[發(fā)明專利]一種非接觸式弓網(wǎng)接觸力檢測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210431076.4
• 申請日: 2022-04-22
• 公開（公告）號: CN115014600B
• 公開（公告）日: 2023-10-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周寧;陳鴻明;劉久銳;張衛(wèi)華;羅朝基;張敏
• 申請（專利權(quán)）人: 西南交通大學;成自鐵路有限責任公司
• 主分類號: G01L1/24
• 分類號: G01L1/24;G06F18/22;G06T7/00
• 代理公司: 北京正華智誠專利代理事務(wù)所(普通合伙) 11870
• 代理人: 何凡

1.一種非接觸式弓網(wǎng)接觸力檢測方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、獲取受電弓的圖像數(shù)據(jù)；

S2、基于所述圖像數(shù)據(jù)確定出弓頭相對于底架的垂直位移；

S3、基于所述垂直位移和卡爾曼濾波算法確定出弓網(wǎng)接觸力。

2.如權(quán)利要求1所述的非接觸式弓網(wǎng)接觸力檢測方法，其特征在于，所述步驟S3具體包括以下分步驟：

S31、根據(jù)所述受電弓的弓頭、上框架、下框架確定出所述受電弓的狀態(tài)向量，并根據(jù)所述狀態(tài)向量確定出狀態(tài)方程；

S32、根據(jù)所述垂直位移確定出所述受電弓的觀測方程；

S33、基于預設(shè)采樣間隔獲取多個時刻的狀態(tài)方程和觀測方程；

S34、將多個時刻的狀態(tài)方程和觀測方程進行離散得到離散方程；

S35、基于所述離散方程和卡爾曼濾波算法確定出所述狀態(tài)向量的最小方差解；

S36、基于所述狀態(tài)向量的最小方差解確定出弓網(wǎng)接觸力。

3.如權(quán)利要求2所述的非接觸式弓網(wǎng)接觸力檢測方法，其特征在于，所述狀態(tài)向量z通過如下公式表示：

式中，x₁為弓頭位移，x₂為上框架位移，x₃為下框架位移，為弓頭速度，為上框架速度，為下框架速度，T為轉(zhuǎn)置符號。

4.如權(quán)利要求3所述的非接觸式弓網(wǎng)接觸力檢測方法，其特征在于，所述狀態(tài)方程通過如下公式表示：

式中，為狀態(tài)向量對時間求導，A為狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，B為輸入控制矩陣，s₀(t)為t時刻抬升力，C為輸入控制矩陣，f_c(t)為弓網(wǎng)接觸力。

5.如權(quán)利要求2所述的非接觸式弓網(wǎng)接觸力檢測方法，其特征在于，所述觀測方程通過如下公式表示：

y(t)＝Hz(t)；

式中，y(t)為觀測向量，H為觀測矩陣，z(t)為t時刻狀態(tài)向量。

6.如權(quán)利要求2所述的非接觸式弓網(wǎng)接觸力檢測方法，其特征在于，所述離散方程通過如下公式表示：

x(k+1)＝Ψx(k)+Γf₀(k)+Vf_c(k)+ω(k)；

y(k)＝Hx(k)+v(k)；

式中，ω(k)和ν(k)為互不相關(guān)的高斯白噪聲，且E[ω(k)ω^T(k)]＝Q(k)，E[γ(k)γ^T(k)]＝R(k)，Q、R為協(xié)方差矩陣，x(k+1)為k+1時刻狀態(tài)向量，Ψ為離散的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，Γ為離散的控制矩陣，V為離散的控制矩陣，y(k)為k時刻的觀測向量，H為觀測矩陣，x(k)為k時刻狀態(tài)向量，s₀(k)為k時刻抬升力，f_c(k)為k時刻弓網(wǎng)接觸力。

7.如權(quán)利要求6所述的非接觸式弓網(wǎng)接觸力檢測方法，其特征在于，所述步驟S35中具體通過如下公式確定出狀態(tài)向量的最小方差解：

式中，為對k時刻的狀態(tài)預測，P_k/k-1為狀態(tài)預測的均方誤差，Q_k-1為系統(tǒng)噪聲的方差陣，預設(shè)為非負定陣，R_k為量測噪聲的方差陣，預設(shè)為正定陣，S_k為k時刻新息協(xié)方差，為卡爾曼增益，P_k/k為k時刻的狀態(tài)誤差協(xié)方差，為遞推得到的k時刻的狀態(tài)估計，Φ_k為k時刻的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，為k-1時刻的狀態(tài)估計值，H_k為k時刻的觀測矩陣，P_k-1/k-1為k-1時刻的估計均方誤差，為k-1時刻的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的轉(zhuǎn)置，Γ_k為k-1時刻的控制矩陣，為k時刻的觀測矩陣的轉(zhuǎn)置，為新息協(xié)方差的逆，P_k/k為k時刻的估計均方誤差，I為單位矩陣，y_k為k時刻的觀測向量。