基于距离度量的铁路直流继电器运行状态评估方法技术

本发明专利技术涉及铁路继电器状态评估领域，特别是涉及基于距离度量的铁路直流继电器运行状态评估方法。其能够可视化表征继电器的运行状态，为继电器状态评估工作提供理论依据，为设备的检修决策提供理论基础，使铁路列车的运行更加安全可靠。包括：1)提取多种特征参数进行分析；2)进行数据去噪及趋势增强处理；3)进行定量分析；4)进行退化距离表征；5)进行退化距离表征；6)为后续分析提供距离样本集；7)进行聚类分析；8)进行反馈验证。9)构建改进Elman神经网络预测模型。10)利用和声搜索算法优化改进Elman模型的相关参数。11)构建改进HS

【技术实现步骤摘要】
基于距离度量的铁路直流继电器运行状态评估方法


[0001]本专利技术涉及铁路继电器状态评估领域，特别是涉及一种基于距离度量与改进Elman的铁路直流继电器运行状态评估方法。

技术介绍

[0002]随着我国轨道交通运输业的不断发展，铁路运输系统智能化的建设被大力推动，目前已成为我国运输产业和设备制造业的重要基础。铁路直流继电器被大量用于列车控制系统，是重要的基础开关设备，且需要较高的操作频率，这就要求继电器应具有更好的稳定性和使用寿命来保证列车控制系统的正常运行。继电器的寿命有机械寿命和电寿命之分，而电寿命常常要比机械寿命低数个数量级。因此在研究继电器性能退化过程时，往往以研究电寿命为主。随着继电器动作次数增加，其触头系统开断性能会逐渐退化，从而使继电器整体状态性能出现劣化。在此背景下，对铁路直流继电器进行运行状态识别研究，反应出继电器触头所处的真实寿命状态，能够为继电器的检修决策提供科学依据，为维护列车稳定安全运行提供保障，具有显著的理论与实际意义。
[0003]目前，国内外针对铁路继电器的多数研究均为寿命预测与失效模式的判别，很少涉及本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于距离度量的铁路直流继电器运行状态评估方法，其特征在于：包括以下步骤：1)通过继电器电寿命试验，提取多种特征参数：吸合时间、释放时间、接触电阻、弹跳时间、超程时间、燃弧能量进行分析；2)采用奇异谱分析SSA对初始特征参数进行数据去噪及趋势增强处理；3)采用斯皮尔曼秩相关系数SRCC对数据增强效果进行定量分析，并验证参数选择的合理性；4)采用余弦相似度距离从特征空间角度方向进行退化距离表征；5)采用马氏距离从特征空间数值方向进行退化距离表征；6)结合角度与数值两个方面，实现从多维空间到三维空间的退化可视化状态表征，并为后续分析提供距离样本集；7)采用改进K
‑
means聚类算法对空间表征的距离样本进行聚类分析；8)结合空间表征曲线各阶段的平均幅值与标准差对状态区间划分结果进行反馈验证。9)构建改进Elman神经网络预测模型。10)利用和声搜索HS算法优化改进Elman模型的相关参数。11)构建改进HS
‑
Elman神经网络进行继电器的状态评估预测。2.根据权利要求1所述的基于距离度量的铁路直流继电器运行状态评估方法，其特征在于：步骤1)中所述通过继电器电寿命试验，提取多种特征参数：吸合时间、释放时间、接触电阻、弹跳时间、超程时间、燃弧能量进行分析包括：根据继电器性能退化特性，各项特征参数计算方式如下：1)吸合时间t
x
＝t2‑
t1式中，t1为线圈得电时刻，t2为动静触头第一次接触时刻。2)弹跳时间t
t
＝t3‑
t2式中，t3为电压电流波动结束时刻。3)超程时间t
c
＝t4‑
t2式中，t4为稳定吸合时刻。4)接触电阻式中，N是采集的点数，u
n
、i
n
为触点电压、电流。5)释放时间t
s
＝t6‑
t5式中，t5为线圈掉电时刻，t6为起弧时刻。6)燃弧能量
式中，Δt为相邻采样点时间间隔，f
s
为采样率。3.根据权利要求1所述的基于距离度量的铁路直流继电器运行状态评估方法，其特征在于：步骤2)中所述采用奇异谱分析SSA对初始特征参数进行数据去噪及趋势增强处理包括：嵌入、分解、分组、重构四个步骤，也即：1)嵌入：假定长度为N的时间序列为Y
N
＝(y1,y2,
…
,y
N
)，N＞2，设置嵌入维数为L，L为整数且1＜L≤N/3，K＝N
‑
L+1，定义延迟向量y
i
＝[y
i
,y
i+1
,
…
,y
i+L
‑1]
T
，Y的轨迹矩阵X可表示为：2)奇异值分解：对轨迹矩阵X进行奇异值分解。首先对XX
T
进行特征分解，得到L个降序排列的非负特征值，以及对应的正交特征向量U1,U2,
…
U
L
，令d为非零特征值个数，则X可以表示为如下形式：X＝E1+E2+
…
+E
d
其中其中为奇异值。3)分组：取前r个E
i
近似X
i
，并将其分为p组，下标{1,2,
…
,r}分割为连续的子集I1,I2,
…
I
p
，记I
j
＝{j1,j2,
…
j
m
}为第I
j
组对应的下标，各组内的矩阵相加得到新的矩阵轨迹矩阵X可表示为：式中，的方差贡献率为4)对角平均：将矩阵还原为时间序列。设的元素为x
ij
，则可由下式还原为对应的时间序列{z0,z1,
…
,z
n
‑1}：其中，L*＝min(L,K),K*＝max(L,K)。
4.根据权利要求1所述的基于距离度量的铁路直流继电器运行状态评估方法，其特征在于：步骤3)中所述采用斯皮尔曼秩相关系数SRCC对数据增强效果进行定量分析，并验证参数选择的合理性包括：假定两个变量分别为X、Y，两个变量的第i(1≤i≤N)个值分别用X
i
、Y
i
表示；对X、Y进行排序(同时降序或升序)，得到两个元素排行集合x、y，其中元素x
i
、y
i
分别为X
i
在X中的排行以及Y
i
在Y中的排行。将集合x、y中的元素对应相减得到一个排行差分集合d，变量X、Y之间的斯皮尔曼秩相关系数r可以由x、y和d计算得到，其计算方式如下：其中d
i
＝x
i
‑
y
i
,1≤i≤N；SRCC的计算值在
‑
1到1之间，其绝对值越接近于1，说明两者间相关程度越大；绝对值越接近于0，说明两者间相关程度越小。5.根据权利要求1所述的基于距离度量的铁路直流继电器运行状态评估方法，其特征在于：步骤4)中所述采用余弦相似度距离从特征空间角度方向进行退化距离表征包括：将反映电器设备健康程度的多维特征向量转换为一维的健康指标可以基于距离度量原理来实现；对于n维特征向量x，距初态u的余弦相似度cos(x,u)为：上式中dot(
·
)是内积运算，||
·
||是向量的2范数；通过计算得出的余弦相似度值介于0与1之间，数值越接近于1，表示x与u越相似；在计算余弦相似度时，将其改进为标准化的余弦相似度；对特征参数x进行无量纲归一化处理：式中，max()、min()分为为最大、最小值函数；标准化的余弦相似度cos
norm
(x,u)为：衡量向量间相似程度应统一为度量数值越小其相似程度越高，由此定义余弦相似度距离d
cos
为：d
cos
＝1
‑
cos
norm
(x,u)。6.根据权利要求1所述的基于距离度量的铁路直流继电器运行状态评估方法，其特征在于：步骤5)中，所述采用马氏距离从特征空间数值方向进行退化距离表征包括：利用马氏距离对多维向量的数值...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘树鑫，戴杰，聂靖杰，邹嫣然，秦王杨，
申请(专利权)人：沈阳工业大学，
类型：发明
国别省市：