[發(fā)明專利]基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的電氣牽引系統(tǒng)故障檢測(cè)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810101214.6
• 申請(qǐng)日: 2018-02-01
• 公開（公告）號(hào): CN108319780A
• 公開（公告）日: 2018-07-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳宏田;姜斌;潘一飛;陸寧云
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50;G06K9/62
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 葛瀟敏

1.一種基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的電氣牽引系統(tǒng)的故障檢測(cè)方法，其特征在于包括如下步驟：

第一階段：建立離線數(shù)據(jù)模型

步驟1，根據(jù)實(shí)際電氣牽引系統(tǒng)的原理，構(gòu)建系統(tǒng)平臺(tái)；

步驟2，采集電氣牽引系統(tǒng)平臺(tái)中傳感器的數(shù)據(jù)或離線存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，記為X；

步驟3，對(duì)采集到的數(shù)據(jù)或離線存儲(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，根據(jù)模態(tài)劃分策略，將數(shù)據(jù)劃分為帶有模態(tài)信息的數(shù)據(jù)塊；

步驟4，對(duì)于每個(gè)數(shù)據(jù)塊，根據(jù)PCA的思想進(jìn)行特征提取；

步驟5，針對(duì)每個(gè)模態(tài)，設(shè)置T²和SPE的閾值；

第二階段：在線故障檢測(cè)

步驟6，采集牽引系統(tǒng)實(shí)際工作中所有傳感器的數(shù)據(jù)z_new，根據(jù)每個(gè)周期采樣的步數(shù)，將在線獲取得到運(yùn)行數(shù)據(jù)分配到相應(yīng)的模態(tài)中，并對(duì)數(shù)據(jù)z_new進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理；

步驟7，在相應(yīng)的模態(tài)，計(jì)算在線采集數(shù)據(jù)的T²和SPE；

步驟8，對(duì)電氣牽引系統(tǒng)的傳感器是否存在故障進(jìn)行決策。

2.如權(quán)利要求1所述的基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的電氣牽引系統(tǒng)的故障檢測(cè)方法，其特征在于：所述步驟3中，具體的劃分方法是：先根據(jù)周期將數(shù)據(jù)分為多個(gè)片段，然后對(duì)每個(gè)周期的數(shù)據(jù)按模態(tài)進(jìn)行劃分，使得在每個(gè)周期中，系統(tǒng)存在6個(gè)模態(tài)；最后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，將其轉(zhuǎn)化為期望為0、方差為1的數(shù)據(jù)。

3.如權(quán)利要求1所述的基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的電氣牽引系統(tǒng)的故障檢測(cè)方法，其特征在于：所述步驟4中，利用線性PCA對(duì)每個(gè)模態(tài)進(jìn)行主元特征提取，建立數(shù)據(jù)模型，具體過程為：

對(duì)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行奇異值分解：

設(shè)l為主元數(shù)，p_r和是S的特征向量，Λ_pc＝diag(λ₁ … λ_l)，Λ_res＝diag(λ_l … λ₇)，其中，λ為S的特征值；由此得到主元得分矩陣為殘差得分矩陣為其中，設(shè)每個(gè)模態(tài)的數(shù)據(jù)為X_r，N_r為每個(gè)模態(tài)的采樣次數(shù)，預(yù)處理后的數(shù)據(jù)為

4.如權(quán)利要求1所述的基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的電氣牽引系統(tǒng)的故障檢測(cè)方法，其特征在于：所述步驟5中，利用T²和SPE的概率密度函數(shù)PDF_s和置信度α來計(jì)算T²和SPE的閾值：

T²和SPE的PDF_s求法如下：

其中，是的第i個(gè)值,K為單變量核函數(shù)，N_r為每個(gè)模態(tài)的采樣次數(shù)，為殘差得分矩陣；

再利用置信度α確定在數(shù)據(jù)為非高斯分布下的T²和SPE的閾值。

5.如權(quán)利要求1所述的基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的電氣牽引系統(tǒng)的故障檢測(cè)方法，其特征在于：所述步驟7中，計(jì)算T²的公式為：

T²＝X^TP_pcΛ_pc^-1P_pc^TX

其中，X為傳感器的數(shù)據(jù)或離線存儲(chǔ)數(shù)據(jù)；Λ_pc＝diag(λ₁…λ_l)，λ為S的特征值，S為奇異值分解后的數(shù)據(jù)；

計(jì)算SPE的公式為：

其中，P_pc是主元載荷矩陣。

6.如權(quán)利要求1所述的基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的電氣牽引系統(tǒng)的故障檢測(cè)方法，其特征在于：所述步驟8中，進(jìn)行決策的方法是：判斷T²和SPE是否超過閾值，如果都未超過閾值，則系統(tǒng)運(yùn)行正常，否則，判斷牽引系統(tǒng)出現(xiàn)故障。