[发明专利]一种非接触式弓网接触力检测方法

权利要求书

1.一种非接触式弓网接触力检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、获取受电弓的图像数据；

S2、基于所述图像数据确定出弓头相对于底架的垂直位移；

S3、基于所述垂直位移和卡尔曼滤波算法确定出弓网接触力。

2.如权利要求1所述的非接触式弓网接触力检测方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括以下分步骤：

S31、根据所述受电弓的弓头、上框架、下框架确定出所述受电弓的状态向量，并根据所述状态向量确定出状态方程；

S32、根据所述垂直位移确定出所述受电弓的观测方程；

S33、基于预设采样间隔获取多个时刻的状态方程和观测方程；

S34、将多个时刻的状态方程和观测方程进行离散得到离散方程；

S35、基于所述离散方程和卡尔曼滤波算法确定出所述状态向量的最小方差解；

S36、基于所述状态向量的最小方差解确定出弓网接触力。

3.如权利要求2所述的非接触式弓网接触力检测方法，其特征在于，所述状态向量z通过如下公式表示：

式中，x₁为弓头位移，x₂为上框架位移，x₃为下框架位移，为弓头速度，为上框架速度，为下框架速度，T为转置符号。

4.如权利要求3所述的非接触式弓网接触力检测方法，其特征在于，所述状态方程通过如下公式表示：

式中，为状态向量对时间求导，A为状态转移矩阵，B为输入控制矩阵，s₀(t)为t时刻抬升力，C为输入控制矩阵，f_c(t)为弓网接触力。

5.如权利要求2所述的非接触式弓网接触力检测方法，其特征在于，所述观测方程通过如下公式表示：

y(t)＝Hz(t)；

式中，y(t)为观测向量，H为观测矩阵，z(t)为t时刻状态向量。

6.如权利要求2所述的非接触式弓网接触力检测方法，其特征在于，所述离散方程通过如下公式表示：

x(k+1)＝Ψx(k)+Γf₀(k)+Vf_c(k)+ω(k)；

y(k)＝Hx(k)+v(k)；

式中，ω(k)和ν(k)为互不相关的高斯白噪声，且E[ω(k)ω^T(k)]＝Q(k)，E[γ(k)γ^T(k)]＝R(k)，Q、R为协方差矩阵，x(k+1)为k+1时刻状态向量，Ψ为离散的状态转移矩阵，Γ为离散的控制矩阵，V为离散的控制矩阵，y(k)为k时刻的观测向量，H为观测矩阵，x(k)为k时刻状态向量，s₀(k)为k时刻抬升力，f_c(k)为k时刻弓网接触力。

7.如权利要求6所述的非接触式弓网接触力检测方法，其特征在于，所述步骤S35中具体通过如下公式确定出状态向量的最小方差解：

式中，为对k时刻的状态预测，P_k/k-1为状态预测的均方误差，Q_k-1为系统噪声的方差阵，预设为非负定阵，R_k为量测噪声的方差阵，预设为正定阵，S_k为k时刻新息协方差，为卡尔曼增益，P_k/k为k时刻的状态误差协方差，为递推得到的k时刻的状态估计，Φ_k为k时刻的状态转移矩阵，为k-1时刻的状态估计值，H_k为k时刻的观测矩阵，P_k-1/k-1为k-1时刻的估计均方误差，为k-1时刻的状态转移矩阵的转置，Γ_k为k-1时刻的控制矩阵，为k时刻的观测矩阵的转置，为新息协方差的逆，P_k/k为k时刻的估计均方误差，I为单位矩阵，y_k为k时刻的观测向量。