[发明专利]分辨率受限情况下高速列车鲁棒间歇传感器故障检测方法

摘要

本发明公开了一种分辨率受限情况下高速列车鲁棒间歇传感器故障检测方法，属于信号处理领域，该方法包括建立软测量模型步骤，设计鲁棒残差生成器步骤，设计故障检测策略步骤。本发明能够实时在线监测传感器状态，保障高速列车平稳安全运行，满足间歇传感器故障检测的实际应用需求。

主权项

分辨率受限情况下高速列车鲁棒间歇传感器故障检测方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：建立软测量模型高速列车关键系统的状态方程如公式(1)所示：x(k+1)＝(Ac(k)+Aδ(k))x(k)+(Bc(k)+Bδ(k))u(k)+w(k),  (1)；其中，为系统状态；为控制输入；为过程噪声；为过程参数；为过程参数不确定性；分辨率为的传感器的实际测量方程如公式(2)所示：y(k)＝(Cc(k)+Cδ(k))x(k)+v(k)+Δ(y(k))+f(k),  (2)；其中，为实际测量输出(满足)；为分辨率诱导不确定性；为测量噪声；为测量参数；为测量参数不确定性；间歇传感器故障方程如公式(3)所示：f(k)=Σi=1∞fi(Γ(k-ko,i)-Γ(k-kd,i)),---(3);]]>其中，为间歇传感器故障；为第i个间歇故障的模式；为第i个间歇故障的发生时间；为第i个间歇故障的消失时间；Γ(·)为单位阶跃函数；根据上述状态方程和实际测量方程建立软测量模型如公式(4)所示：Y(k)＝(Cc(k)+Cδ(k))x(k)+v(k)+Δ(Y(k))+f(k), (4)；其中，为软测量输出；为软测量诱导不确定性；步骤2：设计鲁棒残差生成器步骤2.1：根据公式(5)设定状态估计器初值：步骤2.2：根据公式(6)计算系统状态均值：μx(k)＝Ac(k‑1)μx(k‑1)+Bc(k‑1)u(k‑1), (6)；步骤2.3：根据公式(7)计算系统状态二阶矩：Σx(k)=Ac(k-1)Σx(k-1)Ac(k-1)T+ΣAδ(k-1)x(k-1)+Bc(k-1)Σu(k-1)Bc(k-1)T+ΣBδ(k-1)u(k-1)+Σw(k-1)+Ac(k-1)μx(k-1)u(k-1)TBc(k-1)T+Bc(k-1)u(k-1)μx(k-1)TAc(k-1)T,---(7);]]>步骤2.4：根据公式(8)、公式(9)计算中间变量：Q(k)=C(k)H(k)C(k)T+(1+α2)ΣCδ(k)Ac(k-1)x(k-1)+(1+α2)ΣCδ(k)Aδ(k-1)x(k-1)+μCδ(k)(Ac(k-1)μx(k-1)u(k-1)TBc(k-1)T)Cδ(k)T+(μCδ(k)(Ac(k-1)μx(k-1)u(k-1)TBc(k-1)T)Cδ(k)T)T+(1+α3)ΣCδ(k)Bc(k-1)u(k-1)+(1+α3)ΣCδ(k)Bδ(k-1)u(k-1)+(1+α4)ΣCδ(k)w(k-1)+(1+α5)Σv(k)+Σl=15(αl-1tr(ΣΔ(Y(k)))Iny×ny)+tr(ΣΔ(Y(k)))Iny×ny,---(9);]]>其中αl,l∈{1,2,3,4,5}为任意正数；为k‑1时刻状态估计误差协方差上界；步骤2.5：根据公式(10)计算状态估计器增益：Kx(k)＝H(k)Cc(k)TQ(k)‑1, (10)；步骤2.6：根据公式(11)计算状态估计误差协方差上界：步骤2.7：根据公式(12)、(13)计算状态估计值：r(k|k-1)=Y(k)-Cc(k)Ac(k-1)x^(k-1)-Cc(k)Bc(k-1)u(k-1),---(12);]]>x^(k)=Ac(k-1)x^(k-1)+Bc(k-1)u(k-1)+Kx(k)r(k|k-1),---(13);]]>步骤2.8：根据公式(14)计算残差：r(k)=Y(k)-Cc(k)x^(k)---(14);]]>步骤3：设计故障检测策略步骤3.1：根据公式(15)计算故障检测统计量TD(k)＝r(k)Tr(k), (15)；步骤3.2：根据公式(16)计算故障检测阈值步骤3.3：设定故障检测逻辑若TD(k‑1)≤JD(k‑1),TD(k)＞JD(k)，则k时刻发生故障，故障警报指示量Ia＝1，若TD(k‑1)＞JD(k‑1),TD(k)≤JD(k)，则k时刻故障消失，故障解除指示量Ir＝1。