[發明專利]一種基于多重T方控制圖的高速列車間歇故障檢測方法

有效

• 申請號: 201811250111.2
• 申請日: 2018-10-25
• 公開（公告）號: CN109325310B
• 公開（公告）日: 2023-05-05
• 發明（設計）人: 周東華;趙英弘;何瀟;盧曉;鐘麥英;王友清;王建東
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: G06F30/27
• 分類號: G06F30/27;G01M17/08
• 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

本發明公開了一種基于多重T方控制圖的高速列車間歇故障檢測方法，屬于故障診斷領域；該方法可以檢測出幅值較小且持續時間有限的間歇故障，并推斷間歇故障的發生時間和消失時間，顯著提高了數據驅動方法對間歇故障的檢測效果；該方法包括：訓練數據收集并預處理，分析高速列車關鍵系統間歇故障參數，在線故障檢測及誤報排除，時間窗口選擇及間歇故障發生、消失時間實時推斷。本發明有效保障了高速列車關鍵系統間歇故障檢測的實際應用需求。

技術領域

本發明屬于故障診斷領域，具體涉及一種基于多重T方控制圖的高速列車間歇故障檢測方法。

背景技術

近年來，對高速列車關鍵系統的故障檢測已成為熱點研究課題。然而多年來，人們大多僅關注持續故障的檢測問題，而對間歇故障的檢測問題研究較少。另一方面，隨著電子、信息等技術的高速發展，一種不同于傳統持續故障形式的特殊故障類型，即間歇故障逐漸引起了人們的重視。高速列車制動控制系統在復雜環境下運行，易發生間歇故障。一方面，電子制動控制單元由復雜電子電路構成，虛焊老化等都會導致控制電路松動進而引發控制器間歇故障。此外，高速列車運行環境復雜，車載傳感器易受震動、電磁干擾等影響，導致傳感器間歇失效。

間歇故障是指一類持續時間有限，沒有外部補償措施仍然可以自行消失使系統重新恢復可接受性能的故障。與持續故障相比，間歇故障的發生具有隨機性和反復性，且具有明顯的累積效應，即隨著時間推移，故障發生頻率及持續時間逐漸增加，由間歇發生最終演變為持續故障。由于間歇故障的發生和消失具有隨機性，因此其診斷標準要求同時檢測故障的發生和消失時刻，診斷性能滿足在本次故障消失前確定其發生時刻，在下一次故障發生前確定其消失時刻。這樣的檢測結果更有利于我們分析系統的運行狀態，制定合理的維護和維修策略以及針對間歇故障進行容錯控制律的設計。

間歇故障幅值較小且持續時間有限的特性，使得傳統的數據驅動故障檢測方法很難直接應用于間歇故障的檢測

發明內容

針對現有技術中存在的上述技術問題，本發明提出了一種基于多重T方控制圖的高速列車間歇故障檢測方法，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：

基于多重T方控制圖的高速列車間歇故障檢測方法，包括如下步驟：

步驟1：離線訓練；具體包括如下步驟：

步驟1.1：構造正常工況測量矩陣：

[X₁,X₂,…,X_k,…,X_N]∈R^m×N；

其中，X_k∈R^m×1為列向量；m為所檢測的系統包含的傳感器個數；N為每個傳感器包括的獨立采樣個數；

步驟1.2：計算訓練數據的樣本均值和協方差矩陣S，即

步驟1.3：根據經驗或通過分析歷史故障數據，給出高速列車關鍵系統間歇故障的方向ξ_q、故障幅值下界故障持續時間下界和故障消失時間下界并計算下式：

其中，W^*和W^#為兩個時間窗口；W＝1,2,…,W^#；為理論上對故障發生檢測延遲的上界；為理論上對故障消失檢測延遲的上界；

步驟1.4：根據給定的置信水平α，對時間窗口W＝1,2,…,W^#，分別計算即

其中，F_a(p,N-p)為自由度為p,N-p的F分布置信水平為α時的上分位數，記