国产日韩欧美一区二区三区三州_亚洲少妇熟女av_久久久久亚洲av国产精品_波多野结衣网站一区二区_亚洲欧美色片在线91_国产亚洲精品精品国产优播av_日本一区二区三区波多野结衣 _久久国产av不卡

?

機(jī)載制冷系統(tǒng)故障診斷及可視化軟件的研究

2019-11-19 06:11:50劉湘婉孫程斌蔣彥龍鄭文遠(yuǎn)高贊軍
制冷與空調(diào) 2019年5期
關(guān)鍵詞:制冷系統(tǒng)按鍵故障診斷

劉湘婉 孫程斌 蔣彥龍 鄭文遠(yuǎn) 高贊軍

機(jī)載制冷系統(tǒng)故障診斷及可視化軟件的研究

劉湘婉1孫程斌1蔣彥龍1鄭文遠(yuǎn)2高贊軍2

(1.南京航空航天大學(xué)航空宇航學(xué)院 南京 210016;2.航空機(jī)電系統(tǒng)綜合航空科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 南京 211106)

目前,在機(jī)載蒸發(fā)循環(huán)制冷系統(tǒng)故障診斷的可視化軟件方面,國(guó)內(nèi)外相關(guān)的研究較少。建立了一種基于PSO-SVM的機(jī)載蒸發(fā)循環(huán)制冷系統(tǒng)故障診斷模型,利用PSO算法對(duì)SVM模型的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,以提高模型的診斷精度。為了便于機(jī)組人員實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況,使用MATLAB中的GUI模塊對(duì)所構(gòu)建的故障診斷模型進(jìn)行了可視化界面設(shè)計(jì)。該軟件可用于訓(xùn)練和測(cè)試故障診斷模型,并診斷用戶輸入的系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)。經(jīng)過(guò)驗(yàn)證表明,該軟件運(yùn)行可靠、診斷結(jié)果準(zhǔn)確。

MATLAB GUI;制冷系統(tǒng)故障診斷;PSO-SVM;可視化;界面設(shè)計(jì)

0 引言

隨著航空工業(yè)技術(shù)的發(fā)展和民航客機(jī)的現(xiàn)代化、大型化,飛機(jī)環(huán)境控制系統(tǒng)的地位逐漸提升,飛機(jī)環(huán)境控制系統(tǒng)的設(shè)備更加完善。大功率高集成電子電器設(shè)備的增加在提高了飛機(jī)的整體性和作戰(zhàn)能力的同時(shí),也給飛機(jī)帶來(lái)了巨大的熱負(fù)荷[1]。因此,飛行器的環(huán)境控制要求也在不斷增加。然而,在機(jī)載蒸發(fā)循環(huán)制冷系統(tǒng)的運(yùn)行期間,系統(tǒng)難免會(huì)產(chǎn)生一些故障。若不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并消除這些故障,勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。因此,機(jī)載蒸發(fā)循環(huán)制冷系統(tǒng)的故障診斷和排查直接影響著系統(tǒng)的可靠性和安全性。MATLAB軟件具有強(qiáng)大的計(jì)算功能和可視化的GUI模塊。利用MATLAB中的GUI模塊可以簡(jiǎn)單、便捷地設(shè)計(jì)出美觀、方便的菜單化和控件式的人機(jī)交互界面。

研究旨在設(shè)計(jì)本出能夠直觀地顯示出機(jī)載蒸發(fā)循環(huán)制冷系統(tǒng)故障類(lèi)型的軟件,為機(jī)組相關(guān)工作人員提供清晰、明確的參考依據(jù)。

1 機(jī)載蒸發(fā)循環(huán)制冷系統(tǒng)故障診斷模型的構(gòu)建

支持向量機(jī)(support vector machines,SVM)基于結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)最小化原則和統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)的相關(guān)理論,由Vapnik在上個(gè)世紀(jì)六十年代首次提出,并且在近些年成為一個(gè)廣受關(guān)注和研究的領(lǐng)域。SVM在解決以非線性、高維度、局部最小以及小樣本為特征的復(fù)雜實(shí)際問(wèn)題上有著很大的優(yōu)勢(shì)[2]。但是對(duì)于SVM模型的參數(shù)的選擇問(wèn)題,仍然缺乏足夠的理論指導(dǎo)。在樣本分類(lèi)的過(guò)程中,人為確定的SVM參數(shù)不一定是最優(yōu)參數(shù),并且人工選擇效率較低。而參數(shù)的選擇將對(duì)SVM模型的泛化能力和分類(lèi)精度產(chǎn)生直接的影響。粒子群算法(particle swarm optimization,PSO)是由Etherhart和Kennedy從鳥(niǎo)群覓食這一現(xiàn)象得到靈感,從而提出的一種優(yōu)化算法。該算法在分類(lèi)精度、參數(shù)選取等方面有著很大的優(yōu)勢(shì)[3]。

為了提高故障診斷的精度,本文提出了一種基于PSO-SVM算法的機(jī)載蒸發(fā)循環(huán)制冷系統(tǒng)故障診斷模型。

1.1 SVM原理[4-7]

SVM的原理是尋找一個(gè)能夠達(dá)到分類(lèi)要求的最優(yōu)分類(lèi)超平面,使得該超平面能夠最大化兩側(cè)的間隔,同時(shí)保證分類(lèi)精度。間隔最大化的含義是:超平面距離兩側(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的“間隔”越大,分類(lèi)效果越好。這樣的超平面具有良好的泛化能力,不僅可以劃分樣本點(diǎn),而且可以盡可能地將最接近超平面的點(diǎn)分開(kāi)。

為了解決該約束最優(yōu)化的問(wèn)題,引入Lagrange函數(shù):

式(2)中,為L(zhǎng)agrange乘數(shù),C為懲罰系數(shù)。經(jīng)過(guò)對(duì)偶求解后,可以獲得最優(yōu)分類(lèi)函數(shù),如式(3)所示:

SVM的核心步驟為:利用核函數(shù)將非線性不可分類(lèi)的樣本向量映射到一個(gè)高維特征空間中,將其轉(zhuǎn)變?yōu)榫€性可分的向量,然后在該高維特征空間中找到最優(yōu)分類(lèi)超平面。因此,我們只需要用映射函數(shù)()替換,即可得到新的最優(yōu)分類(lèi)函數(shù)。

1.2 PSO優(yōu)化SVM的方法[8-10]

PSO算法的本質(zhì)是通過(guò)群體中最優(yōu)個(gè)體間的信息傳遞和信息共享來(lái)尋求最優(yōu)解。粒子更新公式如下:

式中,=1,2,…,,是該群體中粒子的總數(shù);為慣性權(quán)重;是算法當(dāng)前迭代次數(shù);v()表示第次迭代后粒子在維的空間速度;1和2為學(xué)習(xí)因子;1j和2j是[0,1]之間任意變化的隨機(jī)函數(shù);p()為粒子i的歷史最優(yōu)解的維值;p()是所有粒子在第次迭代后的歷史最優(yōu)解(群體最優(yōu))的j維值;X()為第次迭代后粒子在維空間的位置。

本文利用粒子群優(yōu)化算法局部和全局的搜索能力,對(duì)SVM模型的參數(shù)(誤差懲罰參數(shù)和高斯核參數(shù))來(lái)進(jìn)行優(yōu)化,并且以訓(xùn)練集的分類(lèi)精度為適應(yīng)度函數(shù)來(lái)進(jìn)行PSO參數(shù)調(diào)整。選取兩個(gè)粒子定義為和,具體優(yōu)化步驟如下:

(1)初始化粒子群,隨機(jī)生成粒子的位置和速度。初始化SVM模型的參數(shù);

(2)采用交叉驗(yàn)證(Cross Validation,CV)的方法,結(jié)合系統(tǒng)故障樣本,訓(xùn)練SVM分類(lèi)器并計(jì)算適應(yīng)度值;

(3)根據(jù)適應(yīng)度值更新PG

(4)根據(jù)公式(4)、(5)更新當(dāng)前粒子的位置和速度;

(5)當(dāng)滿足適應(yīng)度值條件或達(dá)到迭代次數(shù)時(shí),終止迭代;否則返回步驟(2)繼續(xù)進(jìn)行優(yōu)化。

PSO優(yōu)化SVM的流程圖如圖1所示。

圖1 PSO優(yōu)化SVM流程

2 機(jī)載蒸發(fā)循環(huán)制冷系統(tǒng)可視化軟件的設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)原則

作為一款應(yīng)用于機(jī)載設(shè)備的人機(jī)交互軟件,最重要的一點(diǎn)就是要便于使用。因此,所設(shè)計(jì)的界面應(yīng)該符合以下要求:簡(jiǎn)潔性,可靠性,交互性[11]。

(1)簡(jiǎn)潔性

軟件界面應(yīng)當(dāng)爭(zhēng)取做到簡(jiǎn)單明了,使用戶能快速了解使用方法,無(wú)需太多的學(xué)習(xí)時(shí)間成本。軟件設(shè)計(jì)應(yīng)旨在提高工作效率并降低用戶輸入頻率。

(2)可靠性

可靠性意為軟件應(yīng)在用戶使用期間保持穩(wěn)定。因此在設(shè)計(jì)軟件時(shí),應(yīng)采用各種方法和技術(shù),使軟件在滿足用戶需求的同時(shí),保證運(yùn)行的穩(wěn)定性。

(3)交互性

交互性是指軟件界面處處體現(xiàn)為用戶考慮的主旨。在設(shè)計(jì)軟件時(shí)應(yīng)當(dāng)充分考慮用戶的操作感受,并不斷思考怎樣才能更好地服務(wù)用戶。

2.2 設(shè)計(jì)思路

(1)確定軟件需要實(shí)現(xiàn)的具體功能,并整理相應(yīng)的模塊。

(2)根據(jù)確定好的模塊,繪制用戶界面草圖,并對(duì)其進(jìn)行調(diào)整和修改以確定最終方案。

(3)根據(jù)最終方案,使用MATLAB GUI為每個(gè)模塊創(chuàng)建人機(jī)交互界面和回調(diào)程序,并依次進(jìn)行功能檢測(cè)。

2.3 窗口界面的實(shí)現(xiàn)

在MATLAB中點(diǎn)擊新建,選擇圖形用戶界面,即可新建GUI或選擇現(xiàn)有GUI。新建GUI界面可以選擇空白界面(Blank GUI)、包含有控件的模板界面(GUI with Uicontrols)、包含有軸對(duì)象和菜單的模板界面(GUI with Axes and Menu)、標(biāo)準(zhǔn)詢問(wèn)窗口(Modal Question Dialog)等選項(xiàng)。

打開(kāi)GUI Design Workbench,可以在此設(shè)計(jì)或修改界面的靜態(tài)組件。設(shè)計(jì)界面如圖2所示。

圖2 設(shè)計(jì)界面

2.4 主要模塊設(shè)計(jì)

本文所設(shè)計(jì)的軟件主要分成兩大模塊:模型訓(xùn)練模塊和故障診斷模塊。軟件的用戶界面如圖3所示。

圖3 用戶界面

(1)模型訓(xùn)練模塊

該模塊用于訓(xùn)練和測(cè)試兩種分類(lèi)模型。其中,“訓(xùn)練”按鍵用于對(duì)分類(lèi)模型進(jìn)行訓(xùn)練,“測(cè)試”按鍵用于測(cè)試訓(xùn)練后模型的分類(lèi)正確率。右側(cè)列表框用于顯示模型訓(xùn)練進(jìn)程以及測(cè)試結(jié)果。

(2)故障診斷模塊

該模塊用于診斷用戶輸入的系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)。其下設(shè)5個(gè)子模塊:蒸發(fā)溫度輸入模塊,冷凝溫度輸入模塊,壓縮機(jī)吸氣溫度輸入模塊,壓縮機(jī)排氣溫度輸入模塊,制冷劑過(guò)冷度輸入模塊?!霸\斷”按鍵用于啟動(dòng)診斷程序,列表框用于顯示診斷結(jié)果?!巴顺觥卑存I用于清空軟件運(yùn)行參數(shù)并關(guān)閉軟件界面。

3 機(jī)載蒸發(fā)循環(huán)制冷系統(tǒng)可視化軟件的應(yīng)用

軟件的主要使用步驟為:第一步,用戶選擇對(duì)模型的訓(xùn)練方式;第二步,點(diǎn)擊“訓(xùn)練”按鍵,對(duì)所選模型進(jìn)行訓(xùn)練;第三步,待右側(cè)列表框顯示該模型訓(xùn)練結(jié)束后,點(diǎn)擊“測(cè)試”按鍵,對(duì)訓(xùn)練完成的模型進(jìn)行測(cè)試,訓(xùn)練后模型的分類(lèi)正確率將顯示在列表框中;第四步,用戶輸入待診斷的運(yùn)行數(shù)據(jù);第五步,點(diǎn)擊“診斷”按鍵,軟件將使用用戶選擇的訓(xùn)練方式進(jìn)行故障診斷,診斷結(jié)束后按鍵下方列表框顯示診斷結(jié)果。用戶使用結(jié)束后,點(diǎn)擊“退出”按鍵,即可退出軟件。

例如,選擇SVM的訓(xùn)練方式,訓(xùn)練結(jié)束之后點(diǎn)擊“測(cè)試”按鍵,右側(cè)列表框顯示模型分類(lèi)正確率為86.5%。而在PSO-SVM模型下訓(xùn)練后,測(cè)試結(jié)果表明模型分類(lèi)精度為93.5%。兩種模型測(cè)試結(jié)果如圖4所示。由此結(jié)果可以看出,使用PSO優(yōu)化SVM模型可以大大提高模型分類(lèi)的正確率。

圖4 模型測(cè)試結(jié)果

在PSO-SVM模型下,依次輸入系統(tǒng)運(yùn)行某一時(shí)刻的蒸發(fā)溫度,冷凝溫度,壓縮機(jī)吸氣溫度,壓縮機(jī)排氣溫度,制冷劑過(guò)冷度數(shù)據(jù),點(diǎn)擊“診斷”按鍵即可診斷出系統(tǒng)此時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)。例如,當(dāng)輸入蒸發(fā)溫度-14.3℃,冷凝溫度24.6℃,壓縮機(jī)吸氣溫度-17.4℃,壓縮機(jī)排氣溫度58.7℃,制冷劑過(guò)冷度1.48℃時(shí),軟件判斷故障類(lèi)型為冷凝器結(jié)垢,導(dǎo)致系統(tǒng)性能下降。診斷結(jié)果界面如圖5所示。

圖5 診斷結(jié)果界面

隨機(jī)抽取10組運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)軟件進(jìn)行驗(yàn)證。驗(yàn)證結(jié)果如表1所示。

表1 10組隨機(jī)數(shù)據(jù)診斷結(jié)果驗(yàn)證

經(jīng)過(guò)多組運(yùn)行數(shù)據(jù)的驗(yàn)證,該軟件基本能準(zhǔn)確無(wú)誤地診斷出系統(tǒng)的故障情況。同時(shí),軟件還能在用戶操作不當(dāng)時(shí)給出相應(yīng)的提示。例如,若用戶點(diǎn)擊訓(xùn)練按鍵時(shí)沒(méi)有選擇訓(xùn)練方式,則列表框提示“未選擇訓(xùn)練方式”,如圖6所示。若用戶選擇訓(xùn)練方式后直接點(diǎn)擊測(cè)試按鍵,則列表框提示“未訓(xùn)練”,如圖7所示。若用戶沒(méi)有完整地輸入運(yùn)行數(shù)據(jù)就點(diǎn)擊診斷按鍵,則列表框提示“診斷條件不足”,如圖8所示。這些設(shè)計(jì)使用戶可以準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)操作上的問(wèn)題,并及時(shí)予以調(diào)整,大大提升了用戶的使用感。

圖6 未選擇訓(xùn)練方式

圖7 未訓(xùn)練

圖8 診斷條件不足

4 結(jié)論

本文通過(guò)構(gòu)建PSO-SVM模型對(duì)機(jī)載蒸發(fā)循環(huán)制冷系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷。研究表明,PSO算法計(jì)算簡(jiǎn)單,且能達(dá)到相當(dāng)高的分類(lèi)精度。利用PSO算法對(duì)SVM模型的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化后,模型的故障診斷正確率可達(dá)到93.5%,相比SVM模型得到了顯著的提升。在此基礎(chǔ)上利用MATLAB GUI模塊設(shè)計(jì)出了一款能夠準(zhǔn)確診斷系統(tǒng)故障類(lèi)型的軟件。該軟件可以對(duì)比PSO優(yōu)化前后SVM模型的分類(lèi)精度,并對(duì)用戶輸入的工況數(shù)據(jù)進(jìn)行故障診斷。經(jīng)過(guò)多組運(yùn)行數(shù)據(jù)的驗(yàn)證,該軟件基本能準(zhǔn)確無(wú)誤地診斷出系統(tǒng)的故障情況。這對(duì)機(jī)載蒸發(fā)循環(huán)制冷系統(tǒng)的故障診斷和排查有著十分重要的理論與實(shí)踐意義。并且該軟件的構(gòu)建平臺(tái)MATLAB在國(guó)內(nèi)應(yīng)用范圍較廣,依據(jù)該平臺(tái)編寫(xiě)的軟件易學(xué)易用,更便于對(duì)機(jī)載蒸發(fā)循環(huán)制冷系統(tǒng)的運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),具有很強(qiáng)的應(yīng)用前景。

[1] 趙俊茹.飛機(jī)環(huán)境控制系統(tǒng)的故障診斷研究[D].西安:西北工業(yè)大學(xué),2005.

[2] Li H, Braun J. A Methodology for Diagnosing Multiple Simultaneous Faults in Vapor-Compression Air Conditioners[J]. HVAC&R Research, 2007,13(2):369- 395.

[3] ?TIMAC Goranka BRAUT Sanjin ?IGULI? Roberto. Comparative Analysis of PSO Algo-Rithms for PID Controller Tuning[J]. CHINESE JOURNAL OF MECHANICALENGINEERING, 2014,27(5):928-936.

[4] 孫楷政,胡云鵬,陳煥新,等.基于SVM的不同故障程度下冷水機(jī)組故障診斷[J].制冷與空調(diào),2016,30(4): 377-381.

[5] 丁世飛,齊丙娟,譚紅艷.支持向量機(jī)理論與算法研究綜述[J].電子科技大學(xué)學(xué)報(bào),2011,(1):2-10.

[6] 肖健華,樊可清,吳今培,等.應(yīng)用于故障診斷的SVM理論研究[J].振動(dòng).測(cè)試與診斷,2001,21(4):258-262.

[7] 王紅軍,徐小力,張建民.設(shè)備狀態(tài)趨勢(shì)的SVM預(yù)示技術(shù)研究[J].機(jī)械科學(xué)與技術(shù),2006,25(4):379-381.

[8] 何園園,張超,朱騰飛.ELMD熵特征融合與PSO-SVM在齒輪故障診斷中的應(yīng)用[J/OL].機(jī)械科學(xué)與技術(shù):1-6[2018-11-11].https://doi.org/10.13433/j.cnki.1003-8728.20180171.

[9] 邵信光,楊慧中,陳剛.基于粒子群優(yōu)化算法的支持向量機(jī)參數(shù)選擇及其應(yīng)用[J].控制理論與應(yīng)用,2006, (5):740-743.

[10] 鄭皓文,趙根,胡英國(guó),等.基于ACOR-LSSVM算法的爆破振動(dòng)速度預(yù)測(cè)[J].爆破,2018,35(3):154-158.

[11] 楊紅剛,鄭敬霖,梁開(kāi)水,等.基于Matlab GUI的爆破粉塵可視化軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].爆破,2015,32(1):146-150.

Research on Fault Diagnosis and Visualization Software of Airborne Refrigeration System

Liu Xiangwan1Sun Chengbin1Jiang Yanlong1Zheng Wenyuan2Gao Zanjun2

( 1.Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing, 210016;2.Aviation Key Laboratory of Science and Technology on Aero Electromechanical System Integration, Nanjing, 211106 )

At present, there are few related researches at home and abroad on the visualization software for fault diagnosis of airborne evaporation cycle refrigeration systems. In this paper, a fault diagnosis model of airborne evaporative cycle refrigeration system based on PSO-SVM is established. The PSO algorithm is used to optimize the parameters of SVM model to improve the diagnostic accuracy. In order to help the crew to monitor the operation conditions of the system in real time, we use the GUI module in MATLAB to design the visualized interface of the fault diagnosis model in this paper. The software can be used to train and test fault diagnosis models and to diagnose operational data entered by users. The verification results indicates that the software runs reliably and the diagnosis results are accurate.

MATLAB GUI; Fault diagnosis of refrigeration systems; PSO-SVM; Visualization; Interface design

TP391.5

A

1671-6612(2019)05-457-05

南京航空航天大學(xué)航空科學(xué)基金(20162852026)

劉湘婉(1994-),女,在讀碩士研究生,E-mail:liuxiangwan@163.com

蔣彥龍(1977-),男,教授,博士生導(dǎo)師,E-mail:jiang-yanlong@nuaa.edu.cn

2018-12-03

猜你喜歡
制冷系統(tǒng)按鍵故障診斷
R290/R170單級(jí)壓縮回?zé)嶂评湎到y(tǒng)模擬研究
基于有限狀態(tài)機(jī)的按鍵檢測(cè)程序設(shè)計(jì)
電子制作(2021年3期)2021-06-16 03:14:26
一種多方向?qū)Ч獍存I結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
電子制作(2016年1期)2016-11-07 08:43:05
奧迪A6L車(chē)制冷系統(tǒng)工作異常
因果圖定性分析法及其在故障診斷中的應(yīng)用
基于LCD和排列熵的滾動(dòng)軸承故障診斷
基于WPD-HHT的滾動(dòng)軸承故障診斷
制冷系統(tǒng)節(jié)電控制改造的研究
河南科技(2014年10期)2014-02-27 14:09:20
高速泵的故障診斷
河南科技(2014年3期)2014-02-27 14:05:48
按鍵的多種狀態(tài)檢測(cè)及消抖處理方法
家電科技(2013年4期)2013-07-09 10:55:08
邓州市| 眉山市| 廊坊市| 临澧县| 广德县| 宁夏| 彭水| 鄱阳县| 额济纳旗| 宜宾县| 新巴尔虎右旗| 澄迈县| 视频| 安乡县| 武宣县| 定日县| 靖远县| 本溪市| 临朐县| 淮安市| 绩溪县| 苍山县| 耒阳市| 普格县| 吴川市| 滨海县| 景宁| 库尔勒市| 镇雄县| 武穴市| 顺平县| 榆中县| 吉安县| 南和县| 永州市| 莎车县| 宜黄县| 邵阳市| 门源| 新竹县| 玉树县|