用于冷水机组FDD可变记忆长度的扩展卡尔曼滤波方法技术

本发明专利技术公开了一种用于冷水机组FDD可变记忆长度的扩展卡尔曼滤波方法，包括：改良限定记忆扩展卡尔曼滤波模型，从而获得时变的记忆长度，解决了记忆长度难以选择的问题；将现有渐消记忆扩展卡尔曼滤波和限定记忆扩展卡尔曼滤波模型结合，使其优势互补成为适用更广的新型滤波方法。并经过试验进行验证，分别从滤波效果和FDD结果两角度与固定记忆进行比较。结果表明，利用该方法进行滤波的均方误差(MSE)降低了71.4％，实现了变工况阶段的快速收敛；检测FAR下降了63％，各故障模式诊断CR提升了1.7％到17.2％不等，对各运行模式均保持良好的FDD效果。

【技术实现步骤摘要】
用于冷水机组FDD可变记忆长度的扩展卡尔曼滤波方法
本专利技术属于空调系统中冷水机组故障诊断领域，具体涉及一种用于冷水机组FDD的可变记忆长度的扩展卡尔曼滤波的方法进行现场数据预处理的方法。
技术介绍
冷水机组一旦出现故障，会造成能源浪费、舒适度下降等诸多问题，因此需要对冷水机组进行故障检测与诊断。从现场应用的角度分析，由于现场机房内的冷水机组缺乏保养、工况改变频繁等，其产生的运行数据会伴随着较大的噪声，若不进行处理，会造成后续检测与诊断结果的偏差。为了对冷水机组的运行数据进行预处理，故提出了一种基于扩展卡尔曼滤波和一类支持向量机的冷水机组在线检测模型。但是，由于现场冷水机组的运行工况多变、系统建模误差和历史数据饱和等原因，常规的卡尔曼滤波方法常会出现发散问题。为解决此问题展开了理论研究，最早从理论层面推导出限定记忆滤波法的递推公式，后来提出滤波发散判据，并对卡尔曼滤波进行强跟踪改良，从而抑制发散，最后提出了基于限定记忆的自适应扩展卡尔曼滤波，可以有效跟踪突变状态。但上述研究均是在理论层面去完善LM，应用层面迟迟未得到发展。而将LM与实际应用结本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于冷水机组FDD可变记忆长度的扩展卡尔曼滤波方法，其特征在于，包括下述步骤：/nS101：收集现场冷水机组运行数据，并进行数据筛选和分类；/nS102：基于筛选和分类的数据建立卡尔曼滤波的系统模型；/nS103：根据卡尔曼滤波的系统模型，将当前时刻冷水机组运行数据与历史量测数据对比，判断该时刻冷水机组运行状态；/nS104：根据此判据得到冷水机组FDD的可变记忆长度，选择不同工况下抑制发散方法的渐消记忆法和限定记忆法；/nS105：根据不同工况下抑制发散方法的渐消记忆法和限定记忆法的选择，确定与扩展卡尔曼滤波结合方式；/nS106：将不同工况下自适应选择和限定记忆法的选择与扩展卡尔曼...

【技术特征摘要】
1.一种用于冷水机组FDD可变记忆长度的扩展卡尔曼滤波方法，其特征在于，包括下述步骤：
S101：收集现场冷水机组运行数据，并进行数据筛选和分类；
S102：基于筛选和分类的数据建立卡尔曼滤波的系统模型；
S103：根据卡尔曼滤波的系统模型，将当前时刻冷水机组运行数据与历史量测数据对比，判断该时刻冷水机组运行状态；
S104：根据此判据得到冷水机组FDD的可变记忆长度，选择不同工况下抑制发散方法的渐消记忆法和限定记忆法；
S105：根据不同工况下抑制发散方法的渐消记忆法和限定记忆法的选择，确定与扩展卡尔曼滤波结合方式；
S106：将不同工况下自适应选择和限定记忆法的选择与扩展卡尔曼滤波结合的方式运用于冷水机组现场故障检测与诊断。


2.根据权利要求1所述的一种用于冷水机组FDD可变记忆长度的扩展卡尔曼滤波方法，其特征在于，所述S102中，建立运用于冷水机组现场的卡尔曼滤波系统模型包括：
冷水机组状态转移线性方程模型：



冷水机组量测模型：



式中，k＝1,2，...，xk∈Rn为k时刻系统不可观测的状态向量；yk∈Rm为k时刻系统可观测的量测向量；qk-1∈Rn和rk∈Rm是相互独立的高斯白噪声；表示k-1时刻的到k时刻的状态估计，表示k时刻的状态估计；f(·)和h(·)是已知的非线性函数；Fk和Hk分别为雅克比矩阵；vk为过程噪声。


3.根据权利要求2所述的一种用于冷水机组FDD可变记忆长度的扩展卡尔曼滤波方法，其特征在于，对于异常的瞬态数据和稳态波动噪声造成FDD结果偏差时，建立冷水机组非线性系统模型如下：
状态转移线性方程：
xk+1＝xk+uk+qk
其中，k＝1,2，...，xk∈Rn为k时刻系统不可观测的状态向量，uk为适应冷水机组工况突变而设置的控制变量，qk为假设的过程高斯白噪声；
回归模型的量测方程：
yk＝a0+a1TEOk+a2TCIk+a3P_ink+a4TEOkP_ink+a5TCIkP_ink+a6P_ink2+rk
其中，TEOk是k时刻蒸发器入水温度，TCIk是k时刻冷凝器入水温度，P_ink是k时刻压缩机耗功率，a0、a1、a2、a3、a4、a5、a6是参数向量，rk为假设的量测高斯白噪声。


4.根据权利要求1所述的一种用于冷水机组FDD可变记忆长度的扩展卡尔曼滤波方法，其特征在于，所述S103中，将当前时刻冷水机组运行数据与历史量测数据对比，判断冷水机组运行状态，包括下述过程：
3a)设定备选冷水机组运行状态转移相隔时间长度N，则k时刻的备选冷水机组量测值{yk-N+1，yk-N+2，...，yk}；
3b)针对每个备选冷水机组运行状态转移相隔时间长度N，计算其变化率：
|yk-N+i-yk-N+i-1|≤A1
其中，A1为设置的冷水机组状态变化率阈值；k、N为常数，且k＞N；y为备选冷水机组量测值；
若第i个备选冷水机组运行状态转移相隔时...

【专利技术属性】
技术研发人员：王智伟，赵哲，陶龙龙，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61