基于PCA方法的定风量空调系统传感器故障诊断研究

摘要

传感器故障是空调系统的典型故障之一。故障传感器会引起对空调系统操作环境的测量不准确，从而误导控制系统做出错误的决策，引起能源的浪费，操作费用的增加和室内环境质量(IEQ)的下降。因此，传感器的准确性和可靠性对于空调系统的检测和控制起着至关重要的作用，进行传感器故障诊断研究是非常必要的。本文主要以定风量空调系统中的传感器故障检测问题为目标进行研究，主要内容包括： 1.总结了现有的空调系统传感器故障诊断方法，并对各种方法的优缺点进行了分析。针对定风量空调系统中传感器间具有高度相关性的特点，提出了利用主元分析法进行温度传感器和湿度传感器故障诊断的方法。 2.对空调系统传感器的故障类型及表现形式进行了研究，特别是对传感器精度等级下降故障的表现形式进行了讨论。 3.深入分析主元分析方法与其它方法相比的优势所在，对主元分析方法的机理进行了探讨，并对其数据无量纲化方法的选择等问题进行了讨论。 4.建立定风量空调系统的简化模型，并对其能量关系进行了研究，提出了从焓值角度分析系统中的平衡关系以建立主元分析模型的方法。 5.现场采集了天津博物馆楼宇控制系统实际运行数据，并对数据进行了分析及预处理。 6.通过MATLAB软件设计了主元分析建模的算法程序，通过大量的仿真实验证明，基于焓值分析建立的主元分析模型对定风量空调系统中的温度和湿度传感器具有良好的故障诊断、辨识和恢复效果。 本文尝试根据定风量空调系统中的焓值分析建立主元分析模型用于解决系统中传感器的故障诊断问题，通过仿真实验证明了该模型具有令人满意的故障诊断能力。该方法对于完善空调系统传感器故障诊断方法具有特定意义。

目录

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第一章绪论

1.1空调系统传感器故障诊断的意义

1.2故障检测与诊断的方法

1.2.1基于解析模型的方法

1.2.2基于信号处理的方法

1.2.3基于知识的方法

1.3空调系统中的故障分类

1.4空调系统故障检测与诊断技术的发展现状

1.5本课题的研究目的及主要内容

第二章定风量空调系统描述及传感器的测量模型

2.1定风量空调系统描述

2.2传感器故障类型及其特性分析

2.2.1传感器故障类型及仿真实现方法

2.2.2空调系统中传感器的测量模型及其故障类型

第三章主元分析法的基本理论

3.1主元分析法概述

3.2主元分析的基本思路

3.3主元分析法的数学推导

3.3.1基本定义和性质

3.3.2主元分析法的建模过程

3.4数据标准化方法和数据矩阵的选择

3.4.1数据标准化

3.4.2数据阵的计算

3.5基于主元分析的故障检测

3.5.1平方预测误差(SPE)的计算

3.5.2置信界限cl的计算

第四章空调系统传感器的故障诊断方案

4.1定风量空调系统中的平衡关系与焓值分析

4.2采样数据的表示形式

4.3主元分析法故障检测方案

4.3.1主元模型的建立

4.3.2故障检测

4.3.3传感器测量值的重构

4.3.4故障辨识

4.3.5故障恢复

第五章传感器故障诊断仿真研究

5.1正常运行状况下仿真数据的采集和主元数的确定

5.2主元分析法的故障诊断能力验证

5.2.1定风量空调系统的温度传感器故障检测

5.2.2定风量空调系统的湿度传感器故障检测

结束语

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢