[發明專利]一種高速列車運行的工況識別方法

有效

• 申請號: 201710579423.7
• 申請日: 2017-07-17
• 公開（公告）號: CN107563403B
• 公開（公告）日: 2020-07-31
• 發明（設計）人: 楊燕;饒齊;王浩;張熠玲
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G06K9/62
• 分類號: G06K9/62;G06K9/00
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 葛啟函

1.一種高速列車運行工況的識別方法，包括以下幾個步驟：

步驟一、將高速列車運行工況類型分為轉向架正常工況、空氣彈簧失氣、橫向減振器失效和抗蛇行減振器失穩工況四種；通過設于不同通道的傳感器采集高速列車運行時振動信號的位移加速度數據進行預處理：采集頻率fs＝243Hz，監測數據為一列時間序列T^v＝{T₁,T₂,...T_fn}，式中，v為通道數，fn為采樣點數，分段降噪以后得到樣本C^v＝{C₁,C₂,…C_N}，式中，N為樣本數；

步驟二、對預處理后的樣本數據進行幾次變分模態分解，以便確定最優的K個模態分量數：K取正整數，然后再進行一次VMD分解，得到模態函數每個U有K個模態分量的特征屬性，VMD的分解過程如下：

a.通過Hilbert變換得到每個模態函數u_k(t)的解析信號，從而獲得信號的單邊頻譜；

b.每個模態函數圍繞各自估算中心的頻率，通過指數修正調制到相應的基頻帶；

c.通過高斯平滑解調信號獲得每段帶寬，即L₂范數的平方根，構造出目標函數:

其中u_k＝{u₁,u₂,…u_K}為各模態函數集，ω_k＝{ω₁,ω₂,…ω_K}為各中心頻率集，是對函數求時間t的偏導數，δ(t)為單位脈沖函數，j為虛數單位，*表示卷積；

d.為求取各個模態函數最優解，引入帶寬參數α構造Lagrange函數:

其中：λ為Lagrange乘子；

e.分別得到模態分量u_k和ω_k的頻域表達式：

f.然后利用交替方法乘子算法求約束變量的最優解，從而將原始信號分解為K個窄帶模態分量，每個模態分量函數U＝[u₁u₂…u_K]；

步驟三、對每個模態分量函數對應求取模糊熵，每個樣本也對應得到K個特征向量：

步驟四、將多個通道下的特征向量輸入Multi-View K-means聚類器中進行工況識別，過程如下：

a.根據目標函數：

式中，w為視圖權重，γ為指示矩陣，同一簇值為1，否則為0，o為簇中心，x為樣本點，p為調節參數，N為樣本數，K為模態分量數；

b.構造Lagrange乘子：

其中，λ,φ為Lagrange乘子，d為歐氏距離；

c.分別得到目標函數在約束條件下取到極小值時需要滿足的必要條件為：

其中，N為樣本數，K為模態分量數；

d.最終得到識別結果。

2.根據權利要求1所述一種高速列車運行工況的識別方法，其特征在于:步驟一中，所述預處理為在獲取高速列車轉向架的振動信號后，對其進行巴特沃斯濾波器濾波，消除噪聲干擾，得到無噪的振動信號數據。

3.根據權利要求1所述一種高速列車運行工況的識別方法，其特征在于:步驟二中，所述VMD分解，是對高速列車的振動信號進行自適應的信號頻域剖分，有效分離各分量。

4.根據權利要求1所述一種高速列車運行工況的識別方法，其特征在于:步驟四中，將多個通道下的特征向量數據信息定義為多個視圖的樣本信息，經過多視圖聚類器進行更完備的信息學習，最終確立識別結果。