[发明专利]基于非线性随机模型的列车悬架系统传感器故障检测方法

说明书

技术领域：

本发明涉及基于非线性随机模型的列车悬架系统传感器故障检测方法，尤其涉及基于未知输入观测器假设检验的故障检测方法。

背景技术：

高速列车悬架系统负责支撑车体和转向架，还起到缓冲由轨道不平顺所引起的轮轨作用力、控制列车行驶姿态以保证列车运行舒适性的作用，因此对其有高可靠性的要求。CRH型列车是指2007年4月18日起在中国铁路第六次铁路大提速后开行的动车组列车。到目前为止，已经建成世界上规模最大、运营速度最快的高速铁路网。随着高速列车的提速，列车的测速定位问题显得越来越重要，而传感器在高速铁路的测速和定位技术中成为当前的主流。为了提高我国高铁运行的安全性，针对高速列车悬架系统传感器故障诊断的研究势在必行。

高速列车悬架系统分为主动悬架和半主动悬架，采用闭环控制结构。悬架系统位于列车车体与转向架之间的二系悬架系统以及转向架与轮对之间的一系悬架系统，其中包含有大量的部件，包括螺旋弹簧、横向/垂向阻尼器、空气弹簧以及传感器。牵引控制单元中最关心的就是传感器故障，但目前鉴别和处理控制回路中的传感器故障技术匮乏，因此对于能够快速准确诊断传感器故障的技术有迫切的需求。而更深层次的是电机、电调短路、绝缘、噪声振动等。列车行驶时噪声、振动信号很大，但在目前对这些信号本身的关注较少，如能进行采集分析，这对故障诊断是有意义的。

发明内容：

为避免以上现有技术的不足，本发明提出一种基于非线性随机模型的列车悬架系统传感器故障检测方法。

本发明采用如下技术方案：一种基于非线性随机模型的列车悬架系统传感器故障检测方法，其特征在于：包括如下步骤

(a)对列车车辆悬架系统进行建模，同时考虑外界干扰等建模不确定性对于系统的动态影响；

(b)在列车运行过程中，获得动车/拖车车体与动车/拖车转向架的垂直位移，垂直加速度，俯仰角，俯仰角加速度信号；

(c)将系统状态与未知干扰进行重构，形成新的闭环控制系统；

(d)设计未知输入观测器，对新的闭环控制系统的状态进行估计，同时构造包含故障信息的残差信号；

(e)根据接受区域生成故障报警阈值，依据假设检验决策判断是否报警，并构造置信区间，得到故障要可被检测到应满足的条件，控制故障检测的误报率与漏报率。

本发明具有如下有益效果：

(1)本发明基于非线性随机模型的列车悬架系统传感器故障检测方法主要包括两个部分：其一是设计未知输入观测器，以此构造能够将干扰完全解耦并包含故障信息的残差信号；其二是构造置信区间，再依据假设检验方法检测系统故障，以控制故障检测中的误报率与漏报率，从而更加准确地对闭环结构下的传感器故障进行实时检测；

(2)针对高速列车闭环控制结构的悬架系统，以传感器为故障诊断对象，该诊断方法对于外界干扰有很好的鲁棒性能，在悬架系统发生故障的时候可以实时检测到并且控制故障检测的误报率与漏报率；

(3)本发明可以用于基于MATLAB-SIMULINK仿真架构的传感器故障分析和系统可靠性分析。

附图说明：

图1为车辆垂向悬架系统示意图。

图2(a)为1号动车车体重心的垂向位移观测器估计误差。

图2(b)为1号动车转向架重心的垂向位移观测器估计误差。

图2(c)为1号动车车体重心的俯仰角观测器估计误差。

图2(d)为拖车车体重心的垂向位移观测器估计误差。

图2(e)为拖车车体重心的俯仰角观测器估计误差。

图2(f)为拖车转向架重心的垂向位移观测器估计误差。

图2(g)为2号动车车体重心的垂向位移观测器估计误差。

图2(h)为2号动车车体重心的俯仰角观测器估计误差。

图2(i)为2号动车转向架重心的垂向位移观测器估计误差。

图3为故障检测报警示意图。

具体实施方式：

下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

本发明基于非线性随机模型的列车悬架系统传感器故障检测方法主要包括如下步骤：

(a)对列车车辆悬架系统进行建模，同时考虑外界干扰等建模不确定性对于系统的动态影响；

(b)在列车运行过程中，获得动车/拖车车体与动车/拖车转向架的垂直位移，垂直加速度，俯仰角，俯仰角加速度信号；

(c)将系统状态与未知干扰进行重构，形成新的闭环控制系统；