针对高速列车牵引电机非线性系统传感器的故障诊断方法技术方案

本发明专利技术公开一种针对高速列车牵引电机非线性系统传感器的故障诊断方法，首先建立牵引电机状态方程和输出方程,并将状态向量和故障向量扩充为一个增广向量,得到增广系统状态空间描述方程；针对所建立的增广系统状态空间描述方程，设计在未知输入观测器基础上的区间观测器，构造增广系统误差动态方程；根据增广系统状态空间描述方程，得到基于未知输入观测器和区间观测器的高速列车牵引电机故障诊断观测器增益矩阵；对增广系统进行等价线性变换，使得系统误差分布矩阵满足Metzler矩阵，根据所设计的观测器得到状态估计值以完成在线故障诊断和故障估计。此种方法可提升故障诊断的性能，实现对牵引电机系统传感器进行实时的故障诊断和故障估计。

【技术实现步骤摘要】
针对高速列车牵引电机非线性系统传感器的故障诊断方法
本专利技术属于高速列车牵引电机非线性系统故障诊断
，涉及一种针对高速列车牵引电机系统传感器的故障诊断方法，特别涉及一种基于鲁棒未知输入观测器与区间观测器相结合故障估计方法。
技术介绍
随着科学技术的进步和生活水平的需求，电力电子技术和电子控制技术不断发展带动着铁路技术的快速发展，自2009年10月我国第一条高速铁路武广高铁运营以来，标志着我国铁路向现代化技术迈进的动车组被广泛运用到我国各铁路干线，高速列车给我们的出行提供了很大便利，在考虑机车的快速性、舒适性、适用经济性等性能指标中，机车的安全可靠性是不容忽视的，它是铁路系统的重要指标，机车的安全可靠运行关系着铁路事业的发展前景，其中牵引电机作为动车组的核心设备，更是与列车的安全运行息息相关。随着动车组新车型的不断增加、运营速度的不断提高，对牵引电机的安全性能也提出了越来越高的要求。因此，研究牵引电机故障诊断具有十分重要的现实意义。感应电动机在工业中扮演重要角色，一旦电动机发生故障，不仅会造成经济损失，也有可能带来人员的伤亡。因此，近几年感应电机故障诊断研究的热点偏向于如何对感本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种针对高速列车牵引电机非线性系统传感器的故障诊断方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1，建立牵引电机状态方程和输出方程,并将状态向量和故障向量扩充为一个增广向量,得到增广系统状态空间描述方程；步骤2，针对所建立的增广系统状态空间描述方程，设计在未知输入观测器基础上的区间观测器，构造增广系统误差动态方程；步骤3，根据增广系统状态空间描述方程，得到基于未知输入观测器和区间观测器的高速列车牵引电机故障诊断观测器增益矩阵；步骤4，对增广系统进行等价线性变换，使得系统误差分布矩阵满足Metzler矩阵，根据所设计的观测器得到状态估计值以完成在线故障诊断和故障估计。

【技术特征摘要】
1.一种针对高速列车牵引电机非线性系统传感器的故障诊断方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1，建立牵引电机状态方程和输出方程,并将状态向量和故障向量扩充为一个增广向量,得到增广系统状态空间描述方程；步骤2，针对所建立的增广系统状态空间描述方程，设计在未知输入观测器基础上的区间观测器，构造增广系统误差动态方程；步骤3，根据增广系统状态空间描述方程，得到基于未知输入观测器和区间观测器的高速列车牵引电机故障诊断观测器增益矩阵；步骤4，对增广系统进行等价线性变换，使得系统误差分布矩阵满足Metzler矩阵，根据所设计的观测器得到状态估计值以完成在线故障诊断和故障估计。2.如权利要求1所述的针对高速列车牵引电机非线性系统传感器的故障诊断方法，其特征在于：所述步骤1中，牵引电机状态空间模型为：其中，x(t)∈Rn、u(t)∈Rp、d(t)∈Rm、y(t)∈Rq、f(t)∈Rr、fa(x(t))∈Rn分别为系统的状态向量、输入向量、外界扰动向量、输出向量、系统传感器故障、系统非线性项，A、B、C分别为系统的状态矩阵、输入矩阵、输出矩阵，矩阵Ed为扰动分布矩阵，矩阵Ef为故障分布矩阵；x(t)＝[x1x2x3x4x5]T＝[iqsidsλqrλdrωm]T,式中，状态变量x1,x2,x3,x4,x5分别对应iqs,ids,λqr,λdr,ωm，其中，iqs、ids分别为q轴和d轴的定子电流，λqr、λdr分别为q轴和d轴的转子磁通，ωm为机械旋转角速度，Ls、Lr分别为定子和转子自感，Lm为定子和转子之间的互感，np为电机极对数，d(t)是外界扰动向量，ωs是旋转速度，J为电机的转动惯量。3.如权利要求2所述的针对高速列车牵引电机非线性系统传感器的故障诊断方法，其特征在于：所述步骤1中，定义：增广状态向量增广系统矩阵增广输入矩阵增广输出矩阵增广干扰分布矩阵增广故障分布矩阵系统状态向量和故障向量扩充为一个增广向量：其中，为故障的微分，Ir表示一个r×r维的单位阵；结合进一步地得到一种等价的增广系统状态空间描述方程：其中，适维矩阵和是未知输入故障诊断观测器增益矩阵。4.如权利要求1所述的针对高速列车牵引电机非线性系统传感器的故障诊断方法，其特征在于：所述步骤2中，针对所建立的增广系统状态空间描述方程，设计在未知输入观测器基础上的区间观测器的具体内容是：首先设计如下针对高速列车牵引电机非线性系统的未知输入故障诊断观测器：其中，表示未知输入增广变量，表示增广故障分布矩阵的转置，假设1是可观的，和分别是所设计系统未知输入故障诊断观测器的增广状态向量和测量输出向量；是传感器故障估计值；适维矩阵和是所述的未知输入故障诊断观测器增益矩阵；假设2对于任意的其中，分别表示增广状态向量的下界和上界，存在向量函数：分别表示增广非线性向量的下界和上界；构造未知输入型区间观测器：上界观测器：下界观测器：其中，表示未知输入观测器状态变量的上界和下界，5.如权利要求4所述的针对高速列车牵引电机非线性系统传感器的故障诊断方法，其特征在于：所述步骤2中，构造增广系统误差动态方程的内容是：对于上界观测器，令：系统增广状态误差增广输出估计误差故障上界与真实值误差则系统的误差状态方程表示：

【专利技术属性】
技术研发人员：张柯，田阳，姜斌，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32