一种面向动车组牵引电机的故障预警方法技术

本发明专利技术公开了一种面向动车组牵引电机的故障预警方法，属于故障预警方法技术领域。包括以下步骤：提取一组完整的动车组牵引电机的运行数据，包括车速数据和每个牵引电机的轴承的温度数据；根据动车组运行状态，对运行数据分类；对温度数据进行曲线拟合，获取温度数据拟合线；设置温度警戒线，确定预警范围；获取动车组新的运行数据，并进行温度变化趋势分析，当温度变化超出警戒线时，发出预警。本发明专利技术以温度数据作为预警的指标，使预警方法适用于各种故障类型的预警；且以动车组牵引电机的运行数据作为基础数据，使本发明专利技术不局限于实验环境。

【技术实现步骤摘要】
一种面向动车组牵引电机的故障预警方法
本专利技术涉及一种故障预警方法，具体地，特别涉及一种面向动车组牵引电机的故障预警方法。
技术介绍
故障预警是一门以近代数学、电子计算机理论与技术、自动控制理论、信号处理技术、仿真技术、可靠性理论等有关学科为基础的、应用型的多学科交叉的边缘学科。目前，基于振动诊断的故障预警方法，通过监测牵引电机的振动信号来预测故障，当正在运行的牵引电机的振动模式与某种故障相匹配时，便发出预警或报警，比如廖云等人在2014年提出的共振解调预警法，此方法运用在城轨列车上，针对轴承烧毁故障预警有较好的效果。但是由于城轨列车运行环境相对稳定，而动车组在实际运行中的车速变化快，且运行环境复杂，动车组中其他设备的震动以及外界环境的变化会形成干扰，从而产生错误数据造成误警，所以，此方法难以适用于动车组运行环境中。此外，这种基于振动诊断的故障预警分析方法只能对一种或者一类故障进行预警，但难以覆盖其他类型故障的预警。基于解析模型的故障诊断方法是在明确了诊断对象数学模型的基础上，按一定的数学方法对被测信息进行诊断处理，主要有参数估计方法、状态估计方法、等价空间方法。其中，基于观测器的状态估计方法与等价空间方法是等价的，参数估计方法比状态估计方法更适合于非线性系统，等价空间方法仅适用于线性系统。2014年刘韬等人提出的KPCA(KernelPrincipalComponentAnalysis)和耦合隐马尔科夫模型轴承故障诊断方法，以及2015年张敏和崔海龙等提出将基于IMF(IntrinsicModeFunction)能量矩和HSMM(HiddenSemi-MarkovModels)模型的滚动轴承故障诊断方法，通过建立隐半马尔科夫模型，在故障模拟实验台上取得了较好的效果。但是，这种故障预警方法易受外界环境干扰，难以适用于运行环境复杂多变的动车组，且无法根据动车组运行状态对数据进行分类，使该方法的分析结果和理论上有偏差。
技术实现思路
鉴于以上问题，本专利技术的目的是提供一种面向动车组牵引电机的故障预警方法，以解决现有故障预警方法易受外界环境干扰，难以适用于动车组运行环境，以及一种预警方法只能针对特定故障进行预警，且没有根据动车组运行状态使结果有偏差的技术问题。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术所述面向动车组牵引电机的故障预警方法，包括以下步骤：(1)提取一组完整的动车组牵引电机的运行数据，包括车速数据和每个牵引电机的轴承的温度数据；(2)根据动车组运行状态，对运行数据分类；(3)对温度数据进行曲线拟合，获取温度数据拟合线；(4)设置温度警戒线，确定预警范围；(5)获取动车组新的运行数据，并进行温度变化趋势分析，当温度数据超出警戒线时，发出预警。优选的，上述步骤(2)包括：2a)确定动车组运行的最大车速；2b)以时间变量控制数据分类，分为加速数据、匀速数据和减速数据；2c)保存三类数据。优选的，步骤(3)包括：采用回归算法分析，对同一类别的温度数据进行分组，得到每组的温度数据的平均值，拟合出温度数据拟合线。优选的，在步骤(2)和步骤(3)之间，还包括去噪步骤：对温度数据进行数据去噪处理。进一步地，去噪步骤包括：以时间序列展示动车组运行数据；获取同一类别的多组温度数据；计算一个车速间隔区间的温度平均值作为此车速区间的温度；计算下一个相同车速间隔的车速区间的温度，直至读取此类别的完整温度数据；当整个序列或者单个温度数据偏离整体的温度曲线超过阈值，则剔除所述整个序列或者单个温度数据。进一步地，优选的，步骤(3)包括：采用回归算法分析，对经过去噪处理的同一类别的温度数据进行分组，对于温度数据稀疏组的温度数据平均值进行修正，根据修正后的温度数据平均值拟合出温度数据拟合线。优选的，设置温度警戒线的方法为：温度警戒线的解析式设为：y＝kx+b式中，x为速度，单位km/h，y为温度，单位℃，k为斜率均值，b为数据中位数。进一步地，根据每组温度数据平均值之间的最大差值确定b的取值范围，对b赋值，并统计温度警戒线内的温度数据的个数占比，当温度警戒线内的温度数据的个数占比达到95％时，确定b的取值。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点和有益效果：一、本专利技术通过提取一组完整的动车组牵引电机的运行数据，确定预警范围，使此预警方法适用于动车组的运行环境，而不局限于实验环境；二、在本专利技术中，以牵引电机的轴承的温度数据作为预警的指标，使预警方法适用于各种故障类型的预警；三、通过根据动车组的运行状态，对运行数据进行分类，减少分析结果与理论结果的偏差；四、通过对运行数据进行去噪处理，剔除原始运行数据中掺杂的异常数据，提高温度数据拟合的准确性。附图说明图1是本专利技术所述面向动车组牵引电机的故障预警方法的流程图；图2是本专利技术所述面向动车组牵引电机的故障预警方法优选实施例的流程图；图3是根据动车组运行状态，对运行数据分类的流程图；图4是提取的动车组牵引电机的一组加速段的温度数据散点图；图5是对图4中温度数据以时间序列展示结果图；图6是整个序列的温度数据偏离整体的温度曲线超过阈值示例图；图7是单个温度数据偏离整体的温度曲线超过阈值示例图；图8是经过去噪处理的温度数据结果图；图9是对温度数据进行曲线拟合的拟合结果图；图10是设置温度警戒线的结果图；图11是温度数据分析结果显示非故障的一个例子；图12是温度数据分析结果显示非故障的再一个例子；图13是温度数据分析结果显示故障的一个例子；图14是温度数据分析结果显示故障的再一个例子。具体实施方式现结合附图，对本专利技术做进一步详细的说明，以便于本专利技术更加清楚和易于理解。图1是本专利技术所述面向动车组牵引电机的故障预警方法的流程图，如图1所示，面向动车组牵引电机的故障预警方法，包括以下步骤：步骤S100，提取一组完整的动车组牵引电机的运行数据，包括车速数据和每个牵引电机的轴承的温度数据；其中温度数据，包括牵引电机驱动侧轴承和非驱动侧轴承的温度，由于提取的是动车组的运行数据，并以此作为数据分析的基础数据，使得故障预警方法适用于动车组复杂的运行环境，而不局限于实验环境。步骤S200，根据动车组运行状态，对运行数据分类；对原始的运行数据分类，以便后期可以针对不同类别的数据分别进行处理，可以减少各类数据之间的相互影响，且动车组处于不同的运行状态，可以采用不同的判断指标，判断是否发生故障，提高结果的可靠性。步骤S300，对温度数据进行曲线拟合，获取温度数据拟合线；由于绝大多数牵引电机轴承故障都会导致温度的异常，因此以温度数据作为分析指标，可以只根据牵引电机驱动侧轴承和非驱动侧轴承的状态发出预警，而不用具体分析是何种故障类型，即可通过监测温度数据来判断整个牵引电机的工作状况。具体地，采用回归算法分析，对同一类别的温度数据进行分组，得到每组的温度数据的平均值，拟合出温度数据拟合线。步骤S400，设置温度警戒线，确定预警范围；步骤S500，获取动车组新的运行数据，并进行温度变化趋势分析，当温度数据超出警戒线时，发出预警。当牵引电机正常工作时，所获取的运行数据会在温度变化的正常区间范围内，而牵引电机发生故障或者存在潜在风险时，牵引电机的轴承温度会出现异常，所获取的运行数据会持续偏离正常区间范围，直至超出温度警戒线，此时，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种面向动车组牵引电机的故障预警方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)提取一组完整的动车组牵引电机的运行数据，包括车速数据和每个牵引电机的轴承的温度数据；(2)根据动车组运行状态，对所述运行数据分类；(3)对所述温度数据进行曲线拟合，获取温度数据拟合线；(4)设置温度警戒线，确定预警范围；(5)获取动车组新的运行数据，并进行温度变化趋势分析，当温度数据超出警戒线时，发出预警。

【技术特征摘要】
1.一种面向动车组牵引电机的故障预警方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)提取一组完整的动车组牵引电机的运行数据，包括车速数据和每个牵引电机的轴承的温度数据；(2)根据动车组运行状态，对所述运行数据分类；(3)对所述温度数据进行曲线拟合，获取温度数据拟合线；(4)设置温度警戒线，确定预警范围；(5)获取动车组新的运行数据，并进行温度变化趋势分析，当温度数据超出警戒线时，发出预警。2.根据权利要求1所述的面向动车组牵引电机的故障预警方法，其特征在于，在所述步骤(2)和所述步骤(3)之间，还包括下述去噪步骤：对所述温度数据进行数据去噪处理。3.根据权利要求2所述的面向动车组牵引电机的故障预警方法，其特征在于，所述去噪步骤包括：以时间序列展示动车组运行数据；获取同一类别的多组温度数据；计算一个车速间隔区间的温度平均值作为此车速区间的温度；计算下一个相同车速间隔的车速区间的温度，直至读取此类别的完整温度数据；当整个序列或者单个温度数据偏离整体的温度曲线超过阈值，则剔除所述整个序列或者单个温度数据。4.根据权利要求1所述的面向动车组牵引电机的故障预警方法，其特征在于，所述步骤(2)包括：2a)确定动...

【专利技术属性】
技术研发人员：张春，张宁，刘峰，张杰，李红辉，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：北京,11