[发明专利]一种针对高速列车悬架系统执行器的微小故障诊断方法

说明书

技术领域

本发明公开了一种针对高速列车悬架系统执行器的微小故障诊断方法，特别是涉及基于故障信息全度量残差的闭环控制系统微小故障的检测与估计方法。属于高速列车悬挂系统故障诊断技术领域。

背景技术

高速列车悬架系统负责支撑车体和转向架，还起到缓冲由轨道不平顺所引起的轮轨作用力、控制列车行驶方向以及保证列车运行舒适性的作用，因此对其有高可靠性的要求。2008年，我国在主要干线上开通了时速200公里以上的CRH(China Railway High-speed)动车组列车，到目前为止，已经建成世界上规模最大、运营速度最快的高速铁路网。为了提高我国高铁运行的安全性，针对高速列车悬架系统故障诊断的研究势在必行。

高速列车悬架系统分为主动悬架和半主动悬架，采用闭环控制结构。悬架系统位于列车车体与转向架之间(二系悬架)以及转向架与轮对之间(一系悬架)，包含有大量的部件，包括螺旋弹簧、横向/垂向阻尼器、空气弹簧以及主动式作动器。其中主动式作动器作为重要的执行器部件，对于高速列车的安全运行和乘坐舒适性至关重要。目前，国内外针对高速列车悬架系统故障诊断的研究主要集中在螺旋弹簧、阻尼器件，也包括车轮、轴承和转向架构架等部件，但是几乎没有针对二系悬挂中主动式作动器故障诊断的研究。

主动悬架采用闭环控制结构，主动式作动器是其中重要的执行器部件。通常执行器故障包括以下两种状况：失效型(乘性)故障、漂移型(加性)故障，其中又以失效型故障最为常见。当故障特征不明显时，由于列车运行过程中受环境噪声等影响，容易使高速列车悬架系统执行器部件的微小故障被噪声掩盖而不易检测。由于闭环结构的影响，故障更容易在系统内部传播，再加上闭环系统中控制器对于故障有一定的“容错”作用，使得微小故障的定位和诊断在闭环控制结构的悬架系统中十分困难。

故障信息全度量残差包括两个部分：其一是输出残差，用以表征闭环系统中控制器未补偿的那部分故障信息；其二是控制器残差，用以表征闭环控制系统中控制器补偿了的那部分故障信息。该技术可以充分利用故障的全面信息，从而更加准确地对闭环结构下的微小故障进行实时检测和准确诊断。目前，一方面对于主动悬架故障诊断的研究很少，另外针对高速列车闭环控制结构的悬架系统微小故障诊断的研究以及其工程实用的研究尚属空白。。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的缺陷，提供一种针对高速列车悬架系统执行器的微小故障诊断方法。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种针对高速列车悬架系统执行器的微小故障诊断方法，包括如下步骤：

步骤一、依据轨道的不平顺性对于轨道-车辆耦合系统的动态影响，对高速列车悬架系统进行建模；

步骤二、在列车运行过程中，通过加速度传感器、陀螺仪分别获得动车/拖车车体与动车/拖车转向架的加速度信号、角加速度信号；

步骤三、利用故障信息全度量残差，对所述高速列车悬架系统的系统输出进行处理，获得故障检测所需的残差量；

步骤四、根据步骤三所得的故障信息全度量残差进一步得出闭环控制结构悬挂系统的故障残差，再结合列车实时工况、线路条件、负载情况所生成的故障检测报警阈值，判断检测指标是否达到报警阈值，在检测指标达到报警阈值时进行报警；

步骤五、构造基于故障信息全度量残差的故障估计观测器，对悬架系统执行器所发生的微小故障进行实时估计。

作为本发明的进一步优选方案，步骤一中，所述对高速列车悬架系统的建模包括：悬架系统垂向动力学建模、轨道不平顺建模、悬架易发故障建模，所述高速列车悬架系统的空间状态方程为：

x.(t)=Ax(t)+Bu(t)+Bd(t)]]>

z(t)＝Gx(t)+Hu(t)+Hd(t)