一种高速列车受电弓间歇故障检测方法技术

本发明专利技术公开了一种高速列车受电弓间歇故障检测方法，所述方法包含以下步骤：步骤一，基于受电弓结构构造第一动力学模型，所述第一动力学模型为所述受电弓在间歇故障影响下的动力学模型。步骤二，基于所述第一动力学模型获取与所述间歇故障设计对应的截断残差信号；步骤三，根据所述截断残差信号检测所述受电弓是否发生间歇故障。相较于现有技术，本发明专利技术的间歇故障检测方法构建了更符合受电弓间歇故障实际情况的模型，能够更加准确的检测间歇故障的发生。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及轨道交通领域，具体说涉及。
技术介绍
当前，高速列车利用受电弓从接触网获取能量。为实现高速列车高速、安全、可靠 运行，受电弓必须在复杂运行条件下获取稳定的能量。为了获得平稳、良好的受流质量，受 电弓必须满足与接触网始终良好接触、接触静态压力不变、纵向没有运动、弓头维持水平状 态等功能要求。因此，受电弓在结构上采取了非线性悬挂，结构十分复杂，铰接点等杆件众 多。由于高速列车运行环境恶劣、运行状态变化剧烈，因此随着车辆运行时间的增长， 受电弓的许多关键元部件的材料和结构会产生疲劳，性能会逐渐退化，导致裂纹、断裂从而 引起间歇故障。为了提高高速列车运行的安全性和可靠性，需要及时确定高速列车受电弓 的间歇故障的发生以便采取相应的维修保养措施。由于间歇故障的发生和消失具有一定的随机特性，故障幅值未知，对系统造成的 影响较小，因此传统的针对永久性故障的检测方法很难直接应用于间歇故障诊断。再者，受 电弓结构的复杂性进一步加大了间歇故障的检测难度。从而导致当前技术环境下间歇故障 的故障检测的及时性、准确性和有效性都不理想。因此，针对当前高速列车受电弓间歇故障检测存在的问题，需要一种新的间歇故 障检测方法方法以更加准确、及时、有效的对间歇故障进行检测。
技术实现思路
针对当前高速列车受电弓间歇故障检测存在的问题，本专利技术提供了一种高速列车 受电弓间歇故障检测方法，所述方法包含以下步骤：步骤一，基于受电弓的结构构造第一动力学模型，所述第一动力学模型为所述受 电弓在间歇故障影响下的动力学模型；步骤二，基于所述第一动力学模型获取与所述间歇故障对应的截断残差信号；步骤三，根据所述截断残差信号检测所述受电弓是否发生间歇故障。 在一实施例中，所述步骤一包含以下步骤： 动力学模型构造步骤，根据所述受电弓的结构构造所述受电弓的第二动力学模 型，所述第二动力学模型为时变系统模型； 线性变换步骤，对所述第二动力学模型进行线性变换从而获取所述第一动力学模 型。在一实施例中，所述动力学模型构造步骤包含以下步骤：将所述受电弓的结构简化为由弓头、上框架和下框架三个质量块通过多级弹性悬 挂组成的受电弓结构系统；基于归算质量模型法，采用变刚度-三元质量模型分析根据所述受电弓结构系统 构造弓网动力学方程； 将未知扰动、过程噪声、测量误差以及所述间歇故障的影响引入所述弓网动力学 方程从而获取所述第二动力学模型，其中，所述未知扰动包含空气扰动，所述过程噪声和所 述测量误差的形成原因包含机车高速运行引起的环境变化、电磁干扰以及轨道不确定性。 在一实施例中，所述步骤二包含以下步骤： 构造残差生成器步骤，基于所述受电弓的结构根据所述第一动力学模型针对所述 间歇故障构造残差生成器； 构造方程式步骤，基于所述残差生成器构造所述截断残差信号的重构方程式； 获取信号值步骤，获取所述受电弓的实际输入信号值和输出测量值从而根据所述 实际输入信号值和所述输出测量值利用所述截断残差信号的重构方程式获取所述截断残 差信号的信号值。 在一实施例中，在所述构造残差生成器步骤中，根据几何方法设计所述残差生成 器，所述残差生成器生成的残差信号与所述第一动力学模型中的未知扰动和未知时变参数 均实现解耦，且所述残差生成器生成的残差信号与所述间歇故障相关。 在一实施例中，所述构造方程式步骤包含以下步骤： 基于所述残差生成器通过引入滑动时间窗口来设计截断残差信号方程式，从而获 取带有滑动时间窗口的所述截断残差信号方程式； 基于所述残差生成器分析所述截断残差信号方程式的结构信息并获取分析结 果； 基于所述分析结果将所述截断残差信号方程式重构从而获取所述截断残差信号 的重构方程式。 在一实施例中，所述步骤三包含以下步骤： 针对所述间歇故障和检测性能要求提出假设检验，所述检测性能包括误报率和漏 报率； 根据所述假设检验获取所述间歇故障的检测阈值； 分析所述截断残差信号与所述检测阈值之间的关系以判断所述受电弓是否发生 间歇故障。 在一实施例中，所述假设检验包含针对所述间歇故障的发生时刻的第一假设检验 以及针对所述间歇故障的消失时刻的第二假设检验。 在一实施例中，所述方法还包含步骤四，对所述方法的检测性能进行分析，从而获 取检测性能分析结果。 在一实施例中，在所述步骤三中确定所述间歇故障的发生时刻或消失时刻。 相较于现有技术，本专利技术的间歇故障检测方法构建了更符合受电弓间歇故障实际 情况的模型，能够更加准确的检测间歇故障的发生。 本专利技术的其它特征或优点将在随后的说明书中阐述。并且，本专利技术的部分特征或 优点将通过说明书而变得显而易见，或者通过实施本专利技术而被了解。本专利技术的目的和部分 优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的步骤来实现或获得。【附图说明】 附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实 施例共同用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中： 图1是本专利技术一实施例的检测方法流程图； 图2是受电弓系统仿真环境下过程噪声信号； 图3是受电弓系统仿真环境下测量噪声信号； 图4是受电弓系统仿真环境下无间歇故障影响时的输出信号； 图5是受电弓系统仿真环境下间歇故障影响时的输出信号； 图6是受电弓系统的间歇故障检测结果。【具体实施方式】 以下将结合附图及实施例来详细说明本专利技术的实施方式，借此本专利技术的实施人员 可以充分理解本专利技术如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程并依 据上述实现过程具体实施本专利技术。需要说明的是，只要不构成冲突，本专利技术中的各个实施 例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本专利技术的保护范围之 内。当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高速列车受电弓间歇故障检测方法，其特征在于，所述方法包含以下步骤：步骤一，基于受电弓的结构构造第一动力学模型，所述第一动力学模型为所述受电弓在间歇故障影响下的动力学模型；步骤二，基于所述第一动力学模型获取与所述间歇故障对应的截断残差信号；步骤三，根据所述截断残差信号检测所述受电弓是否发生间歇故障。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周东华，何潇，鄢镕易，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11