[發(fā)明專(zhuān)利]一種大型換熱器氣阻特性自動(dòng)快速準(zhǔn)確檢測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210129566.5
• 申請(qǐng)日: 2012-04-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102645315A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-08-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姜周曙;江愛(ài)朋;王劍
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 杭州電子科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01M9/00
• 分類(lèi)號(hào): G01M9/00;G01M9/08
• 代理公司: 杭州求是專(zhuān)利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 杜軍

1.?一種大型換熱器氣阻特性自動(dòng)快速準(zhǔn)確檢測(cè)方法，其特征在于該方法的步驟包括：

步驟（1）采集不同類(lèi)型換熱器設(shè)計(jì)參數(shù)以及檢測(cè)參數(shù)，建立包含換熱器設(shè)計(jì)參數(shù)和檢測(cè)參數(shù)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)；

所述的換熱器設(shè)計(jì)參數(shù)包括換熱器的通道名稱(chēng)、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)量、設(shè)計(jì)氣阻和摩擦因子；檢測(cè)參數(shù)包括換熱器的實(shí)際氣阻、環(huán)境溫度、氣壓以及風(fēng)機(jī)頻率；

在此基礎(chǔ)上，基于歷史測(cè)試數(shù)據(jù)，采用泛化能力強(qiáng)的支持向量機(jī)集成建模方法建立設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)量、設(shè)計(jì)氣阻、環(huán)境溫度與實(shí)際氣阻、實(shí)際風(fēng)機(jī)頻率之間的關(guān)系，以此預(yù)測(cè)不同換熱器通道設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)量和設(shè)計(jì)氣阻下，風(fēng)機(jī)為了達(dá)到該設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)量的所需的頻率值???????????????????????????????????????????????；具體建模方法如下：

用于建模樣本的輸入?yún)?shù)及輸出參數(shù)表示為，其中表示第組作為輸入數(shù)據(jù)的參數(shù)向量，包括設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)量、設(shè)計(jì)氣阻和環(huán)境溫度，表示第組作為輸出的參數(shù)向量，包括實(shí)際氣阻和實(shí)際風(fēng)機(jī)頻率，為樣本數(shù)量；

對(duì)于支持向量機(jī)算法，其核函數(shù)選為徑向基函數(shù)：

為徑向基函數(shù)，為映射函數(shù)，表示第組作為輸入數(shù)據(jù)的參數(shù)向量，，為徑向基函數(shù)核參數(shù)，設(shè)所求的目標(biāo)函數(shù)為：，為模型輸出的實(shí)際氣阻和風(fēng)機(jī)頻率的預(yù)測(cè)值，為權(quán)重系數(shù)向量，為截距，為了計(jì)算和值；引入松弛因子和,并允許擬合誤差為，和值通過(guò)在約束：

，條件下，最小化：

獲得，其中為結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)最小化函數(shù)，常數(shù)為懲罰系數(shù)，和為參數(shù)變量；該最小化問(wèn)題為一個(gè)凸二次規(guī)劃問(wèn)題，引入拉格朗日函數(shù)：

?????

其中：≥0,?≥0,為拉格朗日乘數(shù)；

在鞍點(diǎn)處，拉格朗日函數(shù)是關(guān)于的極小點(diǎn)，也是極大點(diǎn)，則以上最小化問(wèn)題轉(zhuǎn)化為求其對(duì)偶問(wèn)題的最大化問(wèn)題；拉格朗日函數(shù)在鞍點(diǎn)處是關(guān)于極小點(diǎn)，則得：

????????????????????

可得拉格朗日函數(shù)的對(duì)偶函數(shù)：

此時(shí)，

按照庫(kù)恩-塔克條件定理，在鞍點(diǎn)有下式成立：

?

由上式可見(jiàn)，，和都不會(huì)同時(shí)為非零，可得：

??

從上式可求出；

根據(jù)以上支持向量機(jī)算法，支持向量機(jī)集成建模方法的步驟如下：

a.原始訓(xùn)練數(shù)據(jù)初始化權(quán)值為，為權(quán)重更新次數(shù)，初始化權(quán)重時(shí)，設(shè)定迭代次數(shù)；

b.調(diào)用以上支持向量機(jī)算法對(duì)訓(xùn)練樣本建模，獲得一個(gè)模型，計(jì)算的平均預(yù)測(cè)誤差的平方值：；

c.更新原始訓(xùn)練數(shù)據(jù)權(quán)重：；

d.根據(jù)原始訓(xùn)練數(shù)據(jù)的新權(quán)值分布，在原訓(xùn)練集進(jìn)行采樣，采樣條件為：，為設(shè)定的權(quán)重采樣閥值，產(chǎn)生一個(gè)子支持向量機(jī)的訓(xùn)練集；

e.重復(fù)步驟b～d獲得新的模型和新的子訓(xùn)練集，直到次迭代完成；

f.將獲得的個(gè)子支持向量機(jī)模型進(jìn)行集成，模型權(quán)重為：，最終獲得的集成模型為：，為得到的支持向量機(jī)集成模型；

步驟（2）根據(jù)實(shí)際換熱器某通道的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)量、設(shè)計(jì)氣阻和環(huán)境溫度條件，利用步驟（1）建立的模型預(yù)測(cè)換熱器某通道達(dá)到設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)量下風(fēng)機(jī)頻率的初始值，由于受到測(cè)試條件以及輸入輸出并不存在強(qiáng)機(jī)理關(guān)聯(lián)性，風(fēng)機(jī)在初始頻率與實(shí)際設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)量要求雖然相差不大，但還是無(wú)法滿(mǎn)足要求；需要再次修正并通過(guò)自動(dòng)控制將實(shí)際風(fēng)量控制到設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)量處；

步驟（3）根據(jù)步驟（2）得到的頻率初始值，將風(fēng)機(jī)頻率從0調(diào)為的80%，記為，當(dāng)頻率達(dá)到的80%并穩(wěn)定運(yùn)行10-20s后，將變頻器頻率調(diào)節(jié)到100%，并穩(wěn)定10-20s，這時(shí)候的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)測(cè)風(fēng)量記為，變頻器頻率達(dá)到的80%并穩(wěn)定運(yùn)行10-20s時(shí)候的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)測(cè)風(fēng)量記為；而在頻率從80%到100%并穩(wěn)定10-20s過(guò)程中，以周期0.5-1s記錄換熱器通道換算后的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)測(cè)風(fēng)量、實(shí)測(cè)氣阻以及風(fēng)機(jī)頻率；然后，將頻率從80%到100%并穩(wěn)定10-20s過(guò)程中記錄得到的實(shí)測(cè)風(fēng)量、風(fēng)機(jī)頻率分別減去和；得到風(fēng)量變化值，記為，以及頻率變化值，記為，其中和分別表示記錄的第個(gè)風(fēng)量變化和頻率變化值；

步驟（4）根據(jù)管道氣體流動(dòng)控制模型特點(diǎn)，建立頻率和風(fēng)量之間的傳遞函數(shù)；風(fēng)量控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)視為一階慣性加延遲環(huán)節(jié)，因此可將頻率與標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)量之間的傳遞函數(shù)設(shè)為，其中分別表示開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)、時(shí)間常數(shù)和延遲時(shí)間，為復(fù)數(shù)；根據(jù)步驟（3）得到的，將分別賦予正的初值，通過(guò)傳遞函數(shù)計(jì)算出在采樣點(diǎn)處控制量作用下的輸出，然后以為目標(biāo)，采用最小二乘算法擬合出傳遞函數(shù)中的三個(gè)參數(shù)，得到該換熱器某通道的具體傳遞函數(shù)；

步驟（5）在步驟（4）建立了換熱器通道控制特性的傳遞函數(shù)后，為了確保快速穩(wěn)定的將風(fēng)量調(diào)節(jié)到預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)量，整定PID的參數(shù)；以IATE積分性能為最優(yōu)指標(biāo)，以PID控制器中參數(shù)、、為變量，以PID+作為開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)，以閉環(huán)傳遞函數(shù)為約束方程，以、、均為正值為變量約束，采用非線(xiàn)性?xún)?yōu)化求解技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化求解，得到最優(yōu)的PID控制器參數(shù)、、值，其中、、分別表示比例、積分和微分參數(shù)；

步驟（6）根據(jù)步驟(2)得到初始頻率以及步驟（3）得到的頻率，計(jì)算出風(fēng)量與頻率之間近似的線(xiàn)性關(guān)系參數(shù)，并確定初始頻率的修正值，將風(fēng)機(jī)頻率調(diào)節(jié)到，并穩(wěn)定秒；根據(jù)相似原理，頻率與風(fēng)量存在近似關(guān)系為；和即為需要得到的線(xiàn)性關(guān)系參數(shù)；將在步驟(3)得到的頻率以及下的風(fēng)量，帶入以上關(guān)系式求出參數(shù)和；在得到和后，根據(jù)的關(guān)系，令為設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)量，可求出在設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)量下風(fēng)機(jī)頻率預(yù)測(cè)修正值；

步驟(7）將風(fēng)機(jī)頻率設(shè)定在頻率點(diǎn)，等頻率達(dá)到設(shè)定值并穩(wěn)定秒后；然后采用增量式PID控制器將換熱器通道的實(shí)測(cè)風(fēng)量控制在設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)量處，得到在設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)量下?lián)Q熱器通道的氣阻特性；PID的輸出形式為：

；

這里增量式PID控制器的三個(gè)參數(shù)、、為在步驟（5）得到得那三個(gè)參數(shù)；表示采樣周期，代表相應(yīng)步數(shù)的設(shè)定值與反饋值之間的誤差，、、分別表示當(dāng)前頻率值、頻率變化值以及下一步的頻率值；通過(guò)增量式PID控制，可以將實(shí)測(cè)風(fēng)量值自動(dòng)控制在設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)量值，控制精度在0.5%以?xún)?nèi)；此時(shí)通過(guò)測(cè)量得到的氣阻特性則為在設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)量下的氣阻特性，通過(guò)實(shí)測(cè)氣阻和設(shè)計(jì)氣阻之間的比較，可得換熱器氣阻特性性能指標(biāo)。