高速列车安全性态评估数据的多重分形特征分析

摘要

高速列车在运行过程中安全性态的变化以及故障的发生严重威胁着列车运行安全，高速列车安全性态评估数据为分析列车运行状态和挖掘出能反映服役性态的模式与特征提供了条件。多重分形方法在研究非线性信号方面具有一定的独特性，并广泛应用于振动信号研究。为此，对列车关键部位的奇异的、非平稳的振动信号进行多重分形分析，统计多重分形谱相关参数有助于提取故障特征。
　　 本文概括总结了国内外高速列车故障诊断研究现状，简要介绍多重分形方法的原理，论证了列车振动监测数据存在多重分形性;然后对高速列车安全性态评估数据进行仿真分析。首先使用基于统计矩的方法，分别研究了列车传感器在横向、垂向、纵向方向上采集到的监测数据，并对比各自方向上动车处于正常状态下和三种单一故障工况信号的多重分形谱，统计相关参数。分析表明，越是波动剧烈和分布不均匀的振动信号其多重分形性越强，在一些重要参数上体现得明显;在列车一些部位某一特定工况信号的多重分形谱表现得较为特殊，可以说明列车这些部位对该种故障所带来的振动尤为敏感;利用支持向量机对所研究工况信号进行分类，取得了不错的识别效果。然后使用小波模极大值(WTTM)多重分形方法进行对相同数据计算，计算了小波模分形熵，该熵对区分四种工况信号有一定的效果。
　　 最后分析列车运行仿真模型数据，先计算了列车多故障信号的多重分形谱，比较同一速度下车体、构架、轴箱等部位同方向通道振动信号的多重分形谱分布，以及不同速度下同一通道信号分形谱的变化趋势。结果表明在某些通道各种多故障信号的多重分形性强弱服从一定的规律;接着对列车参数渐变故障进行了分析，得出故障信号越接近失效状态，其多重分形性越强。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究的背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 高速列车运行状态估计研究现状

1．2．2 多重分形研究现状

1．3 本文主要内容

1．4 本文结构安排

第二章 多重分形

2．1 分形理论

2．1．1 分形的定义

2．1．2 分形体的自相似性

2．1．3 标度不变性

2．1．4 分形维数

2．2 多重分形

2．2．1 基于测度理论的多重分形谱的定义

2．2．2 基于Reny广义维数的多重分形谱定义

2．2．3 多重分形谱两种定义之间的关系

2．3 简单多重分形的谱计算

2．4 本章小结

第三章 高速列车安全性态评估数据的多重分形分析

3．1 高速动车转向架介绍

3．1．1 转向架的构成

3．1．2 空气弹簧

3．1．3 抗蛇形减振器

3．1．4 横向减振器

3．2 高速列车运行状态估计的多重分形特征研究

3．2．1 列车单故障信号

3．2．2 频谱分析

3．2．3 分形性研究

3．2．4 配分函数

3．2．5 多重分形谱的计算

3．3 列车安全性态评估数据仿真分析

3．3．1 车体横向加速度

3．3．2 车体垂向加速度

3．3．3 横向减振器全拆信号

3．3．4 空簧失气信号

3．3．5 抗蛇形减振器全拆信号

3．4 支持向量机分类

3．4．1 支持向量机基本原理

3．4．2 试验台数据识别

3．5 本章小结

第四章 基于小波模极大值多重分形分析

4．1 连续小波变换

4．2 小波模极大值

4．3 常用小波函数介绍

4．3．1 Haar小波

4．3．2 Daubechies小波

4．3．3 Mexico小波

4．4 基于WTTM的多重分形谱计算

4．5 实验仿真

4．6 本章小结

第五章 高速列车参数渐变故障与多故障分析

5．1 多故障工况信号

5．1．1 仿真数据简介

5．1．2 基于多重分形谱参数的多故障特征分析

5．2 参数渐变故障信号

5．3 本章小结

总结与展望

总结

展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文和所参与的项目