基于SOM-BP串联神经网络的中速磁浮列车悬浮控制器故障诊断方法研究
发布时间：2020-12-28 00:17
电磁型（EMS,Electro Magnetic Suspension）中速磁浮列车作为一种采用先进技术的新型磁浮列车,兼具中低速磁浮列车与高速磁浮列车的优势,不仅牵引效率高,而且导向结构简单。悬浮控制器作为中速磁浮列车悬浮控制系统中枢,组成设备众多、结构复杂、功能强大,但由于其长时间与列车同步工作,内部设备及元件较易损坏。在磁浮列车运行过程中,悬浮控制器突发故障会直接降低悬浮控制系统的稳定性,严重的情况下可能直接导致列车丧失悬浮能力,并且很难在短时间内锁定故障源并高效开展维修工作。因此,对中速磁浮列车悬浮控制器故障诊断方法的研究具有重要意义。近年来,人工神经网络理论与应用研究已发展为国际前沿研究领域,为故障诊断提供了一个全新的研究方法。本文结合工程实际的考虑与故障样本的数据特性,在分析了中速磁浮列车悬浮控制器工作原理与常见故障特征的基础上,提出使用基于神经网络模型的故障诊断方法为中速磁浮列车悬浮控制器进行故障诊断。具体研究内容与成果如下:（1）建立了基于BP神经网络和SOM神经网络的悬浮控制器故障诊断模型并借助仿真实验分析了两个模型的故障诊断性能。实验结果表明两种神经网络模型的训练效...
【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１技术路线??Ｆｉｇ．?１－１?Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ?ｒｏａｄｍａｐ??．?８??
的悬浮控制设备，包括一个悬浮控制器、一组悬浮电磁铁、一组悬浮传感器以及??附属电路。由中车唐山公司牵头研发的中速磁浮列车单车设置５台悬浮架，每台??悬浮架两侧各铺设一个悬浮模块，控制一个悬浮端点，其车辆断面图如图２－１所示。??磁浮列车的悬浮控制系统大体可以分为悬浮控制器、悬浮电磁铁和悬浮传感??器三个部分。其中，悬浮控制器接收来自悬浮传感器的间隙、加速度、电流、电??压等多组传感信号，根据内嵌于控制计算机的控制算法生成控制信号，并根据该??信号的强度调整斩波器输出，从而调节电磁铁线圈内电流的大小，以确保磁浮列??车与轨道的间隙处在安全区间内。悬浮控制器作为悬浮控制系统实现悬浮控制功??能的中枢，是整个悬浮控制系统最核心的设备之一。本章依据该中速磁浮列车车??辆总体设计方案，参考ＣＭＳ－０４型中低速磁浮列车悬浮控制器结构及常见故障，??分析了中速磁浮列车悬浮控制器的组成结构，总结了其可能存在的故障类别。??Ｗ?Ｗ??图２－１车辆断面图??Ｆｉｇ．２－１?Ｖｅｈｉｃｌｅ?ｐｒｏｆｉｌｅ??２．１悬浮控制器结构??悬浮控制器作为悬浮控制系统的核心设备，其结构是否稳定、功能完善与否??直接影响了列车能否安全、平稳运行［３７］。本节参考唐车中速磁浮列车车辆总体设??计方案及ＣＭＳ－０４型中低速磁浮列车悬浮控制器结构
图２－３控制计算机系统框图??Ｆｉｇ．２－３?Ｂｌｏｃｋ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ?ｃｏｍｐｕｔｅｒ?ｓｙｓｔｅｍ??ＣＰＵ板通过ＦＰＧＡ实现计算机内部板间通信。其组成架构如图２－４所示。??ＣＰＵ板??ＡＲＭ?ＦＰＧＡ??外部存储?通讯模块?ＰＷＭ输出模块?ＡＤ采样模块?数字信号传输模块??图２－４?ＣＰＵ架构图??Ｆｉｇ．２－４?ＣＰＵ?ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌ?ｄｉａｇｒａｍ??信号调理板在接收到外部的模拟信号后，将该模拟信号输入运算发大器进行??运放处理，并在光耦的保护之下将其转换成符合ＡＤ板信号接收范围的信号。随??后，ＡＤ板能够将接收到的模拟信号处理为数字信号输出至ＦＰＧＡ，并通过ＦＰＧＡ??传给ＣＰＵ板进行处理。考虑到悬浮控制器对通讯功能的需求，ＡＤ板上配置了网??络交换功能。图２－５为ＡＤ板的架构图。??１２??
【参考文献】：
期刊论文
[1]无线传感器节点模块级故障诊断方法的研究[J]. 李智敏,陈祥光. 仪器仪表学报. 2013(12)
[2]模糊Petri网专家系统及其在核动力装置故障诊断中的应用[J]. 彭俏,余刃. 核动力工程. 2013(S1)
[3]基于解析模型的非线性系统故障诊断方法综述[J]. 贾庆贤,张迎春,管宇,陈雪芹. 信息与控制. 2012(03)
[4]磁浮列车悬浮控制系统电磁铁故障诊断技术研究[J]. 龙志强,李云,贺光. 控制与决策. 2010(07)
[5]基于神经网络的支持向量机学习方法研究[J]. 郭虎升,王文剑. 计算机工程与应用. 2009(02)
[6]支持向量机及其在机械故障诊断中的应用[J]. 袁胜发,褚福磊. 振动与冲击. 2007(11)
[7]传感器多故障诊断的信息融合方法研究[J]. 张冀,王兵树,邸剑,于浩,鲁斌. 中国电机工程学报. 2007(16)
[8]基于SOM-BP复合神经网络的边坡稳定性分析[J]. 赵胜利,吴雅琴,刘燕,刘永建,白永兵. 河北农业大学学报. 2007(03)
[9]基于SOM神经网络的远程监测与故障诊断系统[J]. 杨志强,刘广利,陈磊. 机械制造. 2007(01)
[10]SOM神经网络算法的研究与进展[J]. 杨占华,杨燕. 计算机工程. 2006(16)
博士论文
[1]EMS型中速磁浮列车动力学建模与导向能力研究[D]. 贺光.国防科学技术大学 2016
[2]EMS型高速磁浮列车导向动力学研究[D]. 赵春霞.国防科学技术大学 2014
[3]粒子群优化算法及其在机电设备中的应用研究[D]. 刘波.中北大学 2011
[4]一体化反应堆冷却剂系统故障诊断方法研究[D]. 陈志辉.哈尔滨工程大学 2009
[5]粒子群优化算法的改进及应用研究[D]. 毛恒.华侨大学 2008
硕士论文
[1]基于SOM-BP神经网络的盾构机故障诊断方法研究[D]. 邹兰.西安理工大学 2018
[2]中速磁浮列车单铁悬浮系统传感器故障诊断研究[D]. 刘振涛.北京交通大学 2018
[3]中低速磁浮列车悬浮控制系统在线监测与故障诊断系统研究[D]. 柳阳阳.西南交通大学 2018
[4]基于粒子群优化神经网络的乳化机故障诊断系统的研究[D]. 钱昊.杭州电子科技大学 2015
[5]悬浮控制器故障诊断技术研究及检测维护平台研发[D]. 郭昭宇.国防科学技术大学 2014
[6]基于粒子群优化算法的BP神经网络漏钢预报模型[D]. 李珊.燕山大学 2014
[7]低速磁浮列车悬浮系统的故障诊断与容错控制技术研究[D]. 薛松.国防科学技术大学 2007
[8]高速磁浮列车单铁悬浮系统的容错控制问题研究[D]. 张志洲.国防科学技术大学 2006
本文编号：2942774
【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１技术路线??Ｆｉｇ．?１－１?Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ?ｒｏａｄｍａｐ??．?８??
的悬浮控制设备，包括一个悬浮控制器、一组悬浮电磁铁、一组悬浮传感器以及??附属电路。由中车唐山公司牵头研发的中速磁浮列车单车设置５台悬浮架，每台??悬浮架两侧各铺设一个悬浮模块，控制一个悬浮端点，其车辆断面图如图２－１所示。??磁浮列车的悬浮控制系统大体可以分为悬浮控制器、悬浮电磁铁和悬浮传感??器三个部分。其中，悬浮控制器接收来自悬浮传感器的间隙、加速度、电流、电??压等多组传感信号，根据内嵌于控制计算机的控制算法生成控制信号，并根据该??信号的强度调整斩波器输出，从而调节电磁铁线圈内电流的大小，以确保磁浮列??车与轨道的间隙处在安全区间内。悬浮控制器作为悬浮控制系统实现悬浮控制功??能的中枢，是整个悬浮控制系统最核心的设备之一。本章依据该中速磁浮列车车??辆总体设计方案，参考ＣＭＳ－０４型中低速磁浮列车悬浮控制器结构及常见故障，??分析了中速磁浮列车悬浮控制器的组成结构，总结了其可能存在的故障类别。??Ｗ?Ｗ??图２－１车辆断面图??Ｆｉｇ．２－１?Ｖｅｈｉｃｌｅ?ｐｒｏｆｉｌｅ??２．１悬浮控制器结构??悬浮控制器作为悬浮控制系统的核心设备，其结构是否稳定、功能完善与否??直接影响了列车能否安全、平稳运行［３７］。本节参考唐车中速磁浮列车车辆总体设??计方案及ＣＭＳ－０４型中低速磁浮列车悬浮控制器结构
图２－３控制计算机系统框图??Ｆｉｇ．２－３?Ｂｌｏｃｋ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ?ｃｏｍｐｕｔｅｒ?ｓｙｓｔｅｍ??ＣＰＵ板通过ＦＰＧＡ实现计算机内部板间通信。其组成架构如图２－４所示。??ＣＰＵ板??ＡＲＭ?ＦＰＧＡ??外部存储?通讯模块?ＰＷＭ输出模块?ＡＤ采样模块?数字信号传输模块??图２－４?ＣＰＵ架构图??Ｆｉｇ．２－４?ＣＰＵ?ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌ?ｄｉａｇｒａｍ??信号调理板在接收到外部的模拟信号后，将该模拟信号输入运算发大器进行??运放处理，并在光耦的保护之下将其转换成符合ＡＤ板信号接收范围的信号。随??后，ＡＤ板能够将接收到的模拟信号处理为数字信号输出至ＦＰＧＡ，并通过ＦＰＧＡ??传给ＣＰＵ板进行处理。考虑到悬浮控制器对通讯功能的需求，ＡＤ板上配置了网??络交换功能。图２－５为ＡＤ板的架构图。??１２??
【参考文献】：
期刊论文
[1]无线传感器节点模块级故障诊断方法的研究[J]. 李智敏,陈祥光. 仪器仪表学报. 2013(12)
[2]模糊Petri网专家系统及其在核动力装置故障诊断中的应用[J]. 彭俏,余刃. 核动力工程. 2013(S1)
[3]基于解析模型的非线性系统故障诊断方法综述[J]. 贾庆贤,张迎春,管宇,陈雪芹. 信息与控制. 2012(03)
[4]磁浮列车悬浮控制系统电磁铁故障诊断技术研究[J]. 龙志强,李云,贺光. 控制与决策. 2010(07)
[5]基于神经网络的支持向量机学习方法研究[J]. 郭虎升,王文剑. 计算机工程与应用. 2009(02)
[6]支持向量机及其在机械故障诊断中的应用[J]. 袁胜发,褚福磊. 振动与冲击. 2007(11)
[7]传感器多故障诊断的信息融合方法研究[J]. 张冀,王兵树,邸剑,于浩,鲁斌. 中国电机工程学报. 2007(16)
[8]基于SOM-BP复合神经网络的边坡稳定性分析[J]. 赵胜利,吴雅琴,刘燕,刘永建,白永兵. 河北农业大学学报. 2007(03)
[9]基于SOM神经网络的远程监测与故障诊断系统[J]. 杨志强,刘广利,陈磊. 机械制造. 2007(01)
[10]SOM神经网络算法的研究与进展[J]. 杨占华,杨燕. 计算机工程. 2006(16)
博士论文
[1]EMS型中速磁浮列车动力学建模与导向能力研究[D]. 贺光.国防科学技术大学 2016
[2]EMS型高速磁浮列车导向动力学研究[D]. 赵春霞.国防科学技术大学 2014
[3]粒子群优化算法及其在机电设备中的应用研究[D]. 刘波.中北大学 2011
[4]一体化反应堆冷却剂系统故障诊断方法研究[D]. 陈志辉.哈尔滨工程大学 2009
[5]粒子群优化算法的改进及应用研究[D]. 毛恒.华侨大学 2008
硕士论文
[1]基于SOM-BP神经网络的盾构机故障诊断方法研究[D]. 邹兰.西安理工大学 2018
[2]中速磁浮列车单铁悬浮系统传感器故障诊断研究[D]. 刘振涛.北京交通大学 2018
[3]中低速磁浮列车悬浮控制系统在线监测与故障诊断系统研究[D]. 柳阳阳.西南交通大学 2018
[4]基于粒子群优化神经网络的乳化机故障诊断系统的研究[D]. 钱昊.杭州电子科技大学 2015
[5]悬浮控制器故障诊断技术研究及检测维护平台研发[D]. 郭昭宇.国防科学技术大学 2014
[6]基于粒子群优化算法的BP神经网络漏钢预报模型[D]. 李珊.燕山大学 2014
[7]低速磁浮列车悬浮系统的故障诊断与容错控制技术研究[D]. 薛松.国防科学技术大学 2007
[8]高速磁浮列车单铁悬浮系统的容错控制问题研究[D]. 张志洲.国防科学技术大学 2006
本文编号：2942774
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