一種車載-地面輔助逆變器遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于城軌列車安全技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種城軌列車輔助逆變器特征提取 與狀態(tài)辨識系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 城市軌道交通迅猛發(fā)展的同時，其列車運營的安全問題也備受關(guān)注。作為一體化 的復(fù)雜運行系統(tǒng)，列車的狀態(tài)和性能在運行過程中會不斷的降低，從而逐漸形成安全隱患， 如果沒有及時排除，可能就會引發(fā)事故。在實際運營過程中，列車故障導(dǎo)致的事故時有發(fā) 生。而目前我國軌道交通列車監(jiān)測裝備和技術(shù)發(fā)展相對滯后，故障信息的采集和保障技術(shù) 在縱向上各成系統(tǒng)、橫向上彼此獨立，缺乏一體化的列車監(jiān)控、故障診斷和預(yù)警技術(shù)，不能 滿足列車個性化維修方案的支持，而且檢修效率低下，嚴(yán)重影響列車運輸能力。
[0003] 在城軌列車運營過程中，輔助逆變器較嚴(yán)重的故障將影響其正常運營，需要清客 或者到終點站后需退出運營，已經(jīng)成為阻礙城軌列車正常安全運營的重要影響因素之一。 現(xiàn)有技術(shù)中的逆變裝置故障診斷方法大多針對采集的原始數(shù)據(jù)直接進(jìn)行分析診斷，而實際 上，由于列車在運行過程中時常處于不穩(wěn)定運行，這種不穩(wěn)定運行往往對逆變設(shè)備產(chǎn)生干 擾，進(jìn)而導(dǎo)致設(shè)備的診斷結(jié)果可能由列車運行不穩(wěn)定造成，而不是由于設(shè)備自身故障造成， 因此使得傳感器采集到的逆變設(shè)備的監(jiān)測數(shù)據(jù)不能直接用來診斷分析，這種干擾大大降低 了現(xiàn)有故障診斷技術(shù)的精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明基于以上問題，針對現(xiàn)有城軌列車輔助逆變器故障診斷技術(shù)的不足，目的 是排除列車運行不穩(wěn)定導(dǎo)致的設(shè)備數(shù)據(jù)異常情況，使診斷裝置得到的數(shù)據(jù)能真實反映設(shè)備 狀態(tài)，提高診斷精度。本發(fā)明提供的車載-地面輔助逆變器遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)，為城軌列車 正常運營提供了技術(shù)保障，具體采用如下技術(shù)方案：
[0005] 車載-地面輔助逆變器遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)，其包括:車載無線發(fā)射模塊，其包括無 線傳輸裝置，所述車載無線發(fā)射模塊用于將故障診斷結(jié)果發(fā)送至遠(yuǎn)程地面數(shù)據(jù)服務(wù)端及車 載顯示模塊;車載顯示模塊，其用于接收車載無線發(fā)射模塊通過以太網(wǎng)無線傳輸?shù)墓收显\ 斷結(jié)果，并將診斷結(jié)果通過顯示屏展示;信號采集模塊，其用于采集輔助逆變器監(jiān)測數(shù)據(jù)； 系統(tǒng)還包括:數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊、故障診斷模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊，其中，數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊包括 前置放大器、抗混疊低通濾波器、采樣/保持電路和多路模擬開關(guān)、程控放大器、A/D轉(zhuǎn)換器 和邏輯控制電路;信號采集模塊將采集的數(shù)據(jù)傳遞給前置放大器，經(jīng)前置放大器處理后的 數(shù)據(jù)依次經(jīng)過抗混疊低通濾波器、采樣/保持電路和多路模擬開關(guān)、程控放大器、A/D轉(zhuǎn)換 器，A/D轉(zhuǎn)換器將預(yù)處理后的數(shù)據(jù)傳遞到故障診斷模塊;邏輯控制電路與前置放大器、抗混 疊低通濾波器、采樣/保持電路和多路模擬開關(guān)、程控放大器、A/D轉(zhuǎn)換器、故障診斷模塊均 電性連接;故障診斷模塊包括擴(kuò)展卡爾曼濾波器、檢驗器、運算器、修正器、故障存儲器、故 障結(jié)果生成器;故障診斷模塊接收到經(jīng)預(yù)處理的數(shù)據(jù)后，依次進(jìn)行如下步驟：（i)擴(kuò)展卡爾 曼濾波器對數(shù)據(jù)進(jìn)行降噪，然后將降噪后的數(shù)據(jù)發(fā)送給運算器；（ii)運算器對降噪后的數(shù) 據(jù)進(jìn)行計算，計算出其預(yù)定時間段內(nèi)的變化幅值，將變化幅值大于第一閾值的時間節(jié)點記 錄下來，并將所述時間節(jié)點對應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲到故障存儲器中；（iii)運算器統(tǒng)計計算故障存 儲器中數(shù)據(jù)的分布，并將相對于分布的中間值的偏差值大于第二閾值的數(shù)據(jù)提取出來，將 提取出的數(shù)據(jù)發(fā)送給故障結(jié)果生成器；（iv)故障結(jié)果生成器將接收到的運算器的數(shù)據(jù)首先 分解為一系列模態(tài)函數(shù)之和，然后對分解的模態(tài)函數(shù)提取能量矩，最后將能量矩輸入BP神 經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，最終得出故障診斷結(jié)果。
[0006] 優(yōu)選地，步驟(iv)中的分解模態(tài)函數(shù)過程具體如下：
[0007] (1)確定數(shù)據(jù)所有的局部極值點，然后采取三次樣條線將所有局部極大、極小值點 連接起來，形成上包絡(luò)線與下包絡(luò)線；
[0008] (2)上包絡(luò)線與下包絡(luò)線的均值記為m(t)，然后由降噪后的信號x(t)與均值m(t) 求出hi(t)，hi(t) = x(t)_mi(t);
[0009] (3)如果hKt)不滿足模態(tài)函數(shù)條件，把hKt)作為原始數(shù)據(jù)，并且重復(fù)步驟（1)~ (2)，得上下包絡(luò)的均值11111(1:)，則1111(1:)=111(1:)1111(1:) ;
[0010] 若hn⑴仍不滿足模態(tài)函數(shù)條件，則重復(fù)循環(huán)k次，直至hlk(t)滿足條件，將x(t)的 第一個模態(tài)分量記為Ci(t)，ci(t)=hik(t);
[0011 ] (4)將ci(t)從x(t)中分離得到ri(t) :ri(t) =x(t)_ci(t);
[0012]將。(〇作為新的原始數(shù)據(jù)重復(fù)以上步驟，得到x(t)的第2個模態(tài)分量c2(t)，重復(fù) η次得到rn(t)為一個單調(diào)函數(shù)不能再從中提取模態(tài)分量時結(jié)束;則降噪后的信號x(t)最終 分解為一系列模態(tài)函數(shù)之和：
[0014]優(yōu)選地，，步驟(iv)中的能量矩提取過程具體如下：
[0015] 1)根據(jù)如下公式算出相應(yīng)能量矩Ei A,…Em:
[0017] 其中m是總米樣點數(shù)，k是米樣點，At是米樣周期；
[0018] 2)構(gòu)造特征向量T:
[0019] Τ=[Ει E2 ··· Em],
[0020] 對T進(jìn)行歸一化處理，歸一化后，相應(yīng)特征向量T '為：
[0021] Τ，= [Ει/Ε Ε2/Ε …Em/E]，
[0023] 優(yōu)選地，若診斷結(jié)果為有故障，故障生成器一方面通過顯示屏實時報警并將診斷 結(jié)果傳輸至數(shù)據(jù)存儲器，另一方面將故障信息通過以太網(wǎng)傳至車載顯示終端及地面中心。
[0024] 優(yōu)選地，若診斷結(jié)果為沒有故障，而檢驗器卻檢測到逆變器已經(jīng)出現(xiàn)了故障，則修 正器基于故障存儲器中的存儲數(shù)據(jù)修正第一閾值和第二閾值;若診斷結(jié)果為沒有故障，且 檢驗器沒有檢測到逆變器出現(xiàn)異常，則修正器不進(jìn)行第一閾值和第二閾值的修正。
[0025] 優(yōu)選地，無線傳輸裝置包括數(shù)據(jù)庫、調(diào)制器以及各無線節(jié)點，無線節(jié)點將診斷結(jié)果 數(shù)據(jù)通過調(diào)制器發(fā)送給數(shù)據(jù)庫。
[0026] 本發(fā)明具有如下有益的技術(shù)效果：
[0027] (1)經(jīng)過預(yù)處理器和故障診斷器中的運算器的處理，排除了列車運行導(dǎo)致輔助逆 變設(shè)備的監(jiān)測數(shù)據(jù)波動的干擾，提高了故障診斷精度。
[0028] (2)采用首先將排除干擾的數(shù)據(jù)分解為模態(tài)函數(shù)，再提取能量矩，最后將能量矩導(dǎo) 入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的診斷方法，提高了故障診斷精度。
[0029] (3)當(dāng)出現(xiàn)診斷結(jié)果與實際不符時，立即修正判斷條件直至診斷結(jié)果與實際相符， 為診斷流程提供可靠保障。
[0030] (4) -方面通過顯示屏實時報警；另一方面原始數(shù)據(jù)和診斷結(jié)果通過車載無線傳 輸平臺定期下傳至地面;方便在地面中心分析層會對下傳至地面的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行更為詳細(xì) 的分析。
【附圖說明】
[0031] 圖1是本發(fā)明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成圖。
[0032] 圖2是本發(fā)明數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊結(jié)構(gòu)組成圖。
[0033] 圖3是本發(fā)明故障診斷系統(tǒng)流程圖。
[0034] 圖4是模態(tài)函數(shù)分解流程圖。
[0035] 圖5是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷流程圖。
【具體實施方式】
[0036] 車載-地面輔助逆變器遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)包括車載無線發(fā)射模塊、車載顯示模塊、 信號采集模塊、信號預(yù)處理模塊、故障診斷模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊，信號采集模塊用于采集輔 助逆變器監(jiān)測數(shù)據(jù)。輔助逆變器故障診斷模塊通過采集電壓、電流傳感器獲得輔助逆變器 監(jiān)測數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行診斷分析，實現(xiàn)故障辨識、故障等級分類，得出診斷結(jié)果，將原始數(shù) 據(jù)和診斷結(jié)果進(jìn)行打包和緩存，通過以太網(wǎng)傳出，然后通過無線通道傳送給地面數(shù)據(jù)中心。 具體結(jié)構(gòu)如圖1所