[发明专利]分辨率受限情况下高速列车鲁棒间歇传感器故障检测方法

说明书

技术领域

本发明属于信号处理技术领域，具体一种涉及分辨率受限情况下高速列车鲁棒间歇传感器故障检测方法。

背景技术

高速列车中包含众多传感器，且这些传感器所处工作环境恶劣，出现间歇故障的情况较为普遍，对高速列车安全运行构成了巨大的安全隐患。

传感器故障检测技术可以利用各种冗余信息对传感器进行监测，是提高传感器可靠性的有效方法，获得了广泛关注。但是，现有鲁棒传感器故障检测方法严重依赖模型不确定性结构，且需要获取相应的不确定性结构及结构参数等先验信息。此外，现有方法通常仅能检测永久传感器故障，无法在分辨率受限情况下进行间歇传感器故障的检测。

发明内容

针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种分辨率受限情况下高速列车鲁棒间歇传感器故障检测方法，实时在线监测传感器状态，保障高速列车平稳安全运行，设计合理，克服了现有技术的不足，具有良好的效果。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种分辨率受限情况下高速列车鲁棒间歇传感器故障检测方法，包括如下步骤：

步骤1：建立软测量模型

高速列车关键系统的状态方程如公式(1)所示：

x(k+1)＝(A_c(k)+A_δ(k))x(k)+(B_c(k)+B_δ(k))u(k)+w(k),(1)；

其中，为系统状态；为控制输入；为过程噪声；为过程参数；为过程参数不确定性；

分辨率为的传感器的实际测量方程如公式(2)所示：

y(k)＝(C_c(k)+C_δ(k))x(k)+v(k)+Δ(y(k))+f(k),(2)；

其中，为实际测量输出(满足)；为分辨率诱导不确定性；为测量噪声；为测量参数；为测量参数不确定性；

间歇传感器故障方程如公式(3)所示：

其中，为间歇传感器故障；为第i个间歇故障的模式；为第i个间歇故障的发生时间；为第i个间歇故障的消失时间；Γ(·)为单位阶跃函数。

根据上述状态方程和实际测量方程建立软测量模型如公式(4)所示：

Y(k)＝(C_c(k)+C_δ(k))x(k)+v(k)+Δ(Y(k))+f(k),(4)；

其中，为软测量输出；为软测量诱导不确定性。

步骤2：设计鲁棒残差生成器

步骤2.1：根据公式(5)设定状态估计器初值：

步骤2.2：根据公式(6)计算系统状态均值：

μ_x(k)＝A_c(k-1)μ_x(k-1)+B_c(k-1)u(k-1),(6)；

步骤2.3：根据公式(7)计算系统状态二阶矩：

步骤2.4：根据公式(8)、公式(9)计算中间变量：

其中α_l,l∈{1,2,3,4,5}为任意正数；为k-1时刻状态估计误差协方差上界；

步骤2.5：根据公式(10)计算状态估计器增益：

K_x(k)＝H(k)C_c(k)^TQ(k)^-1,(10)；

步骤2.6：根据公式(11)计算状态估计误差协方差上界：

步骤2.7：根据公式(12)、(13)计算状态估计值：

步骤2.8：根据公式(14)计算残差：

步骤3：设计故障检测策略

步骤3.1：根据公式(15)计算故障检测统计量

T_D(k)＝r(k)^Tr(k),(15)；

步骤3.2：根据公式(16)计算故障检测阈值

步骤3.3：设定故障检测逻辑

若T_D(k-1)≤J_D(k-1),T_D(k)＞J_D(k)，则k时刻发生故障，故障警报指示量I_a＝1，