傳感器故障診斷系統(tǒng)主要由傳感器系統(tǒng)、小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、殘差處理與診斷邏輯4部分組成。圖2為傳感器故障診斷系統(tǒng)。

?

　　首先由傳感器系統(tǒng)通過(guò)各種傳感器對(duì)被控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的檢測(cè)，由小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)根據(jù)前一時(shí)刻的傳感器測(cè)量值來(lái)預(yù)測(cè)下一時(shí)刻的值，再通過(guò)與真實(shí)測(cè)量值進(jìn)行比較得到殘差，最后通過(guò)診斷邏輯對(duì)得到的殘差進(jìn)行分析。當(dāng)殘差超過(guò)一定的報(bào)警閾值時(shí)，判斷并分離出故障傳感器，用診斷網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測(cè)輸出對(duì)故障信號(hào)進(jìn)行恢復(fù)。

　　假設(shè)傳感器系統(tǒng)得到輸出數(shù)據(jù)位y，經(jīng)過(guò)預(yù)處理將y歸一化得到y(tǒng)’，殘差為e，真實(shí)測(cè)量值為θ，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測(cè)值為*****。則傳感器故障診斷系統(tǒng)的殘差e可表示為

?

　　將得到的殘差與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)定的值進(jìn)行比較，如殘差e大于設(shè)定的值，則修正神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值與小波函數(shù)的參數(shù)。文中選用小波函數(shù)為Morlet小波。仿真中選用小波函數(shù)表達(dá)式為

?

　　傳感器是否正常工作對(duì)空調(diào)系統(tǒng)有重要的影響。本文對(duì)某一智能樓宇的空氣處理單元進(jìn)行了傳感器故障診斷分析。待診斷的傳感器包括送風(fēng)溫度傳感器、送風(fēng)濕度傳感器、回風(fēng)溫度傳感器、回風(fēng)濕度傳感器、新風(fēng)溫度傳感器與新風(fēng)濕度傳感器。任何一個(gè)傳感器發(fā)生故障都可能使控制系統(tǒng)的性能發(fā)生變化，導(dǎo)致室內(nèi)能源浪費(fèi)及空氣品質(zhì)的下降。本文以送風(fēng)溫度傳感器為例進(jìn)行故障診斷。

　　4 仿真分析

　　根據(jù)傳感器故障診斷系統(tǒng)分別建立小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷模型與BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷模型。在診斷模型中，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為：輸入層節(jié)點(diǎn)數(shù)6，輸出層節(jié)點(diǎn)數(shù)為1，隱含層節(jié)點(diǎn)為30;小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)輸入輸出層節(jié)點(diǎn)與BP網(wǎng)絡(luò)相向，隱含層節(jié)點(diǎn)選為10。在空氣處理單元采集的數(shù)據(jù)中，一部分用于WNN與BP網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練，一部分用于產(chǎn)生故障信號(hào)。在使用這些采集的數(shù)據(jù)前，必須對(duì)所有的數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，即故障診斷系統(tǒng)中的預(yù)處理。選用Matlab中已有的歸一化函數(shù)Mapminmax進(jìn)行歸一化處理。

　　傳感器故障診斷系統(tǒng)是通過(guò)診斷邏輯對(duì)殘差進(jìn)行判斷，因此，診斷之前必須事先設(shè)定報(bào)警閾值，對(duì)送風(fēng)溫度傳感器故障診斷設(shè)定的報(bào)警閾值為0.5℃。

　　圖3，圖4與圖5分別為基于小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)溫度傳感器產(chǎn)生1℃偏差故障、速率為0.06℃·s-1漂移故障與70℃完全故障的診斷殘差曲線(xiàn)。通過(guò)分析得知，WNN能很好地診斷出故障。

?

　　在故障診斷系統(tǒng)中，假設(shè)經(jīng)過(guò)一次WNN與BP網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練后得到的殘差分別為EWNN和EBP。先分別選取3組EWNN和EBP，然后取各組的絕對(duì)值，最后求得對(duì)應(yīng)組之和的平均分別為EWNN'與EBP'，設(shè)殘差比E=EBP'/EWNN'，空調(diào)系統(tǒng)中傳感器常見(jiàn)的3類(lèi)故障的殘差比曲線(xiàn)如圖6～圖8所示。

?

　　通過(guò)分別比較圖6～圖8這3類(lèi)故障的WNN與BP網(wǎng)絡(luò)殘差比曲線(xiàn)可知，在殘差比曲線(xiàn)趨向1(即EBP'=EWNN'時(shí))之前，在大部分訓(xùn)練樣本上，E>1，則EBP'>EWNN'。因此，采用基于小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)傳感器進(jìn)行故障診斷比BP網(wǎng)絡(luò)收斂速度快且精度更高。

　　5 結(jié)束語(yǔ)

　　根據(jù)小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)原理，針對(duì)空調(diào)系統(tǒng)中出現(xiàn)的傳感器故障，建立傳感器故障診斷系統(tǒng)，并通過(guò)仿真表明小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)于傳感器常見(jiàn)的偏差、漂移與完全故障，都能有較好的診斷效果，且小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷模型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。最后，通過(guò)比較分析診斷殘差比，證明采用基于小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)傳感器進(jìn)行故障診斷比BP網(wǎng)絡(luò)更準(zhǔn)確、精度更高。