[發明專利]基于模糊熵和核極限學習機的電力機車空轉在線識別方法

有效

• 申請號: 202110651989.2
• 申請日: 2021-06-11
• 公開（公告）號: CN113392900B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發明（設計）人: 黃景春;蔣博雅;王濤;張清華;余泳江;李政毅
• 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;G06F17/18;G06N3/04;G06N3/08;G06N7/02
• 代理公司: 成都天既明專利代理事務所(特殊普通合伙) 51259
• 代理人: 鄧世燕;杜雁春

本發明公開了一種基于模糊熵和核極限學習機的電力機車空轉在線識別方法，包括多尺度模糊熵特征提取模塊、最優核極限學習機模型模塊和空轉在線識別模塊。與現有技術相比，本發明的積極效果是：本發明從信號特征提取和機器學習分類的角度對空轉進行辨識，通過對測量準確的機車輪對速度信號特征提取出能顯著表征空轉狀態/粘著狀態的特征并由分類器進行分類來實現空轉在線識別，相比于采用帶有誤差的輸入的傳統空轉識別方法，在線識別的效果更加優秀，更加準確、快速；本發明方法針對電力機車復雜的運行工況和運行環境的適應性比傳統方法更強，比傳統空轉識別方法具有更加優異的識別精度并有效解決了傳統方法中的在線識別時閾值設定困難的問題。

技術領域

本發明涉及軌道交通列車牽引控制技術，尤其涉及電力機車空轉在線識別方法。

背景技術

交通運輸在經濟建設中扮演著越來越重要的角色，而鐵路運輸則是交通運輸領域的中堅力量。在鐵路運輸中，電力機車動輪與輪軌之間的粘著力是驅動機車運行的最終動力，因此只有保證輪軌間的有效粘著不被破壞，即避免機車輪對發生空轉，才能有效地利用牽引電機的輸出功率，使牽引電機功率利用率最大化。但由于機車運行工況、環境復雜且輪軌間的粘著利用很大程度上依賴于輪軌接觸面的情況，復雜多變的天氣、軌面油污、落葉、雨雪或其他破環粘著環境的異物都會使輪軌間的粘著條件變差。當機車輪軌間的粘著條件變差或者被破壞時，電力機車輪對往往會發生打滑，此時若沒有防空轉控制，機車牽引電機的牽引力會保持不變，使得電機牽引功率多余部分轉化為機車輪對的轉動動能，進而造成輪對速度的快速提升，而機車車速并沒有顯著增加，此時即發生了空轉?？辙D會造成牽引電機有效功率的下降，并導致輪軌的磨損甚至毀壞，嚴重威脅到列車的安全運行。因此在重載機車和高速動車組的牽引控制系統中，通常需要防空轉控制系統，對輪對的空轉趨勢進行在線識別并采取相應措施加以控制，而快速有效的識別空轉則是該系統的關鍵。

“粘著”是指行車過程中車輪滾動而無相對滑動并保持輪軌接觸處相對靜止的現象，它是列車牽引傳動得以實現的最重要的物理現象，其在宏觀上表現為輪軌間的切向力。機車運行時，輪軌間的粘著力將牽引電機上的轉矩轉換為機車運行的牽引力與制動力，而粘著力的產生則依賴于輪軌接觸面的蠕滑現象。如圖1所示，機車運行時，輪軌之間由于機車載荷G的作用會產生彈性形變，形成橢圓形的接觸斑。當車輪向前滾動時，輪軌間接觸部分發生彈性形變，車輪運行前沿部分材質被壓縮，而后沿部分材質被拉伸；相應地輪軌前沿部分被拉伸，后沿部分被壓縮。因此在該接觸斑內，發生了輪軌的相對變形并產生了微小的滑動現象，此即為蠕滑。蠕滑現象使得車輪滾動時，在輪軌接觸面上產生切向粘著力驅動列車前進，它是機車運行過程中前進的唯一動力。

圖1中，v為機車車體速度；r為車輪滾動半徑；ω為車輪轉動角速度；G為機車載荷即輪對施加在軌道上的正壓力；F是作用在輪軌接觸面上的切向牽引力，而F′是作用在鋼軌接觸面上的切向牽引力，二者共同作用使得車輪向前滾動。進一步通過局部放大觀察輪軌橢圓接觸區，可將其分為粘著區和滑動區，如圖1中虛線所示?；瑒訁^內輪軌間發生的微小滑動即為蠕滑，蠕滑宏觀上會導致輪對線速度與機車車體速度之間存在速度差，即蠕滑速度v_s，其定義如式(1)所示，由蠕滑速度可得到輪軌間的蠕滑率λ定義為式(2)：

v_s＝v-ωr (1)

λ＝v_s/v (2)

在軌道交通中，機車牽引力和制動力的充分發揮依賴于輪軌間的粘著，因此在輪軌的接觸原理中，我們定義了一個代表輪軌間粘著狀態的指標，即把輪軌間所能產生的最大粘著力F與機車載荷G之比稱為粘著系數，用μ表示，其定義式如式(3)示：

μ＝F/G (3)