[發明專利]一種基于數據驅動ToMFIR的高速列車懸掛系統故障診斷方法

在審

• 申請號: 202111347424.1
• 申請日: 2021-11-15
• 公開（公告）號: CN114115184A
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發明（設計）人: 吳云凱;蘇宇;周揚;朱志宇
• 申請（專利權）人: 江蘇科技大學
• 主分類號: G05B23/02
• 分類號: G05B23/02
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 徐澍

1.一種基于數據驅動ToMFIR的高速列車懸掛系統故障診斷方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1.對高速列車懸掛系統的實際模型和標稱模型進行數據建模，得到隱含懸掛系統的輸入輸出關系的實際模型的輸入輸出數據模型和標稱模型的輸入輸出數據模型；

步驟2.利用位移傳感器、陀螺儀獲取高速列車運行時列車車廂質心的垂向位移、角速度信號及轉向架構架質心的垂向位移信號，所述傳感器及陀螺儀的信號即為系統輸出；

步驟3.利用步驟2中所得實際模型的輸入輸出數據矩陣和標稱模型的輸入輸出數據矩陣，設計基于數據驅動的故障信息全度量殘差；

步驟4.利用步驟3中設計的基于數據驅動的故障信息全度量殘差構造評價函數J，結合故障檢測報警閾值，在檢測指標達到報警閾值時進行報警；

步驟5.利用步驟3中設計的基于數據驅動的故障信息全度量殘差，進行懸掛系統傳感器微小故障的幅值估計。

2.根據權利要求1所述的一種基于數據驅動ToMFIR的高速列車懸掛系統故障診斷方法，其特征在于，在所述步驟1中，對實際模型和標稱模型進行數據建模的具體過程包括：

步驟1.1.高速列車垂向懸掛系統的離散的實際模型G及標稱模型G₀可表示為：

其中，A,B,C,E_d,E_f,F_f為空間狀態方程相應的系數矩陣；x(k),y(k),u(k),d(k)分別為實際系統的狀態變量、輸出變量、控制輸入變量、軌道擾動激勵；f(k)表征所有可能的故障；ξ(k)分別是過程噪聲和測量噪聲；x₀(k),y₀(k),u₀(k)分別為標稱模型的狀態變量、輸出變量和控制輸入變量；

步驟1.2.由步驟1.1中懸掛系統實際模型G的狀態空間方程(1)，有：

其中y_l(k),u_l(k),d_l(k),f_l(k),ξ_l(k)為堆棧矩陣，Γ_l,H_u,l,H_d,l,H_f,l,為相應的系數矩陣，具體形式如下

步驟1.3.步驟1.2所得表達式(3)含有狀態變量x(k)，為消除狀態變量x(k)，由步驟1.1中離散狀態空間方程(1)可得到

其中

步驟1.4.將步驟1.3中所得表達式(5)代入步驟1.2所得表達式(2)，有

化簡得

y_l(k)≈H_u,p,lu_p,l(k)+H_d,p,ld_p,l(k)+H_f,p,lf_p,l(k)+H_e,p,le_p,l(k) (8)

其中

考慮時間間隔N，由步驟1.4中所得化簡后表達式(8)，可得如下隱含懸掛系統的輸入輸出關系的高速列車懸掛系統的數據模型：

Y_k,l＝H_u,p,lU_k,p,l+H_d,p,lD_k,p,l+H_f,p,lF_k,p,l+H_e,p,lE_k,p,l (10)

其中Y_k,l,U_k,p,l,D_k,p,l,F_k,p,l,E_k,p,l為數據矩陣；實際系統的輸入輸出數據矩陣Y_k,l與U_k,p,l，在列車運行時可由傳感器、陀螺儀等測量得到；各數據矩陣形式如下：

步驟1.5同理，由步驟1.1中懸掛系統標稱模型G₀的狀態空間方程(2)，有：

其中分別為標稱系統的輸入輸出數據矩陣，分別與U_k,p,l,Y_k,l具有相同的形式；并且，在列車運行時可由傳感器、陀螺儀等測量得到。