[发明专利]闭环下高速列车制动系统间歇故障检测方法

摘要

本发明公开了一种闭环下高速列车制动系统间歇故障检测方法，具体涉及高速列车间歇故障检测领域。其解决了现有故障检测方法通常仅能用于永久故障的检测，无法在存在无结构相关模型不确定性的情况下进行间歇故障检测的不足。该故障检测方法通过建立高速列车制动系统模型，设计高速列车制动系统鲁棒残差生成器和间歇故障检测方法，计算出间歇故障检测统计量，通过间歇故障检测统计量与预设的间歇故障检测阈值进行比较，判定故障的发生情况。

主权项

1.闭环下高速列车制动系统间歇故障检测方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤S101，建立高速列车制动系统模型：基于高速列车制动系统结构、欧拉离散化方法、流体力学基本原理和系统辨识理论建立如式(1)的闭环下高速列车制动系统的非线性数学模型：P_R(k+1)＝a_bP_R(k)+b_bP_s(k),y_R(k)＝1_4×1P_T(k),                        (1)其中，其中，P_s(k)为压力输入值，P_R(k)为中继阀压力，P_T(k)为制动缸压力，m(k)为制动缸空气总质量，y_R(k)为制动缸压力传感器测量值，r为理想气体常数，V为制动缸体积，T_s为采样时间，γ为绝热常数，C_q为等效系数，S为进气孔横截面积，T_e为环境温度，C_m(k)为流量参数，P_cr为临界压力比；基于泰勒线性化方法式(1)建立的数学模型转化为如式(3)形式的状态空间模型：x(k+1)＝(A_c(k)+A_δ(k))x(k)+(B_c(k)+B_δ(k))u(k)+w(k),y(k)＝(C_c(k)+C_δ(k))x(k)+v(k),                        (3)；其中，分别为系统状态，控制输入，测量输出；分别为过程噪声，测量噪声；为系统参数；为参数不确定性；满足下列条件：初始状态x(0)的均值，协方差，二阶矩分别为μ_x(0)，Σ_x(0)；噪声w(k)，v(k)的均值为零，协方差矩阵分别为Σ_w(k)，Σ_v(k)；参数不确定性A_δ(k),B_δ(k),C_δ(k)的均值为零，协方差矩阵分别为过程参数不确定性A_δ(k)和过程噪声w(k)的互协方差矩阵为测量参数不确定性C_δ(k)和测量噪声v(k)的互协方差矩阵为步骤S102，设计高速列车制动系统鲁棒残差生成器：根据式(4)离线计算增益矩阵K(k)其中，根据式(8)在线计算鲁棒残差r(k)：其中，步骤S103，设计高速列车制动系统鲁棒间歇故障检测方法：按照式(11)计算间歇故障检测统计量T_D(k)T_D(k)＝r(k)^Tr(k)    (11)；若T_D(k‑1)≤J_D,T_D(k)＞J_D，则k时刻发生故障，故障警报指示量I_a＝1；若T_D(k‑1)＞J_D,T_D(k)≤J_D，则k时刻故障消失，故障解除指示量I_r＝1；J_D为预设的间歇故障检测阈值，第i个间歇故障的故障警报时间和故障解除时间分别为式(12)和(13)所示k_alarm,i＝min(k|T_D(k)＞J_D,k≥k_{release,i‑1}+1)                                (12)k_release,i＝min(k|T_D(k)≤J_D,k≥k_alarm,i+1)                          (13)。