[发明专利]超高速低真空管道磁浮交通系统超导磁体故障诊断方法

说明书

本发明提供了一种超高速低真空管道磁浮交通系统超导磁体故障诊断方法，包括：通过超导磁体多源信息采集系统采集超导磁体运行过程中的试验数据形成试验样本；根据采集的试验数据的特性结合试验工况，采用生成对抗网络生成与试验数据特性一致的模拟数据，根据模拟数据形成模拟样本；将试验样本和模拟样本按不同的比例重构形成源数据集；对源数据集进行预处理以获取训练集和测试集；根据训练集和测试集进行故障诊断模型的训练和验证以获取训练好的故障诊断模型；采用训练好的故障诊断模型对超高速低真空管道磁浮交通系统超导磁体进行故障诊断。应用本发明的技术方案，能够解决现有技术中超导磁体故障诊断性能受限的技术问题。

技术领域

本发明涉及超高速低真空管道磁浮技术领域，尤其涉及一种超高速低真空管道磁浮交通系统超导磁体故障诊断方法。

背景技术

超高速低真空管道磁浮交通系统采用超导电动悬浮技术，通过安装在车辆转向架上的超导磁体与地面线圈模组之间的相互作用产生列车运行所需的悬浮力、导向力和推进力。超导磁体由超导材料绕制而成，其工作机理复杂，正常运行涉及电磁热力多物理场耦合，受临界温度、临界电流和临界磁场共同作用，磁场变化、应力、振动和发热等外界扰动都会改变超导材料的临界温度、临界电流和临界磁场的大小，影响超导磁体工作的稳定性，导致磁体故障，威胁行车安全。因此，亟需发展超导磁体全生命周期的监测和故障诊断技术，保证超高速低真空管道磁浮交通系统安全可靠运行。由于超导磁体工作机理复杂，很难建立准确的物理诊断模型，基于数据驱动的故障诊断方法是超导磁体故障诊断的最直接有效的方法。但超导磁体运行机理复杂，稳定性影响因素较多，仅靠单一的参量难以实现故障诊断和健康评价。而且超高速低真空管道磁浮交通系统正常运行数据和故障数据有限，甚至有些故障从未发生，以及运行工况变化使得设备应用场景复杂多变，造成样本空间的完备性无法保证。这都给基于数据驱动的超导磁体故障诊断方法带来较大挑战。

发明内容

本发明提供了一种超高速低真空管道磁浮交通系统超导磁体故障诊断方法，能够解决现有技术中超导磁体工作机理复杂、历史运行数据来源单一、有效监督样本数量过少以及特征丰富度受限导致的超导磁体故障诊断性能受限的技术问题。

本发明提供了一种超高速低真空管道磁浮交通系统超导磁体故障诊断方法，该超高速低真空管道磁浮交通系统超导磁体故障诊断方法包括：步骤一，构建超高速低真空管道磁浮交通系统的超导磁体多源信息采集系统，通过超导磁体多源信息采集系统采集超导磁体运行过程中的试验数据形成试验样本；步骤二，根据采集的试验数据的特性结合试验工况，采用生成对抗网络生成与试验数据特性一致的模拟数据，根据模拟数据形成模拟样本；步骤三，将试验样本和模拟样本按不同的比例重构形成多组源数据，多组源数据构成源数据集；步骤四，对源数据集进行预处理以获取训练集和测试集；步骤五，根据训练集和测试集进行故障诊断模型的训练和验证以获取训练好的故障诊断模型；步骤六，采用训练好的故障诊断模型对超高速低真空管道磁浮交通系统超导磁体进行故障诊断。

进一步地，在所述步骤一中，超导磁体多源信息采集系统采集的超导磁体运行过程中的试验数据包括超导磁体运行过程中的温度、电压、磁场、振动、真空度和应变。

进一步地，步骤二具体包括：将采集的试验数据的时域信号和变换后的功率谱信号分别进行归一化，使时域信号和变换后的功率谱信号的幅值范围为[0,1]；将归一化后的时域信号和功率谱信号分别作为真实试验数据，使用生成对抗网络生成模拟数据。

进一步地，在所述步骤三中，任一组源数据可根据获取，其中，x为源数据，x_a为样本数据，x_b为试验数据，样本数据x_a和试验数据x_b比例为1:k。

进一步地，在所述步骤四中，对源数据集进行预处理具体包括：对重构的源数据集按照正常数据和故障数据进行标注，将标注好的数据按照统计分析方法进行有量纲指标和无量纲指标特征提取。