[發明專利]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

• 申請號: 201710483450.4
• 申請日: 2017-06-23
• 公開（公告）號: CN107356282A
• 公開（公告）日: 2017-11-17
• 發明（設計）人: 周東華;張峻峰;何瀟;盧曉
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: G01D18/00
• 分類號: G01D18/00
• 代理公司: 青島智地領創專利代理有限公司37252
• 代理人: 種艷麗

技術領域

本發明屬于信號處理技術領域，具體一種涉及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。

背景技術

高速列車中包含眾多傳感器，且這些傳感器所處工作環境惡劣，出現間歇故障的情況較為普遍，對高速列車安全運行構成了巨大的安全隱患。

傳感器故障檢測技術可以利用各種冗余信息對傳感器進行監測，是提高傳感器可靠性的有效方法，獲得了廣泛關注。但是，現有魯棒傳感器故障檢測方法嚴重依賴模型不確定性結構，且需要獲取相應的不確定性結構及結構參數等先驗信息。此外，現有方法通常僅能檢測永久傳感器故障，無法在分辨率受限情況下進行間歇傳感器故障的檢測。

發明內容

針對現有技術中存在的上述技術問題，本發明提出了一種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，實時在線監測傳感器狀態，保障高速列車平穩安全運行，設計合理，克服了現有技術的不足，具有良好的效果。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種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，包括如下步驟：

步驟1：建立軟測量模型

高速列車關鍵系統的狀態方程如公式(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，為系統狀態；為控制輸入；為過程噪聲；為過程參數；為過程參數不確定性；

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)；為分辨率誘導不確定性；為測量噪聲；為測量參數；為測量參數不確定性；

間歇傳感器故障方程如公式(3)所示：

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

根據上述狀態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；為軟測量誘導不確定性。

步驟2：設計魯棒殘差生成器

步驟2.1：根據公式(5)設定狀態估計器初值：

步驟2.2：根據公式(6)計算系統狀態均值：

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

步驟2.3：根據公式(7)計算系統狀態二階矩：

步驟2.4：根據公式(8)、公式(9)計算中間變量：

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

步驟2.5：根據公式(10)計算狀態估計器增益：

K_x(k)＝H(k)C_c(k)^TQ(k)^-1,(10)；

步驟2.6：根據公式(11)計算狀態估計誤差協方差上界：

步驟2.7：根據公式(12)、(13)計算狀態估計值：

步驟2.8：根據公式(14)計算殘差：

步驟3：設計故障檢測策略

步驟3.1：根據公式(15)計算故障檢測統計量

T_D(k)＝r(k)^Tr(k),(15)；

步驟3.2：根據公式(16)計算故障檢測閾值

步驟3.3：設定故障檢測邏輯

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