重載組合列車互聯ECP制動系統的分散式故障診斷

《重載組合列車互聯ECP制動系統的分散式故障診斷》是依託中南大學，由楊迎澤擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：重載組合列車互聯ECP制動系統的分散式故障診斷
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：楊迎澤
• 依託單位：中南大學

項目摘要

針對重載組合列車ECP制動系統——這一典型複雜、具有鄰接耦合特性的互聯分散式系統，建立基於鄰接節點信息的具有自適應學習機制的分散式故障診斷體系結構，實現對重載列車空氣管路漏泄的故障診斷。首先，提出一種不確定性建模方法，利用互聯參數來描述鄰接耦合特性，將參數不確定性轉化為系統的結構化未知擾動，結合ECP制動系統的編組特性，建立列車管路充排風過程數學模型；其次，針對系統模型參數和互聯參數不確定性的變化特點，構建一類基於自適應神經網路的參數估計器，設計自適應學習律對鄰接節點信息進行狀態估計，同時實現未知參數的線上辨識；最後，在故障函式估計器中引入基於極值搜尋的故障函式線上辨識算法，通過研究參數可調的閉環搜尋框架和反饋激勵函式，保證其過程穩定性、收斂域和收斂速度，實現故障的檢測、隔離和辨識。通過在ECP制動系統的套用，為重載列車安全運行提供一種有效方法，對故障診斷技術的發展提供一定的理論基礎。

結題摘要

重載組合列車電控空氣制動系統是一類典型複雜的具有動態互聯特性的分散式網路控制系統，由於系統工作模式及其子部件的耦合方式動態變化，難以實現高精度和高可靠性的線上故障診斷。本項目依據故障診斷的典型分析設計方法，在分散式故障診斷體系結構、診斷對象數學模型、診斷過程中的不確定性參數估計、故障函式的線上辨識四個方面進行深入研究。 首先，提出了基於鄰接耦合特性的分散式診斷體系結構，根據子系統間的鄰接互聯參數，建立系統關聯模型，設計基於極值搜尋的故障函式線上辨識算法，利用系統殘差和閾值來實現故障的檢測隔離以及故障函式的線上辨識。 其次，提出一種基於數據驅動和空氣動力學的不確定性建模方法，針對ECP制動系統特殊的雙線（列車管、列車線）制動力傳播方式，參數不確定性轉化為系統的結構化未知擾動，結合ECP制動系統的編組特性，建立長大列車空氣管路充排風過程數學模型。 然後，針對系統模型參數的有界不確定性緩慢變化特點，引入自適應變步長的神經網路線上學習策略來實現自適應參數估計器，將模型狀態估計值和系統狀態輸出作為反饋權係數，實現參數的快速收斂；針對子系統間互聯參數的時變特性，提出基於快速啟發式學習的參數估計方法，在狀態估計的同時實現未知參數的辨識。 最後，在診斷框架的故障函式估計器中引入基於極值搜尋的故障函式線上辨識算法，設計極值搜尋閉環反饋中激勵函式的構造形式，研究故障函式的收斂域，設計可調節的激勵函式增益，保證系統的全局收斂；研究極值搜尋的收斂速度，設計一種參數可調的閉環搜尋算法，通過線上調節極值搜尋閉環控制參數，最最佳化其收斂速度。 本項目通過建立重載組合列車ECP半實物仿真平台，驗證本系統診斷過程的穩定性、收斂域和收斂速度，實現故障的檢測、隔離和辨識。試驗驗證表明，本項目故障診斷系統為重載列車安全運行提供一種有效方法，對故障診斷技術的發展提供一定的理論基礎。