列车齿轮速度传感器性能及故障诊断检测技术

根据国内列车普遍使用的测量列车运行速度的齿轮传感器的工作特性要求,利用ARM单片机设计了一种列车速度传感器性能测试系统,用于检测齿轮传感器的各项性能参数;由于速度传感器电路器件的失效或劣化,会引起传感器特性的变化,研究了一种主动变激励电源参数的故障诊断方法,用于对传感器隐性故障的诊断。结果表明,该检测系统可以满足列车速度传感器性能参数测试的要求,并可以对三极管失效等故障进行定位。     

基于卡尔曼滤波器的传感器故障诊断

传感器故障诊断是当今研究的热点领域.利用卡尔曼滤波器及多重故障假设检验方法检测发动机控制系统传感器硬、软故障,并实现故障传感器的输出重构.仿真表明,所研究的方法能及时、有效地检测到故障传感器,并对其进行隔离和重构,没有发生误报和漏报现象.     

汽车电子节气门角度传感器的故障检测与重构

针对具有强非线性的电子节气门角度传感器的故障诊断与重构问题,提出一种基于滑模变结构观测器的角度传感器故障检测与故障重构方法。利用一阶滤波器实现传感器故障与执行器故障的等效变换,利用滑模观测器生成残差,同时根据已发生故障的测量值估计故障量,得到传感器故障信息的精确估计,实现传感器故障的检测与故障重构。通过ds PACE搭建快速控制原型环境对所提出的故障检测与重构方法进行验证,实验结果表明所设计的滑模变结构观测器可有效对传感器故障进行检测与重构。     

气动式铁轨故障检测系统研究

针对列车提速后容易出现的铁路铁轨断裂、轨距加大、铁轨连接处错位等故障现象,研究一种气动式检测系统器,利用气动传感器快速、方便、及时检测出这些铁轨故障,为保证列车提速的成功提供一种技术保障。     

一种改进的KPCA传感器故障识别方法及其应用

针对KPCA模型传感器故障诊断中识别环节存在的问题,提出了一种改进的故障识别方法——均方贡献值法。该方法在T2检测统计量的计算基础上提出,通过计算每个测量变量对模型变化的均方贡献值,然后采用一阶惯性滤波消除干扰,得到一个稳定的、可以精确定位故障传感器的贡献指标,仿真实验证实了方法的有效性。该方法不需要任何迭代近似计算和数据重构,计算量小且方案简洁,适于监控系统的在线运行使用。     

传感器尺寸对高速列车空气动力学测试影响

列车线路试验是研究高速列车气动性能最直接的方法,通常用微型超薄气压传感器测试列车表面压力,然而传感器自身尺寸会对测点处流场产生影响,导致测试结果不准确。针对这一长期被忽略的问题,分别建立单独列车模型和含传感器的列车模型,采用大涡数值模拟方法计算两种模型测点处的表面压力,利用希尔伯特-黄变换提取脉动压力;分析由于传感器自身尺寸带来的平均压力和脉动压力的测量误差,并建立与运行速度的幂函数关系。结果表明:由于传感器自身尺寸影响,测点处平均压力的测量误差绝对值近似与运行速度呈二次函数,脉动压力级改变幅值与速度的三次方呈正比关系,各速度级下总脉动压力级改变幅值几乎相等。将结论用于修正线路试验测试数据,为高速列车气动性能研究提供更准确的数据。     

基于主元分析的锅炉系统故障检测与诊断

针对锅炉系统的故障检测与诊断问题,介绍了基于主元分析的故障检测与诊断方法,给出了在多变量统计过程中应用广泛的T~2和SPE(Q)统计量。采集锅炉正常工况下的历史数据建立PCA主元模型,利用所建立的模型检测锅炉运行的实时数据,采用贡献图法对检测到的故障数据进行诊断分析,识别出故障原因,从而实现锅炉系统故障检测与诊断的目的。     

高速列车万向轴动不平衡检测的EEMD-Hankel-SVD方法

针对聚合经验模式分解(Ensemble empirical model decomposition,EEMD)的等效滤波特性依然存在模式分量间频带重叠较大的根本缺陷,提出一种高速列车万向轴动不平衡动态检测的新方法。该方法的核心是对万向节安装机座的振动信号进行EEMD分解得到基本模式分量,应用基本模式分量信号来构造Hankel矩阵,对该矩阵进行正交化奇异值(Singular value decomposition,SVD)分解,以奇异值关键叠层作为奇异值的选择准则对信号进行重构,应用重构信号的傅里叶谱来检测高速列车万向轴的动不平衡,消除EEMD分解模式频带重叠对故障特征的淹没和混淆效应,提高了谱的清晰度,凸显了故障特征。应用万向轴动不平衡试验数据对该方法进行试验验证,结果表明,该方法能够有效检测万向轴动不平衡引起的故障特征和万向轴的固有振动特征,与纯EEMD方法相比,该方法在谱的清晰度和故障表征力上得到了显著提高。     

空调系统传感器自动故障诊断方法研究

针对空调系统运行过程具有非线性和动态特性的特点,提出了一种基于动态核主元分析的传感器故障检测方法。该方法采用核主元分析提取系统中的非线性冗余信息,建立核主元模型,再引入指数加权的定义,进行在线诊断的同时对模型进行实时更新,得到了改进的动态核主元模型。选择SPE统计量作为系统是否发生故障的依据。最后通过贡献图法实现了对故障变量的分离。将此方法应用于某地源热泵系统的传感器故障检测,结果表明,该方法能够实时更新核主元模型和置信限,成功分离故障变量,且和传统主元分析法相比具有更好的故障诊断效果。     

低压配电设备故障诊断及运行监控系统

针对德清电网低压配电设备故障抢修压力重、抢修速度慢等问题,提出了一种低压配电设备故障诊断方法及运行监控系统的设计。首先,低压配电监控设备通过有关传感器获取配电柜进出电缆线表面温度、电缆沟水位等数据,并由短信终端实现了实时数据采集,然后利用短信终端内置设备参数设置进行数据运算、对比和分析,最终诊断出了低压配电设备故障预(告)警信息,该信息经GSM和GPRS无线网络双通道同步传送,实现了低压配电设备的远程故障诊断和运行监控。系统运行结果表明,该方法达到低压配电监控设备临近故障的预警和故障后的告警信息实时传递,同时也实现了温度上限和水位上限的低压配电箱(柜)的供电回路自动隔离和自愈技术,提升了农村公变的安全防护水平。     

高速列车转向架上方客室噪声传递路径分析

为实现列车低噪声设计,给乘客营造良好的乘车环境,需要对列车车内噪声贡献来源进行探究,而目前对于各个速度下高速列车车内噪声贡献来源的研究还不够全面,全面分析列车车内噪声贡献来源对于实现高速列车噪声与振动控制具有重大意义。基于工况传递路径分析(Operational transfer path analysis,OTPA)方法,以带有受电弓的拖车端部(转向架上方)客室内距离地板1.2 m处噪声作为目标响应点,建立列车客室内噪声的传递路径分析模型,详细分析车内噪声的传递路径贡献量以及声源贡献量。结果表明,列车低速运行时转向架区域贡献占主导地位,当高速列车速度高于300 km/h时主要贡献位置变为受电弓与顶板区域。车外噪声激励以结构传声的形式传播为主,空气传声对车内噪声影响不大。牵引拉杆振动在160～315 Hz的1/3倍频程频带内贡献量较大,受电弓区域振动在250Hz的1/3倍频程频带处贡献量最大,抗侧滚扭杆振动在630Hz的1/3倍频程频带处是主要贡献量。研究结果可为轨道交通车辆噪声与振动控制措施提供指导方向。     

一种改进的残差χ~2检验方法在联邦UKF滤波器中的应用

故障检测和隔离是实现联邦UKF(unscented Kalman filter)滤波器工程应用的关键.针对常规残差χ~2检验法因误警导致无故障子系统被频繁隔离的问题,提出了一种改进算法.该算法采用模糊逻辑和加权平均来处理残差χ~2检验法的检验阈值,可以根据突变信号的大小自动调节检测时间的长短,特别是对不易检测的小幅值突变信号,自动延长检测时间从而利用更多的信息,有效降低了系统的误警率;在此基础上,进一步设计了合理的故障检测控制规则.将改进的残差χ~2检验法应用于多传感器卫星组合导航系统中,仿真结果表明,改进算法有效提高了组合导航系统的稳定性,具有实用价值.     

基于残差信息的汽车液压主动悬架故障诊断与隔离研究

为提高汽车液压主动悬架控制性能,提出一种针对液压作动器、车身垂向加速度传感器的故障诊断与隔离方法。建立四自由度汽车液压主动悬架动力学模型,并考虑液压作动器和传感器常见故障,建立悬架故障模型。采用极点配置方法设计故障检测滤波器,利用输出残差信息对作动器卡死和增益故障、传感器增益故障进行诊断。在此基础上,为准确诊断故障发生部位,利用相关系数和故障向量径长值对故障进行隔离。在MATLAB/Simulink环境下对故障悬架进行大量仿真计算,结果表明:残差波动超过一定阈值时可敏感地诊断出作动器或传感器故障;汽车液压主动悬架作动器故障采用最大相关系数准确隔离,车身垂向加速度传感器故障采用最大相关系数和最小故障向量径长值准确隔离。     

万向轴动不平衡检测的二代小波变换奇异值方法

针对第二代小波变换依然存在频率混叠的更本缺陷,提出一种高速列车万向轴动不平衡车载检测的新方法。该方法的核心是对万向节安装机座的振动加速度信号进行第二代小波变换得到不同尺度的分解信号,应用单尺度信号构造Hankel矩阵,对该矩阵进行奇异值正交化分解,以奇异值关键叠层作为奇异值的选择准则对信号进行重构,应用重构信号的傅里叶谱来检测高速列车万向轴的动不平衡,消除第二代小波变换频率混叠对故障淹没缺陷,凸显故障特征。应用万向轴动不平衡试验数据对该方法进行试验验证,结果表明,该方法能够有效检测万向轴动不平衡引起的基频、倍频和分频的故障特征,与传统小波、纯第二代小波变换相比,该方法在谱的清晰度和故障表征力上得到了显著提高。     

基于熵特征的高速列车故障诊断方法

高速列车运行状态正常与否对列车系统的安全性和舒适度有重要影响,为分析高速列车运行状态,根据高速列车振动加速度信号的特点,提出了分割能量熵和奇异熵的故障诊断方法。首先,分析列车振动信号随速度变化的特点,对不同速度下的信号进行不同频率范围的分析;其次,对分析范围内信号分割成N个区间,计算分割能量熵和奇异熵,将分割能量熵特征和奇异熵组成特征向量;最后,利用支持向量机进行故障分类识别。实验数据仿真分析结果表明,车体中、后部横向加速度信号特征对四种典型工况在不同速度下分类识别率均较高,达到95%以上,说明该方法能有效识别出高速列车故障状态。     

基于ANSYS/LS-DYNA高速列车轴箱轴承动力学分析与故障模拟

为了开发高速列车轴箱轴承的在线监测系统,合理布置振动传感器测点,进而完成轴承的实时故障诊断。施加了吻合实际工况合理的边界条件和载荷条件,在ANSYS/LS-DYNA中建立了高速列车轴箱轴承的动力学模型,并且仿真分析了高速列车轴箱轴承的动力学特性。进行了双列圆锥滚子轴承正常工作状态与滚动体表面剥落情况下的显示动力学运动仿真,并在运转工作状态下,将无故障轴承与滚动体表面剥落故障轴承的仿真信号进行了时域参数对比及利用小波包络谱频域对比。为进一步研究高速列车故障轴承的运动仿真与分析奠定一定基础。     

基于改进重构贡献图的故障定位方法

针对重构贡献(RBC)方法仅适合单变量故障的定位及贡献图中出现拖尾效应(SE)的问题,本文提出一种基于改进重构贡献图(MRBCP)的故障定位方法。采用概率主元分析(PPCA)建立监视模型和统一量度的监视统计量,克服PCA方法中不同量度的监视统计量造成的诊断结果不一致的缺点。对于故障样本,以变量的重构监视统计量为贡献统计量,通过组合最大化思想对故障变量进行逐次定位。在历史故障信息未知的情况下,能够进行多变量故障的定位,然后在定位出的故障变量中进行贡献图分析,进一步对故障变量实现准确定位,从而避免了拖尾效应。通过数值案例和TE过程——实际化工过程的真实模拟过程进行实验,并与基本RBC方法、基于PCA的MRBCP方法进行比较,结果表明了所提方法的有效性。     

基于优化自适应阈值的非线性机电系统传感器 故障检测和主动容错控制

针对具有参数不确定性和传感器故障的非线性机电系统,提出一种基于优化自适应阈值和故障重构策略的主动容错控制方法。首先,利用线性分式变换理论对存在参数不确定性的非线性机电系统进行建模,并提出基于粒子群优化算法的优化自适应阈值以提高参数不确定条件下的故障检测性能。其次,通过解析冗余关系推导出系统的动力学方程,并提出一种基于递归终端滑模的跟踪控制策略,以实现系统健康状态下的负载位置跟踪。当系统发生故障时,构建自适应滑模观测器进行传感器故障重构,根据重构结果设计自适应主动容错控制律,并利用故障检测结果进行控制律的实时切换。实验结果表明,所提出的故障检测和主动容错控制方法能在0.06 s内准确的实现传感器故障检测和容错控制,验证了该方法的可行性。     

改进的主成分分析方法在磁浮系统中的应用

为解决磁悬浮列车中多传感器系统的故障诊断和信号重构,提出了一种改进的主成分分析方法.该算法能够改进传统主成分分析方法在有相位偏移信号的系统中处理效果不佳的缺陷.算法理论证明过程也给出了实施改进方法的具体步骤.最后,在磁浮列车传感器信号系统中,基于改进前后的两种主成分分析方法,采用平方预报误差原则,分传感器有故障和无故障两种情况,把故障的检测结果进行了对比.算例结果表明,改进后的算法能明显提高故障的检测概率,降低检测误差.     

真空管道高速列车气动特性分析

为研究低压环境下真空管道高速列车的气动特性,建立低压环境下真空管道高速列车空气动力学计算的流体模型、数学模型和数值模型,研究管道压力(1.01×103～1.01×104 Pa)、阻塞比(0.2～0.7)和列车速度(600～1 000 km/h)对真空管道高速列车的阻力系数、气动阻力和气动热效应的影响。计算结果表明,在低压(1.01×103～1.01×104 Pa)环境下,真空管道中的空气流动可以采用连续介质模型描述,真空管道高速列车的绕流流场采用三维可压缩Navier-Stokes方程描述。高速列车的摩擦阻力系数远小于压差阻力系数,压差阻力系数和气动阻力系数基本上与管道压力和列车速度无关,而主要依赖于阻塞比。高速列车的气动阻力与管道压力近似呈线性关系,与列车速度近似成平方关系,且随着阻塞比的增加而增大。列车表面的最大温度基本上与管道压力无关,而主要由列车速度和阻塞比决定。