基于图论的高铁牵引系统故障传播分析与危害性评估

摘要

高速列车是高铁运营中与旅客关系最紧密的环节，牵引传动系统作为高速列车中最重要的子系统，对其进行故障传播机理研究及危害性评估是保障高速列车运营安全性的重要基础。本文针对CRH5型高速列车的牵引系统，开展基于图论的故障传播机理分析与危害性评估方法的研究工作。
　　首先，针对牵引系统多能域、强耦合等特点，采用键合图建模技术对牵引系统（主要包含逆变器、牵引电机和齿轮箱）进行闭环系统建模，仿真结果表明该系统模型具有良好的可靠性、准确性，并在系统机理分析等方面具有明确的优越性。
　　其次，基于所建立的牵引系统键合图模型，提取变量间因果关系，建立牵引系统的开环有向图模型，分别采用基于相容路径以及故障树推理分析的定性方法进行故障传播分析；针对上述定性方法的不足之处，提出基于灰色关联分析的定量方法分析牵引系统的故障传播特性。仿真结果表明所提出定量分析方法能得到开环系统受故障影响最大的传播路径。
　　为全面分析闭环系统的故障传播机理，在简化的有向图模型基础上建立闭环Petri网模型，把灰色关联度分别引入模糊Petri网及故障Petri网进行故障传播分析，通过两种方法的优缺点对比，提出灰色关联度与模糊Petri网相融合的定量推理分析方法，该方法克服了传统Petri网中资源冲突、变迁反复点火等问题，并且确定系统的故障传播结构及其传播路径，以牵引系统逆变器IGBT故障为例，验证了该方法的应用可行性。
　　最后，提出一种定量风险优先数计算方法。基于互信息理论，对受故障影响的所有节点进行重要度排序，确定每个重要节点在危害度计算时的贡献大小，再使用仿真数据计算出故障模式发生度及严重度，并计算出故障模式的危害度，通过查表确定故障危害等级。仿真验证结果表明，所提出的定量危害度计算方法可以准确的确定故障等级，为系统可靠性评估提供基础信息。

目录

声明

注释表

缩略词

第一章 绪论

1.1 课题研究的背景与意义

1.2 基于图论的故障传播分析方法

1.3 危害性评估方法和研究现状

1.4 论文主要工作

第二章 CRH5牵引系统及键合图建模

2.1 CRH5牵引系统结构

2.2 CRH5牵引系统建模

2.3 本章小结

第三章 基于有向图的牵引系统故障传播分析

3.1 基于时间因果图的定性分析

3.2 基于符号有向图的定性分析

3.3 基于灰色关联度的有向图故障传播定量分析

3.4 本章小结

第四章 基于Petri网的故障传播推理分析

4.1 Petri网简介

4.2 基于模糊Petri网的牵引故障传播推理分析

4.3 基于故障Petri网的牵引系统故障传播推理分析

4.4 基于模糊故障Petri网的牵引系统故障传播推理分析

4.5 本章小结

第五章 牵引系统故障危害性评估

5.1 风险优先数分析方法

5.2 节点重要度计算方法

5.3 牵引系统危害性分析

5.3可知其对应的是严重故障。

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 研究工作总结

6.2 研究工作展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文