基于重叠分解的重载组合列车管路泄漏分布式诊断研究

作     者：陈三元 

作者单位：中南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：黄志武

授予年度：2013年

学科分类：082304[工学-载运工具运用工程] 08[工学] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：重载组合列车 管路泄漏 分布式故障诊断 重叠分解 

摘      要：重载组合列车是我国煤炭重载运输的主要手段,为我国国民经济快速发展提供了有力保障。重载组合列车制动系统空气管路的泄漏将会造成制动压力出现意外波动,触发列车制动系统的误动作,甚至导致机破事故,严重威胁列车的正常运行。由于重载组合列车空气管路具有编组长、作用域范围广、工作模式多等特点,且管路涉及部件繁多,泄漏故障耦合性强,导致泄漏故障诊断难度大。本文以实现管路泄漏准确诊断为目标,对空气管路模型和管路泄漏分布式诊断两个关键问题进行研究。 首先,在分析列车制动系统的结构、特点和工作原理的基础上,研究重载组合列车管路泄漏的原因和诊断方法,提出管路泄漏分布式诊断整体方案。车辆空气管路为管路泄漏的主要因素,为实现对车辆管路泄漏的准确诊断,通过研究管路基本部件的数学模型,运用空气流体理论建立了制动系统三种工作模式下的空气管路模型,并通过仿真验证模型的可用性。 其次,针对车辆空气管路物理分布广、泄漏故障耦合强的特点,提出基于重叠分解的故障诊断方法。利用重叠分解的方法,将整个列车空气管路分解成若干存在相互重叠的子系统,并在相邻子系统之间交换状态信息。对于每个子系统,建立相应的局部故障诊断器。为了得到子系统状态变量的估计值,在局部故障诊断器中构造线性参数自适应估计器估计相邻子系统的影响,并利用径向基神经网络,通过在线学习实现估计器参数的更新。通过比较系统状态变量的实际值和估计值,得到残差。对于子系统重叠部分,在自适应估计器中引入一致性机制,综合考虑不同子系统对于重叠部分的估计值。为避免因系统模型误差和扰动而引起的误报,运用不等式缩放的方法得到自适应阈值,通过残差与自适应阈值的比较,判断泄漏故障是否发生。 最后,依据分布式诊断方案,采用模块化设计的方法,给出重载组合列车管路泄漏诊断系统的软硬件实现,通过实际运行状况验证所研制系统的实用性。图43幅,表3个,参考文献91篇。