HXD1型机车制动系统故障在线诊断技术的研究与应用

摘要

制动系统是和谐1型(HXD1)机车的核心设备,为了保证机车的安全运行,对制动系统的运行状态进行准确有效的在线诊断是一项紧迫而重要的课题。针对制动系统的传感器故障诊断难点以及分布式模块化的构造特点,本文以制动系统的故障在线精确诊断为目标,对制动系统重要传感器的故障诊断和在线诊断系统柔性可重构的实现这两个关键技术进行研究。
　　 首先,根据HXD1型机车制动系统的故障特性,将故障分为硬故障和软故障来进行分类研究,给出了硬故障知识诊断和软故障PCA诊断相结合的整体故障诊断方案。着重分析了制动系统中传感器软故障诊断中难于获取精确解析模型以及知识诊断其判定规则的不适用性难点,并因此引入了PCA方法进行诊断。针对制动系统多工况特性,提出了一种基于多工况多主元模型的在线诊断方法,定义稳态因子作为工况的稳态判断依据,根据工况变化匹配相应的主元模型进行在线检测,并通过试验仿真验证了PCA方法的故障诊断能力。
　　 其次,针对制动系统在运煤线上某种固定工况下长期运行时传统PCA方法模型精度和故障判定参数失准的实时性缺陷,本文提出了一种基于自适应步进机制的PCA诊断方法。以适当的步长更新制动系统的主元模型,从而实时跟随制动系统运行参数的漂移,通过仿真实验的对比证明,本方法能够更快速精确地检测出故障源,提升了软故障在线诊断的精确性和实时性。
　　 最后,根据制动系统运行过程中组态可变、模块交互关系复杂多变的特点,设计了基于柔性可重构思想的在线诊断系统的软硬件实现方案,采用模块化设计,在制动系统工作模块出现变化或者异常的情况下,在线诊断系统以柔性可重构的方式实现跟随响应。论文给出了系统在大秦线上的实际运行结果,证明了本文设计的在线诊断系统在保障机车安全运行方面是完全有效可行的。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 课题的研究背景和研究意义

1.2 故障诊断技术的发展与现状

1.2.1 故障诊断技术的主要方法和研究现状

1.2.2 机车制动系统故障监测诊断研究的现状与发展

1.2.3 基于PCA的故障监测诊断技术的发展与现状

1.3 论文主要内容和结构安排

第二章 HXD1型机车制动系统故障在线诊断方案

2.1 HXD1型机车分布式制动控制系统

2.1.1 风源管路系统

2.1.2 CCBII制动机

2.1.3 其他辅助气动控制装置

2.2 HXD1机车制动系统的故障特点与监测参数

2.2.1 HXD1机车制动系统的故障特性与故障分类

2.2.2 HXD1机车制动系统的主要监测状态变量

2.2.3 HXD1型机车制动系统的测量变量描述

2.3 HXD1型机车制动系统的故障在线诊断难点与整体方案

2.3.1 HXD1型机车制动系统的故障在线诊断难点

2.3.2 HXD1型机车制动系统的故障监测诊断整体方案

2.3.3 制动系统硬故障监测诊断方案

2.3.4 制动系统软故障监测诊断方案

2.4 本章小结

第三章 基于PCA的制动系统软故障在线诊断

3.1 主元分析法的基本理论

3.1.1 主元模型及主元算法

3.1.2 基于PCA的故障检测与诊断

3.2 基于多工况多主元模型的故障检测方法

3.2.1 制动机系统多工况变化对PCA故障检测的影响

3.2.2 基于多工况多PCA模型的故障诊断方法

3.3 制动系统的PCA故障诊断实验与仿真

3.3.1 制动系统传感器故障的PCA诊断能力验证实验

3.3.2 多工况多主元模型故障动态检测试验

3.4 基于自适应步进机制的PCA故障在线诊断

3.4.1 离线PCA模型的动态局限性分析

3.4.2 基于自适应步进机制的在线PCA监测诊断的基本思想

3.4.3 制动系统中基于自适应步进机制的PCA方法故障诊断

3.5 本章小结

第四章 分布式柔性可重构在线诊断系统的设计与实现

4.1 HXD1型机车制动系统的分层分布式特点

4.2 制动系统分布式故障监测诊断体系的结构与特点

4.3 HXD1机车制动系统分布式故障监测诊断应用的关键问题

4.4 基于分布式柔性可重构技术的制动系统故障监测诊断应用

4.4.1 基于分布式柔性可重构技术的故障监测诊断系统总体方案

4.4.2 柔性可重构系统的配置与功能

4.5 监测诊断系统硬件的实现

4.6 监测诊断系统软件的实现

4.6.1 系统的软件结构

4.6.2 系统软件模块的实现

4.7 监测诊断系统的工作实例

4.8 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 论文主要总结

5.2 未来工作的展望

参考文献

致谢

攻读学位期间的主要研究成果