[发明专利]一种基于多重T方控制图的高速列车间歇故障检测方法

摘要

本发明公开了一种基于多重T方控制图的高速列车间歇故障检测方法，属于故障诊断领域；该方法可以检测出幅值较小且持续时间有限的间歇故障，并推断间歇故障的发生时间和消失时间，显著提高了数据驱动方法对间歇故障的检测效果；该方法包括：训练数据收集并预处理，分析高速列车关键系统间歇故障参数，在线故障检测及误报排除，时间窗口选择及间歇故障发生、消失时间实时推断。本发明有效保障了高速列车关键系统间歇故障检测的实际应用需求。

主权项

1.一种基于多重T方控制图的高速列车间歇故障检测方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：离线训练；具体包括如下步骤：步骤1.1：构造正常工况测量矩阵：[X1,X2,…,Xk,…,XN]∈Rm×N；其中，Xk∈Rm×1为列向量；m为所检测的系统包含的传感器个数；N为每个传感器包括的独立采样个数；步骤1.2：计算训练数据的样本均值和协方差矩阵S，即步骤1.3：根据经验或通过分析历史故障数据，给出高速列车关键系统间歇故障的方向ξ_q、故障幅值下界故障持续时间下界和故障消失时间下界并计算下式：其中，W^*和W^#为两个时间窗口；W＝1,2,…,W^#；为理论上对故障发生检测延迟的上界；为理论上对故障消失检测延迟的上界；步骤1.4：根据给定的置信水平α，对时间窗口W＝1,2,…,W^#，分别计算即其中，Fa(p,N‑p)为自由度为p,N‑p的F分布置信水平为α时的上分位数，记δ2＝δ12；步骤2：在线故障检测；具体包括如下步骤：步骤2.1：在线采集新测量样本并对时间窗口W＝1,2,…,W^#，实时计算每个T方控制图的统计量即步骤2.2：对时间窗口W＝1,2,…,W^#，实时更新每个T方控制图的报警时刻：故障发生报警和故障消失报警即步骤2.3：在线排除误报，具体包括如下步骤：步骤2.3.1：若对W＝W#，下式不成立则重新开始步骤2；否则执行步骤2.4；步骤2.3.2：若存在W∈[W*,W#]使得(1)式不成立，则重新开始步骤2；否则执行步骤2.4；步骤2.3.3：若存在W,W′∈[W*,W#]使得下式成立其中为空集，则重新开始步骤2，否则执行步骤2.4；步骤2.4：选择时间窗口，具体包括如下步骤：步骤2.4.1：依次检验W＝{W*,…,1}，若(1)式不成立，则置Wo＝W+1；否则Wo＝1；步骤2.4.2：依次检验W＝{W*,…,Wo}，若存在W′∈(W,W#]，使得(2)式成立，则重置Wo＝W+1；步骤2.4.3：对W＝{W*,…,Wo}，计算步骤2.4.4：依次检验W＝{W*,…,Wo}，若存在W′∈(W,W#]使得下式成立，则重置Wo＝W+1；步骤2.5：间歇故障发生及消失时间推断，具体包括如下步骤：步骤2.5.1：计算间歇故障发生及消失时间的最终推断μ_q,和ν_q,即步骤2.5.2：推断此次间歇故障在时刻内发生，在时刻内消失。