[發明專利]針對高速列車牽引電機非線性系統傳感器的故障診斷方法

有效

• 申請號: 201710631789.4
• 申請日: 2017-07-28
• 公開（公告）號: CN107329083B
• 公開（公告）日: 2019-07-19
• 發明（設計）人: 張柯;田陽;姜斌
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01R31/34
• 分類號: G01R31/34;G01D18/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 葛瀟敏

本發明公開一種針對高速列車牽引電機非線性系統傳感器的故障診斷方法，首先建立牽引電機狀態方程和輸出方程,并將狀態向量和故障向量擴充為一個增廣向量,得到增廣系統狀態空間描述方程；針對所建立的增廣系統狀態空間描述方程，設計在未知輸入觀測器基礎上的區間觀測器，構造增廣系統誤差動態方程；根據增廣系統狀態空間描述方程，得到基于未知輸入觀測器和區間觀測器的高速列車牽引電機故障診斷觀測器增益矩陣；對增廣系統進行等價線性變換，使得系統誤差分布矩陣滿足Metzler矩陣，根據所設計的觀測器得到狀態估計值以完成在線故障診斷和故障估計。此種方法可提升故障診斷的性能，實現對牽引電機系統傳感器進行實時的故障診斷和故障估計。

技術領域

本發明屬于高速列車牽引電機非線性系統故障診斷技術領域，涉及一種針對 高速列車牽引電機系統傳感器的故障診斷方法，特別涉及一種基于魯棒未知輸入 觀測器與區間觀測器相結合故障估計方法。

背景技術

隨著科學技術的進步和生活水平的需求，電力電子技術和電子控制技術不斷 發展帶動著鐵路技術的快速發展，自2009年10月我國第一條高速鐵路武廣高鐵 運營以來，標志著我國鐵路向現代化技術邁進的動車組被廣泛運用到我國各鐵路 干線，高速列車給我們的出行提供了很大便利，在考慮機車的快速性、舒適性、 適用經濟性等性能指標中，機車的安全可靠性是不容忽視的，它是鐵路系統的重 要指標，機車的安全可靠運行關系著鐵路事業的發展前景，其中牽引電機作為動 車組的核心設備，更是與列車的安全運行息息相關。隨著動車組新車型的不斷增 加、運營速度的不斷提高，對牽引電機的安全性能也提出了越來越高的要求。因 此，研究牽引電機故障診斷具有十分重要的現實意義。感應電動機在工業中扮演 重要角色，一旦電動機發生故障，不僅會造成經濟損失，也有可能帶來人員的傷 亡。因此，近幾年感應電機故障診斷研究的熱點偏向于如何對感應電機進行在線 狀態監測及時發現電機的早期異常進而避免電機故障和失效。

現代控制系統已經變得一體化和復雜化。隨著運行時間的增長，控制系統中 的執行器和傳感器品質隨著時間的推移而降低，因此故障檢測和診斷(Fault Detection andDiagnosis，FDD)和容錯技術已被廣泛研究和廣泛應用于實際應 用。同時，這些疲勞的部件可能會有各種微小的故障(即初期故障)，這將增加 整個系統中嚴重事故的風險。控制系統中的傳感器用于收集不直接影響系統性能 的系統信息，因此傳感器故障的FDD比執行器故障要困難得多，關于普通傳感器 故障報告只有少數研究成果。

區間觀測器有很強的工程應用背景，該概念最初的提出也是源于解決一類生 化系統中的狀態監測問題。存在一大類實際系統，非常難、甚至不可能獲得對象 的準確、哪怕是實際可用的確定性模型，例如一些生化反應、電網系統等，這類 系統可能存在統計規律未知的外界擾動，且輸入是不確定的。這種情形下，如果 按照傳統方法構造觀測器必然含有不確定輸入，其觀測誤差一般不會趨向零。如 構造未知輸入觀測器，一般要求滿足很強的“匹配條件”，但實際系統未必滿足。 因此，傳統的觀測器在處理上述不確定系統時會遇到瓶頸問題，很難獲得精確狀 態估計。然而大多數實際場合我們并不需要知道系統任意時刻的精確狀態，或者 在某些情形下知道系統狀態運行的區間比知道系統的精確狀態更有意義。通常， 只要能確定此類系統狀態運行的區間，對于相應的控制或故障診斷也已經足夠 了，因此在大多數場合區間觀測器是能滿足工程實際需要的。

發明內容

本發明的目的，在于提供一種針對高速列車牽引電機非線性系統傳感器的故 障診斷方法，借助未知輸入觀測器干擾解耦的特性，可在理論層面上徹底消除外 界干擾對故障診斷的不利影響，利用魯棒性抑制故障導數對故障估計的影響，提 升故障診斷的性能并利用區間觀測器高效處理高速列車牽引電機非線性系統，實 現對牽引電機系統傳感器進行實時的故障診斷和故障估計。

為了達成上述目的，本發明的解決方案是：

一種針對高速列車牽引電機非線性系統傳感器的故障診斷方法，包括如下步 驟：