[發(fā)明專利]故障注入方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710003376.1
• 申請日: 2017-01-04
• 公開（公告）號: CN106990771B
• 公開（公告）日: 2019-06-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陽春華;楊超;彭濤;陶宏偉;趙帥;史露;尹進(jìn)田;楊笑悅;賀澤洲;劉博;李晟
• 申請（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號: G05B23/02
• 分類號: G05B23/02
• 代理公司: 長沙朕揚(yáng)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 43213
• 代理人: 何湘玲

本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種故障注入方法及系統(tǒng)，以可靠、安全、逼近真實(shí)地模擬故障特性。本發(fā)明方法包括：構(gòu)建故障模擬器，所述故障模擬器設(shè)置有模型替換方式、信號調(diào)理模式以及包含模型替換和信號調(diào)理的混合模式；根據(jù)用戶設(shè)定的故障注入模式實(shí)現(xiàn)故障注入。本發(fā)明可應(yīng)用于模擬高速列車牽引傳動系統(tǒng)的故障注入，根據(jù)實(shí)際需要可采用基于信號調(diào)理、基于模型替換、或基于包含模型替換和信號調(diào)理的混合模式的故障注入方法，實(shí)現(xiàn)牽引傳動控制系統(tǒng)各類常見故障的逼近真實(shí)地模擬；為牽引傳動控制系統(tǒng)常見故障的診斷和容錯(cuò)等技術(shù)研究提供安全、可靠、接近真實(shí)的故障注入/模擬/仿真與測試平臺，具有較強(qiáng)的適用性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種可應(yīng)用于模擬高速列車牽引傳動系統(tǒng)故障的故障注入方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

高速列車的安全運(yùn)行是高鐵運(yùn)行與發(fā)展的首要問題，關(guān)乎國計(jì)民生，牽動全國人民的心。我國高速鐵路發(fā)展迅速，形成了具有中國特色的高鐵技術(shù)體系，總體技術(shù)水平和應(yīng)用水平居世界領(lǐng)先，但由于高速列車運(yùn)行時(shí)速高、運(yùn)行環(huán)境惡劣以及長期運(yùn)行可能導(dǎo)致的元器件老化等為高鐵的安全運(yùn)行帶來嚴(yán)重的安全隱患。

高速列車牽引傳動系統(tǒng)由牽引變壓器、牽引控制器、牽引變流器、牽引電機(jī)及車載傳感器等構(gòu)成，是高速列車的心臟(變流)和大腦(控制)，用于牽引高速列車穩(wěn)定運(yùn)行，屬于高速列車運(yùn)行安全的關(guān)鍵系統(tǒng)之一，也是高速列車高發(fā)故障的主要來源之一。正因?yàn)槿绱?，高速列車牽引系統(tǒng)的任何故障或安全隱患若不能實(shí)時(shí)診斷并得到及時(shí)正確的處理，都有可能引發(fā)連鎖事故，甚至導(dǎo)致災(zāi)難性后果，造成嚴(yán)重后果。

為保證真實(shí)運(yùn)營系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行，同時(shí)降低研發(fā)成本、縮短研制周期和車上調(diào)試時(shí)間、減少驗(yàn)證時(shí)間，所有車載技術(shù)在投入運(yùn)行使用之前，都必須通過實(shí)驗(yàn)室的仿真實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場運(yùn)行的測試與試驗(yàn)驗(yàn)證。但現(xiàn)有的高速列車仿真平臺大多以模擬、仿真、驗(yàn)證高速列車正常運(yùn)行行為為主要目標(biāo)，僅可離線、手動簡單模擬仿真某些子系統(tǒng)內(nèi)或功能模塊內(nèi)的異常工況，以及“故障導(dǎo)向安全”機(jī)制下的故障-停車行為，但缺乏系統(tǒng)級故障測試/注入機(jī)制。

高速列車牽引系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)故障的時(shí)空變遷特性，使得在以實(shí)現(xiàn)正常運(yùn)行行為為主要目標(biāo)的傳統(tǒng)仿真平臺上，無法僅僅通過簡單地設(shè)置故障注入環(huán)節(jié)或增加故障診斷功能來構(gòu)建規(guī)模龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜故障診斷應(yīng)用驗(yàn)證平臺的體系架構(gòu)；也無法逼近真實(shí)地模擬故障注入模式下系統(tǒng)故障的演變環(huán)境及其發(fā)生、發(fā)展、演變的復(fù)雜時(shí)空變遷特性；也無法對模塊化封裝和內(nèi)部組件高度集成等造成故障位置無法訪問的故障對象進(jìn)行故障模擬，因而實(shí)現(xiàn)故障測試/注入行為、演變、變遷影響之間的有效控制十分困難，無法滿足故障注入及故障診斷實(shí)現(xiàn)技術(shù)應(yīng)用驗(yàn)證研究的要求，同時(shí)還會給平臺設(shè)備帶來破壞性、給試驗(yàn)人員帶來危害性等隱患。

因此，如何建立高速列車牽引系統(tǒng)常見故障的故障注入/模擬機(jī)制，針對牽引系統(tǒng)的具體故障類型提出可靠、安全、逼近真實(shí)地模擬故障演變、癥狀變遷等特性的故障注入方法及系統(tǒng)，是本發(fā)明擬解決的關(guān)鍵問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的在于公開一種故障注入方法及系統(tǒng)，以可靠、安全、逼近真實(shí)地模擬故障特性。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明公開了一種故障注入方法，包括：

構(gòu)建故障模擬器，所述故障模擬器設(shè)置有三種故障注入模式；其中模式一為模型替換方式，模式二為信號調(diào)理模式，模式三為包含模型替換和信號調(diào)理的混合模式；

根據(jù)用戶設(shè)定的故障注入模式實(shí)現(xiàn)故障注入。

可選的，對應(yīng)模式一的故障注入包括：

建立故障對象的正常和故障機(jī)理模型；考慮系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和外部環(huán)境因素，建立故障機(jī)理模型中故障敏感參數(shù)性能退化過程的演變規(guī)律；

將故障機(jī)理模型替換正常機(jī)理模型，修改故障對象的故障敏感參數(shù)，實(shí)現(xiàn)基于模型修改的故障場景模擬。

更具體的：實(shí)現(xiàn)模式一的故障注入的詳例包括：