有報導。本研究探索空調系統運行可靠度的評價機制，研究故障發生前的徵兆探測方法、故障預示技術，發展基於運行可靠度評價的空調系統徵兆預容錯技術。首先，利用半/全實物實驗台分析參數、故障與可靠性的關聯特徵。提出運行可靠度的概念，通過引入相對能耗與熱舒適期望，確定了綜合相對能耗與熱舒適偏離的評價指標，建立了空調系統運行可靠度的評價模型。然後，提出不同時域-不同空間的方法，通過對微觀視窗參數相關性的放大監視，實現對早期徵兆的探測；通過對巨觀視窗過程特徵的跟蹤分析，實現故障的預示；通過不同空間的指定元分析，完成多個突發故障的快速診斷與隔離。最後，利用運行可靠度評價模型，實現了基於最佳運行可靠度的複合型容錯控制。本研究將豐富空調系統故障診斷的研究內容，對系統高效運行及節能具有促進作用。

結題摘要

故障檢測與診斷最早套用於航天、核能和自動化等領域，而在建築空調領域中的研究起步較晚。經過近年的發展，空調系統故障檢測與診斷研究已由設備環節逐漸發展到系統層面，國內外在該領域已取得一定成果，但是對運行可靠性和故障的徵兆探測與預示卻鮮有報導。本研究探索了空調系統運行可靠度的評價機制，研究了故障發生前的徵兆探測方法以及故障預示技術，提出了突發故障的快速診斷和隔離方法，發展了基於運行可靠度評價的空調系統故障容錯控制技術。首先，搭建了基於“舒適性-能耗”協同仿真的空調系統可靠度研究實驗平台，分析了熱舒適性和能耗與系統運行可靠度的關聯，研究了感測器安裝故障對空調系統運行可靠度的影響；其次，提出了控制完善度（Control Perfect Index, CPI）可靠度評估指標，建立了基於CPI指數的運行可靠度評估方法，並結合“舒適性-能耗”協同仿真構建了運行可靠度綜合評價機制；然後，將實際控制器引入“舒適性-能耗”協同仿真平台，搭建了“硬體在環”實物控制器實驗台，並開展了多類突發故障和漸變故障實驗，提出了基於“減法聚類-雙級BP神經網路”的突發故障快速隔離方法；之後，針對空調系統中的電氣漸變故障和熱力漸變故障，分別提出了基於“減法聚類-PCA”的電氣故障徵兆探測方法和基於“決策樹-PCA”的熱力故障徵兆探測方法，模型中的SPE和T2統計量可以作為漸變故障的徵兆，可以實現對微小故障的探測和故障徵兆趨勢的有效預示；最後，針對空調系統製冷劑泄漏故障，利用BP神經網路拓展了虛擬製冷劑充注量感測器模型，實現對微小故障的徵兆探測，並以探測到的故障程度的和運行可靠度作為控制依據進行主動補償，實現了基於運行可靠度評價的複合容錯控制。本研究豐富了空調系統故障診斷的研究內容，解決了基於徵兆探測的空調系統故障預示及其運行可靠度研究中的關鍵問題，對系統高效運行及節能具有促進作用，具有重要的實際意義和套用價值。