[发明专利]故障注入方法及系统

说明书

本发明涉及计算机仿真技术领域，公开了一种故障注入方法及系统，以可靠、安全、逼近真实地模拟故障特性。本发明方法包括：构建故障模拟器，所述故障模拟器设置有模型替换方式、信号调理模式以及包含模型替换和信号调理的混合模式；根据用户设定的故障注入模式实现故障注入。本发明可应用于模拟高速列车牵引传动系统的故障注入，根据实际需要可采用基于信号调理、基于模型替换、或基于包含模型替换和信号调理的混合模式的故障注入方法，实现牵引传动控制系统各类常见故障的逼近真实地模拟；为牵引传动控制系统常见故障的诊断和容错等技术研究提供安全、可靠、接近真实的故障注入/模拟/仿真与测试平台，具有较强的适用性。

技术领域

本发明涉及计算机仿真技术领域，尤其涉及一种可应用于模拟高速列车牵引传动系统故障的故障注入方法及系统。

背景技术

高速列车的安全运行是高铁运行与发展的首要问题，关乎国计民生，牵动全国人民的心。我国高速铁路发展迅速，形成了具有中国特色的高铁技术体系，总体技术水平和应用水平居世界领先，但由于高速列车运行时速高、运行环境恶劣以及长期运行可能导致的元器件老化等为高铁的安全运行带来严重的安全隐患。

高速列车牵引传动系统由牵引变压器、牵引控制器、牵引变流器、牵引电机及车载传感器等构成，是高速列车的心脏(变流)和大脑(控制)，用于牵引高速列车稳定运行，属于高速列车运行安全的关键系统之一，也是高速列车高发故障的主要来源之一。正因为如此，高速列车牵引系统的任何故障或安全隐患若不能实时诊断并得到及时正确的处理，都有可能引发连锁事故，甚至导致灾难性后果，造成严重后果。

为保证真实运营系统的安全可靠运行，同时降低研发成本、缩短研制周期和车上调试时间、减少验证时间，所有车载技术在投入运行使用之前，都必须通过实验室的仿真实验和现场运行的测试与试验验证。但现有的高速列车仿真平台大多以模拟、仿真、验证高速列车正常运行行为为主要目标，仅可离线、手动简单模拟仿真某些子系统内或功能模块内的异常工况，以及“故障导向安全”机制下的故障-停车行为，但缺乏系统级故障测试/注入机制。

高速列车牵引系统运行时故障的时空变迁特性，使得在以实现正常运行行为为主要目标的传统仿真平台上，无法仅仅通过简单地设置故障注入环节或增加故障诊断功能来构建规模庞大、结构复杂故障诊断应用验证平台的体系架构；也无法逼近真实地模拟故障注入模式下系统故障的演变环境及其发生、发展、演变的复杂时空变迁特性；也无法对模块化封装和内部组件高度集成等造成故障位置无法访问的故障对象进行故障模拟，因而实现故障测试/注入行为、演变、变迁影响之间的有效控制十分困难，无法满足故障注入及故障诊断实现技术应用验证研究的要求，同时还会给平台设备带来破坏性、给试验人员带来危害性等隐患。

因此，如何建立高速列车牵引系统常见故障的故障注入/模拟机制，针对牵引系统的具体故障类型提出可靠、安全、逼近真实地模拟故障演变、症状变迁等特性的故障注入方法及系统，是本发明拟解决的关键问题。

发明内容

本发明的主要目的在于公开一种故障注入方法及系统，以可靠、安全、逼近真实地模拟故障特性。

为实现上述目的，本发明公开了一种故障注入方法，包括：

构建故障模拟器，所述故障模拟器设置有三种故障注入模式；其中模式一为模型替换方式，模式二为信号调理模式，模式三为包含模型替换和信号调理的混合模式；

根据用户设定的故障注入模式实现故障注入。

可选的，对应模式一的故障注入包括：

建立故障对象的正常和故障机理模型；考虑系统运行状态和外部环境因素，建立故障机理模型中故障敏感参数性能退化过程的演变规律；

将故障机理模型替换正常机理模型，修改故障对象的故障敏感参数，实现基于模型修改的故障场景模拟。

更具体的：实现模式一的故障注入的详例包括：