[发明专利]一种高速列车受电弓间歇故障检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及轨道交通领域，具体说涉及一种高速列车受电弓间歇故障检测方法。

背景技术

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。

发明内容

针对当前高速列车受电弓间歇故障检测存在的问题，本发明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。