[发明专利]故障注入方法及系统

摘要

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。

主权项

1.一种故障注入方法，其特征在于，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；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；所述模式一的故障注入具体包括：构建故障对象正常运行状态下的机理模型为M[X；θ；Y]，其中，X＝[x₁,…,x_a,…x_A]为模型M的输入量,x_a为第a个输入量，a＝1,2,3,…,A，A为输入量的总数；θ＝[θ₁,…,θ_b,…,θ_B]为模型M中的模型参数，θ_b为其中第b个模型参数，b＝1,2,3,…B，B为正常机理模型中模型参数的总数；Y＝[y₁,…,y_k,…,y_K]为模型M的输出量，y_k为第k个输出量，k＝1,2,3,…K，K为输出量的总数；假定发生故障F_d，d＝1,2,3,…,D，D为故障类型的数目，构建故障对象在该故障状态下的机理模型为M_fd[X′_d；θ′_d；Y′_d]；其中，X′_d＝[x′_d1,…,x′_da,…x′_dA]为模型M_fd的输入量，x′_da为第a个输入量，a＝1,2,3,…A，与模型M中输入量x_a对应的信号/变量相同；为模型M_fd中的模型参数，为其中第w_d个模型参数，w_d＝1,2,3,…,W_d，W_d为发生故障F_d时故障机理模型中模型参数的总数；Y′_d＝[y′_d1,…,y′_dk,…,y′_dK]为模型M_fd的输出量，y′_dk为第k个输出量，k＝1,2,3,…,K，与模型M中输出量y_k对应的信号/变量相同；针对故障机理模型M_fd[X′_d；θ′_d；Y′_d]中故障敏感参数θ′_dl，建立其性能退化过程与系统运行状态变量R和环境参数E之间的表征关系，公式为：θ′_dl＝g_dl(R,E)；其中，为模型参数中对性能退化过程敏感的参数，为第l_d个故障敏感参数，l_d＝1,2,3,…,L_d，L_d为发生故障F_d时所建故障机理模型M_fd[X′_d；θ′_d；Y′_d]中故障敏感参数的总数，且1≤L_d≤W_d；其中R＝[r₁,…,r_p…,r_P]为影响敏感参数演变的系统运行状态变量，r_p为第p个系统运行状态变量，p＝1,2,3,…,P，P为运行状态变量的总数；E＝[e₁,…,e_q,…,e_Q]为影响敏感参数演变的环境参数，e_q为第q个环境参数，q＝1,2,3,…,Q，Q为环境参数的总数；将故障对象的故障机理模型M_fd以并联接入的方式与正常模型M的输入端相连，在模拟某类型故障F_d时，将故障对象正常模型M输出端信号Y断开，用故障模型M_fd的输出端信号Y′进行连接，获取故障机理模型M_fd中的故障敏感参数的初始设定值，并根据实时计算故障敏感参数θ′_dl，用更新了的故障敏感参数替换故障模型M_fd中的初始设定值，实现基于模型修改的故障场景模拟。