[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

本發(fā)明公開一種基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的電氣牽引系統(tǒng)的故障檢測(cè)方法，步驟是：首先建立離線數(shù)據(jù)模型，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)，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；對(duì)于每個(gè)數(shù)據(jù)塊，根據(jù)PCA的思想進(jìn)行特征提?。会槍?duì)每個(gè)模態(tài)，設(shè)置T²和SPE的閾值；然后進(jìn)入在線故障檢測(cè)階段，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；在相應(yīng)的模態(tài)，計(jì)算在線采集數(shù)據(jù)的T²和SPE；對(duì)電氣牽引系統(tǒng)的傳感器是否存在故障進(jìn)行決策。此種方法可有效地對(duì)電氣牽引系統(tǒng)的傳感器的微小故障進(jìn)行檢測(cè)和診斷。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電氣牽引系統(tǒng)的故障檢測(cè)領(lǐng)域，特別涉及一種用于檢測(cè)電氣牽引系統(tǒng)傳感器的微小故障的方法。

背景技術(shù)

在過去數(shù)十年，為了確保系統(tǒng)的安全性與可靠性，電氣牽引系統(tǒng)的故障檢測(cè)和診斷是電氣工程領(lǐng)域內(nèi)一項(xiàng)極為重要的任務(wù)，尤其是對(duì)于系統(tǒng)安全性要求較高的場(chǎng)合。到目前為止，隨著工業(yè)越來越復(fù)雜且對(duì)其可靠性和安全性的要求越來越高，極大地促進(jìn)了電氣系統(tǒng)中的故障檢測(cè)與診斷技術(shù)的發(fā)展。由于傳感器技術(shù)的快速發(fā)展，大多數(shù)電氣牽引系統(tǒng)配備不同類型的傳感器，用于精確的控制和安全監(jiān)控。例如，速度傳感器和一些電流或電壓傳感器常安裝在交流牽引系統(tǒng)中。由于復(fù)雜惡劣的工作環(huán)境，傳感器易發(fā)生故障導(dǎo)致其讀數(shù)偏離了真實(shí)的測(cè)量值。并且，傳感器的故障可能會(huì)影響到系統(tǒng)的整體性能，甚至造成更加嚴(yán)重的后果。比如，高鐵牽引系統(tǒng)的傳感器發(fā)生了較大的卡死故障，會(huì)造成供電電源緊急關(guān)閉或者意外停車。因此，對(duì)于電氣牽引系統(tǒng)傳感器的實(shí)時(shí)故障檢測(cè)與診斷來提高系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性是迫切需要的。

現(xiàn)有的有關(guān)電氣牽引系統(tǒng)傳感器的故障檢測(cè)與診斷方法中，主要是根據(jù)系統(tǒng)的硬件冗余和解析冗余關(guān)系。其中，硬件冗余是建立電氣牽引系統(tǒng)冗余關(guān)系最直接的方法。其根據(jù)相同的硬件來重構(gòu)關(guān)鍵部件，然后可以通過比較實(shí)際系統(tǒng)的信號(hào)和參考系統(tǒng)的信號(hào)來進(jìn)行故障的檢測(cè)和隔離。由于該方法成本高且不夠靈活，因此通常不采用硬件冗余的方法，而首先考慮使用解析冗余關(guān)系的方法來進(jìn)行電氣系統(tǒng)的故障檢測(cè)與診斷。絕大部分的解析冗余研究都是基于狀態(tài)空間模型或者電氣系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，這需要理解相關(guān)的數(shù)學(xué)知識(shí)和電氣牽引系統(tǒng)中的物理知識(shí)。例如：有學(xué)者提出在非線性系統(tǒng)中，通過觀測(cè)器的方法來檢測(cè)傳感器故障；還有學(xué)者提出了在雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)模型中利用奇偶校驗(yàn)的方法來進(jìn)行故障傳感器的檢測(cè)等。

除此之外，還有很多其他的電氣系統(tǒng)的故障檢測(cè)與診斷方法。例如，最近基于人工智能的故障診斷技術(shù)也很流行，包括人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、模糊邏輯等方法。但這種故障診斷方法需要完整的知識(shí)或者需要難以獲取的專家經(jīng)驗(yàn)。

盡管故障檢測(cè)與診斷技術(shù)已在理論方面取得了較大進(jìn)展，但傳感器的故障檢測(cè)與診斷依舊很難用于實(shí)際的電氣牽引系統(tǒng)中，主要挑戰(zhàn)有三點(diǎn)：

1.牽引系統(tǒng)通過直接功率控制，直接轉(zhuǎn)矩控制，磁場(chǎng)定向控制和電壓定向進(jìn)行控制，由于閉環(huán)的自帶的容錯(cuò)能力會(huì)削弱初始傳感器故障引起的影響；

2.傳感器故障容易被外部屏蔽和內(nèi)部干擾所影響；

3.由于牽引系統(tǒng)的復(fù)雜非線性結(jié)構(gòu)，準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型和完整專業(yè)知識(shí)是很難獲得的。

因此，電氣牽引系統(tǒng)方面故障檢測(cè)與診斷一直還很難實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的，在于提供一種基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的電氣牽引系統(tǒng)的故障檢測(cè)方法，其可有效地對(duì)電氣牽引系統(tǒng)的傳感器的微小故障進(jìn)行檢測(cè)和診斷。

為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的解決方案是：

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，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)；