[發(fā)明專利]分辨率受限情況下高速列車魯棒間歇傳感器故障檢測方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710483450.4
• 申請日: 2017-06-23
• 公開（公告）號: CN107356282A
• 公開（公告）日: 2017-11-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周東華;張峻峰;何瀟;盧曉
• 申請（專利權(quán)）人: 山東科技大學(xué)
• 主分類號: G01D18/00
• 分類號: G01D18/00
• 代理公司: 青島智地領(lǐng)創(chuàng)專利代理有限公司37252
• 代理人: 種艷麗

1.分辨率受限情況下高速列車魯棒間歇傳感器故障檢測方法，其特征在于：包括如下步驟：

步驟1：建立軟測量模型

高速列車關(guān)鍵系統(tǒng)的狀態(tài)方程如公式(1)所示：

x(k+1)＝(A_c(k)+A_δ(k))x(k)+(B_c(k)+B_δ(k))u(k)+w(k),(1)；

其中，為系統(tǒng)狀態(tài)；為控制輸入；為過程噪聲；為過程參數(shù)；為過程參數(shù)不確定性；

分辨率為的傳感器的實際測量方程如公式(2)所示：

y(k)＝(C_c(k)+C_δ(k))x(k)+v(k)+Δ(y(k))+f(k),(2)；

其中，為實際測量輸出(滿足)；為分辨率誘導(dǎo)不確定性；為測量噪聲；為測量參數(shù)；為測量參數(shù)不確定性；

間歇傳感器故障方程如公式(3)所示：

f(k)=Σi=1∞fi(Γ(k-ko,i)-Γ(k-kd,i)),---(3);]]>

其中，為間歇傳感器故障；為第i個間歇故障的模式；為第i個間歇故障的發(fā)生時間；為第i個間歇故障的消失時間；Γ(·)為單位階躍函數(shù)；

根據(jù)上述狀態(tài)方程和實際測量方程建立軟測量模型如公式(4)所示：

Y(k)＝(C_c(k)+C_δ(k))x(k)+v(k)+Δ(Y(k))+f(k), (4)；

其中，為軟測量輸出；為軟測量誘導(dǎo)不確定性；

步驟2：設(shè)計魯棒殘差生成器

步驟2.1：根據(jù)公式(5)設(shè)定狀態(tài)估計器初值：

步驟2.2：根據(jù)公式(6)計算系統(tǒng)狀態(tài)均值：

μ_x(k)＝A_c(k-1)μ_x(k-1)+B_c(k-1)u(k-1), (6)；

步驟2.3：根據(jù)公式(7)計算系統(tǒng)狀態(tài)二階矩：

Σx(k)=Ac(k-1)Σx(k-1)Ac(k-1)T+ΣAδ(k-1)x(k-1)+Bc(k-1)Σu(k-1)Bc(k-1)T+ΣBδ(k-1)u(k-1)+Σw(k-1)+Ac(k-1)μx(k-1)u(k-1)TBc(k-1)T+Bc(k-1)u(k-1)μx(k-1)TAc(k-1)T,---(7);]]>

步驟2.4：根據(jù)公式(8)、公式(9)計算中間變量：

Q(k)=C(k)H(k)C(k)T+(1+α2)ΣCδ(k)Ac(k-1)x(k-1)+(1+α2)ΣCδ(k)Aδ(k-1)x(k-1)+μCδ(k)(Ac(k-1)μx(k-1)u(k-1)TBc(k-1)T)Cδ(k)T+(μCδ(k)(Ac(k-1)μx(k-1)u(k-1)TBc(k-1)T)Cδ(k)T)T+(1+α3)ΣCδ(k)Bc(k-1)u(k-1)+(1+α3)ΣCδ(k)Bδ(k-1)u(k-1)+(1+α4)ΣCδ(k)w(k-1)+(1+α5)Σv(k)+Σl=15(αl-1tr(ΣΔ(Y(k)))Iny×ny)+tr(ΣΔ(Y(k)))Iny×ny,---(9);]]>

其中α_l,l∈{1,2,3,4,5}為任意正數(shù)；為k-1時刻狀態(tài)估計誤差協(xié)方差上界；

步驟2.5：根據(jù)公式(10)計算狀態(tài)估計器增益：

K_x(k)＝H(k)C_c(k)^TQ(k)^-1, (10)；

步驟2.6：根據(jù)公式(11)計算狀態(tài)估計誤差協(xié)方差上界：

步驟2.7：根據(jù)公式(12)、(13)計算狀態(tài)估計值：

r(k|k-1)=Y(k)-Cc(k)Ac(k-1)x^(k-1)-Cc(k)Bc(k-1)u(k-1),---(12);]]>

x^(k)=Ac(k-1)x^(k-1)+Bc(k-1)u(k-1)+Kx(k)r(k|k-1),---(13);]]>

步驟2.8：根據(jù)公式(14)計算殘差：

r(k)=Y(k)-Cc(k)x^(k)---(14);]]>

步驟3：設(shè)計故障檢測策略

步驟3.1：根據(jù)公式(15)計算故障檢測統(tǒng)計量

T_D(k)＝r(k)^Tr(k), (15)；

步驟3.2：根據(jù)公式(16)計算故障檢測閾值

步驟3.3：設(shè)定故障檢測邏輯

若T_D(k-1)≤J_D(k-1),T_D(k)＞J_D(k)，則k時刻發(fā)生故障，故障警報指示量I_a＝1，

若T_D(k-1)＞J_D(k-1),T_D(k)≤J_D(k)，則k時刻故障消失，故障解除指示量I_r＝1。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分辨率受限情況下高速列車魯棒間歇傳感器故障檢測方法，其特征在于：在步驟1中，具體包括如下步驟：

步驟1.1：計算理想測量輸出均值

步驟1.2：計算理想測量輸出二階矩

步驟1.3：計算軟測量輸出

其中，

g(x,y,v,w)=x+(y-x22π(exp{-(v-x)22(y-x2)}-exp{-(w-x)22(y-x2)})×(Φ(w-xy-x2)-Φ(v-xy-x2))-1),---(20);]]>

步驟1.4：計算軟測量誘導(dǎo)不確定性二階矩

其中，

h(x,y,z,v,w)=(y-x2+(x-z)2)+((x-2z+v)y-x22πexp{-(v-x)22(y-x2)}-(x-2z+w)y-x22πexp{-(w-x)22(y-x2)})×(Φ(w-xy-x2)-Φ(v-xy-x2))-1),---(22).]]> 3