基于键合图的高铁牵引系统建模与故障诊断

摘要

高铁因其便利性和环保性已成为我国大众出行的主要交通工具，同时作为中国对外经济贸易的重要力量，中国高铁吸引了全世界的广泛关注。高速列车是高铁运营中与旅客关系最紧密的环节，牵引传动系统是高速列车中最重要的子系统之一，牵引传动系统实时故障诊断技术是保证行车及乘客安全的核心，也是开发下一代智能化高速列车的重要基础。本文针对CRH5型高速列车，开展牵引传动系统的故障建模与实时诊断技术研究。
　　首先，针对牵引传动系统具有多能域耦合特点，采用键合图建模技术，从能量传递与变换的角度，分析逆变器、牵引电机和齿轮箱的物理机理，建立对应部件的键合图模型，最终得到与实际物理系统结构准确对应的系统级混杂键合图模型。仿真结果证明了该系统模型的可靠性、准确性以及在系统机理分析等方面具有的优越性。
　　其次，在系统级混杂键合图模型的基础上，基于元件物理效应以及故障特性分析，建立元件早期故障的数学表达形式，研究了一种可行有效的牵引系统故障注入方法，可准确复现实际系统的故障特性，为研究故障传播分析以及故障诊断提供仿真基础。
　　最后，本文研究了基于全局解析冗余关系的牵引传动系统故障诊断方法。在混杂键合图模型的基础上，根据元件因果关系推导出全局解析冗余关系式及故障特征矩阵，分析元件的可诊断性与可分离性，提出一种阈值选取方法，将系统残差与阈值进行比较，实现故障源的准确定位。仿真结果表明，所提出的故障诊断方法能够快速准确地诊断多种牵引传动系统的突变故障和早期微小故障。

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注释表

缩略词

第一章 绪论

1.1 课题研究背景与意义

1.2高速列车牵引传动系统概述

1.3 多能域建模

1.4 混杂系统故障诊断研究

1.5 论文主要工作

第二章 键合图理论

2.1 引言

2.2 键合图基本原理

2.3 多键合图

2.4 本章小结

第三章 基于键合图的牵引系统建模策略

3.1 引言

3.2 基于混杂键合图的牵引传动系统建模

3.3 混杂多键合图模型

3.4 仿真验证

3.5 本章小结

第四章 基于混杂键合图模型的牵引系统故障注入

4.1 系统常见故障概述

4.2系统故障注入方法及分析

4.3 仿真验证

4.4 本章小结

第五章 基于全局解析冗余关系的牵引系统故障诊断

5.1 混杂模型全局解析冗余关系法

5.2 牵引子系统故障诊断

5.3 仿真验证

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