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专利号: 2019111322919
申请人: 浙江工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 控制;调节
更新日期:2023-12-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.利用风机电流的神经网络热泵除霜控制装置,其特征在于,包括:电流测量装置,实时测量空气源热泵蒸发器风机的电流信号;

数据转换模块,对所述电流信号进行滤波、解调、分解和重构,获取数据信息,再利用特征提取算法进行时域和频域分析,提取特征数据值,数据诊断模块,利用基于GA算法的ELM神经网络对特征数据值进行诊断分析处理,得出结霜故障的诊断信息;

除霜控制模块,根据所述诊断信息,对空气源热泵蒸发器进行除霜控制。

2.根据权利要求1所述的控制装置,其特征在于:所述数据转换模块中,利用Hilbert变换进行滤波、解调操作,利用小波包分析、频域分析或CZT转换进行分解和重构操作。

3.根据权利要求2所述的控制装置,其特征在于:所述特征提取算法采用小波包分解、快速傅里叶变换、主成分分析中的任一种。

4.根据权利要求3所述的控制装置,其特征在于:还包括数据采集模块,用于将电流测量装置的采集数据收集并传送至数据转换模块。

5.利用风机电流的神经网络热泵除霜控制方法,采用权利要求4所述的控制装置,其特征在于:包括以下步骤:S1,电流测量装置实时采集空气源热泵蒸发器风机的电流信号;

S2,数据转换模块对所述电流信号进行滤波、解调、分解和重构,获取数据信息,再利用特征提取算法进行时域和频域分析,提取特征数据值;

S3,数据诊断模块利用基于GA算法的ELM神经网络对特征数据值进行诊断分析处理,得出结霜故障的诊断信息;

S4,除霜控制模块根据所述诊断信息,对空气源热泵蒸发器进行除霜控制。

6.根据权利要求5所述的控制方法,其特征在于:步骤S2中,数据转换模块对所述电流信号进行滤波、解调、分解和重构,获取数据信息,具体为:S2.1,对数据进行Hilbert转换:s(t)为给定的时域信号,则Hilbert变换为s(t)与h(t)=1/(πt)的卷积,式中H为Hilbert变换算子,对上述变换后的信号再进行 处理;

S2.2,利用小波包分析、频域分析或CZT转换进行分解和重构操作。

7.根据权利要求6所述的控制方法,其特征在于:步骤S2.2中,所述小波包分析步骤如下:

1)利用小波包对信号分解

将采集的电流信号进行n层小波包分解,分别提取第n层从低频到高频2n个节点处的小波包系数;2n个节点分别为(i,j)表示第i层的第j个节点,其中i=n,j=0,1,2,3…,2n-1;

2)对小波包分解系数重构,提取各频带范围的信号特征设各节点小波包系数Hi,j对应的重构信号为Si,j;对第n层的所有节点进行分析,总信号S可用下式表示:

3)求各频带信号的总能量

假设Sn,j(j=0,1,2,3…,2n-1)对应的能量En,j(j=0,1,2,3…,2n-1),则能量Sn,j可由下式表示:其中:hj,k(j=0,1,2,3…,2n-1;k=1,2,…,n)表示重构信号Sn,j的离散点的幅值;

4)构造特征向量

定义信号的全部能量为 某频段的相对小波包能量为 则相对小波包能量特征向量为

8.根据权利要求6所述的控制方法,其特征在于:步骤S2.2中,CZT转换分析步骤如下:对已知信号x(n),在0

将Bluestein方程(5)带入到(4)中得令

由卷积公式,得到转换后的数据:

9.根据权利要求7或8所述的控制方法,其特征在于:步骤S3具体如下:S3.1,ELM神经网络初始化

将ELM神经网络的输入特征量进行归一化,使其在[0,1]之间,归一化公式为:其中,x为归一化后的值,X为被归一化的样本数据,Xmin、Xmax分别为样本被归一化数据的最小值和最大值;

S3.2ELM神经网络参数初始化

设置训练次数N、训练误差e、输入层到隐含层的连接权值ω,隐含层到输出层的连接权值β,隐含层神经元的阈值b,输入特征值为故障电流分解到第n层的能量特征值xi,隐含层的神经元个数,神经元个数的计算根据公式: 确定,其中n、l分别为输入神经元的个数和输出神经元的个数,a通常取1~10,输出值为y;

将数据分为测试集和预测集;

S3.3数据测试

导入测试集数据,即频域分析得到的数据或小波包分解提取的特征向量或CZT转换后的数据,计算故障识别成功率;

S3.4GA算法参数初始化

设置种群的规模N1,进化次数G,交叉概率Pc和变异概率Pm;

将ELM神经网络的权值与阈值组成遗传编码,重复运行S3.3中建立的神经网络并记录每次运行完成的遗传编码建立种群;

S3.5建立评价函数

以每组染色体所构造的神经网络运行的结果为依据,计算并记录对应的适应度值;

S3.6GA算法的选择、交叉和变异

1)选择:在种群中以一定的概率选择一部分群体用来产生下一代种群;

2)交叉:从父代种群中选取多条染色体进行下一代染色体的操作,通过染色体的交叉组合来产生新的个体;

3)变异:从群体中任选一个个体,对所选择的染色体中某段编码进行变异以产生更优秀的个体;

S3.7适应度值计算

将新得到的染色体个体中的遗传编码进行解码,计算适应度并与种群进行比较;重复S3.5-S3.6,不断对种群进行上述操作并计算适应度值,直至达到最大进化次数,适应度最优解对应的染色体为所建立的ELM神经网络的权值和阈值;

S3.8神经网络的误差计算

计算预测输出与期望输出的差值,若误差符合规定值,则基于GA算法的ELM神经网络构建完成,若误差不符合规定值,则返回S3.3继续进行学习,直至符合误差规定;

3.9结霜故障的诊断

将频域分析得到的数据或小波包分解得到的特征向量或CZT转换后的数据作为ELM神经网络的输入,由S3.8训练好的基于GA算法的ELM神经网络进行识别:如识别结果需要除霜且当前非除霜模式,则启动除霜;如需要除霜且当前已是除霜模式,则运行状态不变;

如识别结果无需除霜且当前非除霜模式,则运行状态不变;

如无需除霜且当前已是除霜模式,则终止除霜,并将诊断信息传送给除霜控制模块。