[发明专利]高速列车闭环刹车制动系统间歇故障检测方法

说明书

本发明公开了一种高速列车闭环刹车制动系统间歇故障检测方法，具体涉及故障诊断技术领域。其解决了现有的高速列车故障检测技术对幅值较小且持续时间有限的间歇故障不能进行有效检测的不足。该方法通过对连续采集的高速列车闭环刹车制动系统的多个传感器的正常工况下的样本数据进行离散训练，在得出高速列车闭环刹车制动系统间歇故障的方向和故障幅值下界的基础上，对T²,Q,φ,D统计量分别计算其flag值，选取flag值最大的统计量进行在线阶段的故障检测。

技术领域

本发明涉及故障诊断技术领域，具体涉及一种高速列车闭环刹车制动系统间歇故障检测方法。

背景技术

近年来，随着高速列车的飞速发展，对其关键系统的故障检测问题已成为研究热点。闭环刹车制动系统作为高速列车信息控制系统中与安全性相关密切的子系统，已有很多数据驱动的故障检测方法在其上取得了成功应用。但人们对持续故障的检测问题关注较多，而对间歇故障的检测问题关注较少。随着近年来电子、信息等技术的高速发展，间歇故障逐渐引起了人们的重视。间歇故障是指一类持续时间有限，没有外部补偿措施仍然可以自行消失使系统重新恢复可接受性能的故障。高速列车闭环刹车制动系统在复杂环境下运行，易发生间歇故障。一方面，复杂的电子电路构成了电子制动控制单元，其虚焊老化等会引发控制器间歇故障。此外，高速列车会受震动、电磁干扰等影响，制动系统车载传感器也易发生间歇失效。

间歇故障若不及时进行检测，任其发展，则最终有可能演变为持续故障，因此间歇故障可视为持续故障的一种前兆。与持续故障相比，间歇故障更难以被检测，因为其具有幅值微小且持续时间有限的特性。目前大部分的故障检测方法一般针对幅值较大的故障效果明显，而针对幅值较小的故障不敏感。近几年虽然在微小故障的检测方面取得了一系列研究成果，但间歇故障不仅具有幅值微小的特性，其还具有持续时间较短的特性，使其比微小故障更难被检测。

另一方面，高速列车刹车制动系统的多级闭环控制和系统的动态特性使得实时观测样本之间含有很强的自相关性。传统的数据驱动故障检测方法多假设实时观测样本之间是独立的，而这种假设在闭环系统中很难成立。目前为止，考虑高速列车闭环刹车制动系统中实时观测样本含有较强的自相关性，如何对幅值较小且持续时间有限的间歇故障进行有效检测，尚未得到广泛研究。

发明内容

本发明的目的是针对高速列车间歇故障检测存在的不足，提出了一种可以处理高速列车闭环刹车制动系统中实时观测样本之间含有较强自相关性的问题，并能够检测出幅值较小且持续时间有限的间歇故障的高速列车闭环刹车制动系统间歇故障检测方法。

本发明具体采用如下技术方案：

高速列车闭环刹车制动系统间歇故障检测方法，具体包括以下步骤：

步骤11、离线训练：

111、假设高速列车闭环刹车制动系统包含m个传感器，且m个传感器的采样时刻均相同，则连续采集N个正常单工况下的样本数据，并构造如式(1)所示的正常工况测量矩阵：

[X₁,X₂,…,X_N]∈R^m×N (1)

其中，X_k∈R^m×1为列向量；

112、按照式(2)对测量数据进行增广，构造增广测量矩阵Y∈R^(N-W+1)×Wm：

其中，W为增广的窗口长度，其初始值取为1；

113、将增广测量矩阵Y的各列标准化为零均值单位方差，并对标准化后的测量矩阵X的协方差矩阵S按照式(3)进行特征值分解：