[发明专利]一种基于压力数据的高速列车制动管故障分类与诊断方法

摘要

本发明公开了一种基于压力数据的高速列车制动管故障分类与诊断方法，包括以下步骤：步骤1、对列车停车段制动管压力进行预处理；步骤2、对步骤1进行预处理后的制动管压力进行平滑处理；步骤3、计算列车制动管压力相关参数；步骤4、利用步骤3得到的制动管压力相关参数进行制动管的故障分析。本发明解决了现有技术中存在的制动管故障检测耗时且精准度低的问题。

主权项

1.一种基于压力数据的高速列车制动管故障分类与诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、对列车停车段的制动管压力进行预处理；步骤2、对步骤1进行预处理后的制动管压力进行平滑处理；步骤3、提取列车制动管压力相关参数；步骤4、利用步骤3得到的制动管压力相关参数进行制动管的故障分析；所述步骤1具体包括以下步骤：步骤1.1、数据缺失点的补充：采集列车制动管压力p(i)，其中i为对应的采样时间点，取值范围为1～n，对采集到的制动管压力p(i)所有值进行查找并处理，设2≤i≤n,i∈Z⁺，Z⁺表示正整数，若第i‑1个数据点为非空值点，而第i个数据点为空值点，即p(i‑1)≠null,p(i)＝null，处理过程如下：若p(i)为孤立的缺失点，即p(i‑1)≠null,p(i)＝null，p(i+1)≠null，则将第i‑1个数据点的值赋给第i个数据点，即进行p(i)＝p(i‑1)赋值操作；若原数据中出现连续的缺失点，其个数为m(m＞2)，即p(i+1),p(i+2),…,p(i+m‑1)的均值为null，p(i+m)≠null，则根据m≤n或m＞n，分情况进行讨论，如下：(1)若m＞n，则表示数据不完整，分析终止；(2)若m≤n，则进行线性插值处理，具体过程如下：步骤a:令步骤b:对所有连续的缺失点进行插值操作，即p(i+j)＝p(i‑1)+(j+1)×delta，得p(i)＝p(i‑1)+delta,p(i+1)＝p(i‑1)+2×delta,p(i+m‑1)＝p(i‑1)+(m‑1)×delta按照以上步骤对列车所有的制动压力数据缺失点补充完整，补充后的制动管压力记为p1(i)；步骤1.2、孤立零值点的消除：判断步骤1.1得到的制动管压力p1(i)是否为孤立零值点并进行处理，具体操作如下：若第i个制动管压力不为0，即p1(i)≠0，则不对数据处理，继续判断；若第i个制动管压力为0，即p1(i)＝0，则分析它两边的数据p1(i‑1)和p1(i+1)是否也为0，如下：(1)若第i个制动管压力的相邻两边数据有且仅有一个为0，即p1(i‑1)＝0或p1(i+1)＝0，则将p1(i)＝0视为正常数据，不做任何操作；(2)若第i个制动管压力相邻两边均不为0，即p1(i‑1)≠0和p1(i+1)≠0，则将p1(i)视为孤立零值点，此时消除孤立零值点后得到的制动管压力记为p2(i)；对步骤1进行预处理后的制动管压力p2(i)进行TIME层移动平均滤波，TIME层移动平均滤波具体过程如下：步骤a:设置数组变量data，并令data＝p2(i)；设置中间变量time＝0；步骤b:移动平均滤波开始，中间变量自加一，即time＝time+1，将制动管压力分为三部分处理，开头和结尾的数据按照公式和处理，中间部分按公式处理，其中，M＝2i‑1,M≤N，N为窗口大小，并且end(i)从制动管压力末尾开始倒着处理，最后平滑后的三部分数据重新组合为其表达式为步骤c，如果time＜TIME，返回步骤b继续对平滑数据作为移动平均滤波的输入继续处理；如果time＝TIME，则跳出循环，将最终得到的平滑数据赋值给数组DATA，即其中TIME∈Z⁺；通过上述滤波处理制动管压力中的高频噪声被消除，使制动管压力曲线更加平滑，为压力数据的相关参数的计算提供基础；步骤3.1、制动管压力相关参数的计算：对经过所述步骤2处理后的制动管压力，进行数据上升区间与下降区间的提取，具体如下：步骤3.1.1、依次做差得到差值φ，即φ＝DATA(i)‑DATA(i+1)，其中i＝1,2,3,…,n；步骤3.1.2、如果φ＜0，则该区间[i,i+1]属于制动管压力上升区间，将该区间的起点i保存在数组stage(i,1)，并且i自加一，即i＝i+1，返回步骤3.1.1继续判断下一个时间段是否属于压力上升区间；如果φ＞0，则说明该区间[i,i+1]不属于制动管压力上升区间，此时将该区间的起点i保存在数组stage(i,2)；步骤3.1.3、将制动管压力的上升区间依次通过做差计算得到了一个二维数组[stage(i,1),stage(i,2)]，并将该数组保存至[m,n]，与提取制动管压力上升区间方法类似，对制动管压力下降区间进行提取，将提取出来的下降区间保存至[dm,dn]，步骤3.2、制动管故障关键参数的计算：对步骤3.1处理后的制动管压力进行上升速率计算，计算过程如下：步骤3.2.1、将各个上升区间的制动管压力上升变化值，记为pf_k，以及制动管压力的上升时间，记为Δt。pf_k与Δt的计算公式分别如下：pf_k＝DATA(n)‑DATA(m)，Δt＝n‑m，其中，m和n分别是制动管压力第k个上升区间的起点和终点；此时，统计出各个下降区间的制动管压力的下降变化值，记为dpf_k，以及制动管压力的下降时间，记为Δdt_k。dpf _k＝Data(dm)‑Data(dn)Δdt_k＝dn‑dm其中，dm和dn分别是制动管压力的第k个下降区间的起点和终点；步骤3.2.2、令SSPF_k为第k个上升区间的制动管压力上升速率，它的计算公式如下：令SSDPF_k是第k个下降区间的制动管压力下降速率，它的计算公式如下：步骤4.1、计算所述步骤3中某一天的高铁制动管压力上升速率SSPF_k(k＝1,2,…n)，上升区间制动管压力上升变化值pf_k，与上升时间Δt_k，并计算出制动管压力下降速率SSDPF_k，下降区间制动管压力下降变化值dpf_k，与下降时间Δdt_k，其中k是某天制动管压力上升或下降的段数；步骤4.2、通过步骤4.1中得到的某天的高铁制动管压力上升速率SSPF_k，上升区间制动管压力上升变化值pf_k，与上升变化时间Δt_k，以及制动管压力下降速率SSDPF_k，下降区间制动管压力下降变化值dpf_k，与下降变化时间Δdt_k分析制动管的故障状态，制动管故障的判断与依据为：故障1、制动管泄漏；该故障通常是由于制动管破裂造成的，分析故障数据时不难发现，制动管破裂后，制动管压力的上升区间曲线斜率会变小，上升时间加长，上升变化值不变，提出的判定方式如下：首先，需要通过制动管压力上升速率SSPF_k，与标准上升速率P_rrate进行比较，如果SSPF_k≤(1‑α)P_rrate，这种情况是由于发生了制动管泄露，具体的α与P_rrate需要根据经验以及具体制动管的型号而定；故障2、制动管缓解不畅；该故障主要是由于空气阀故障，造成制动管内压力异常，同样，分析制动管压力时不难看出，制动管压力下降区间出现异常，下降时间要比正常运行时要长，提出判定方法如下：首先，需要制动管压力下降速率SSDPF_k，与标准的下降速率P_drrrate进行比较，如果SSDPF_k≥(1+β)P_drrate，这种情况就是由于制动管缓解不畅引起的，具体的β与P_drrate需要跟据经验以及具体制动管的型号而定；故障3、制动管过度充气；该故障主要体现在制动管内压力超过正常值，制动管压力上升变化值远远大于正常状态时的制动管压力上升变化值，但是充气时的压力上升时间不变，提出判定方法如下：首先，需要通过制动管压力上升变化值pf_k，与标准的上升压力数据变化值P_rstd进行比较，如果pf_k≥(1+χ)P_rstd，这就表示制动管发生了过度充气，其中，χ和P_rstd是根据经验以及具体制动管的型号而定；故障4、制动管充气不足；该故障是由于制动管管内气压不足造成，有可能是进气阀故障，出现这种故障状况的数据上会呈现出故障数据的压力数据下降变化值会比正常数据的压力数据下降变化值小，但是充气时间不变，提出判定方法如下：首先，需要通过制动管压力下降变化值dpf_k，与标准的制动管压力下降变化值P_dstd进行比较，如果dpf_k≤(1‑δ)P_dstd，则说明制动管充气不足，其中，δ和P_dstd是根据经验以及具体制动管的型号而定。