基于鲁棒自适应观测器的DK-2制动机故障诊断

发布时间：2017-08-07 08:18

  本文关键词：基于鲁棒自适应观测器的DK-2制动机故障诊断

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【摘要】：摘要：DK-2制动机是我国自主研制的新一代电控空气制动机,已广泛应用于神华、朔黄等货运专线的万吨重载组合列车,是列车制动系统的核心控制设备。DK-2制动机的安全可靠运行及精确故障诊断,是当前的研究热点问题。本文建立了DK-2制动机的系统功能模型,采用基于鲁棒自适应观测器的诊断技术,能克服系统干扰和模型不确定性的影响,实现制动机故障的精确检测和隔离。主要工作如下： 首先,在研究DK-2制动机气路结构和工作原理的基础上,分析其工作模式的阶段动态变化、叠加运行特性及系统功能的设计特点,通过对制动机的故障分类、故障特点以及诊断难点进行分析,针对其模型不确定性及系统扰动对诊断精度的要求,提出一种基于鲁棒自适应观测器的故障诊断方案。 其次,针对制动机内部部件繁多且工作状态复杂多变、实际运行工况下多种工作模式交互并动态地变化等特点造成的建模难题,基于流量方程、绝热过程方程以及理想气体状态方程建立受控阀、中继阀、高速电磁阀等基础气动模块的数学模型；在此基础上,根据DK-2制动机的气路结构和模块间耦合关系,使用机理分析方法推导制动机的自动制动和单独制动功能数学模型,并通过模型仿真和实际试验数据对比验证系统模型的准确性。 再次,在建立系统模型的基础上,针对DK-2制动机长期运转于冲击频繁、振动剧烈的恶劣环境,容易受外部干扰和模型不确定性影响的特点,设计鲁棒自适应诊断观测器,利用特殊坐标基(SCB)变换产生鲁棒残差,对外部干扰进行解耦,并根据模型不确定性变化特点设计时变的自适应阈值,实现制动机故障的准确检测,在保证故障检测概率的同时有效降低了干扰环境下的误诊率；对每个状态变量构建独立的残差,与自适应阈值相比较,得到每个状态变量的布尔向量值,进一步对照故障特征表实现制动机故障的有效隔离,并通过Matlab仿真验证了所提方法的有效性。 最后,根据诊断系统总体框架,采用分层组件化的结构给出了DK-2制动机故障诊断系统的软硬件实现,实现的系统已试用于安装在神华新型八轴电力机车上的DK-2制动机。列车在途运行的实际诊断结果验证了所研制诊断系统的实用性。图51幅,表13个,参考文献87篇
【关键词】：DK-2制动机 数学模型 故障诊断 鲁棒自适应观测器
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH165.3
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-21
• 1.1 研究背景及意义11-13
• 1.2 国内外研究现状13-18
• 1.2.1 故障诊断技术13-15
• 1.2.2 制动机故障诊断技术15-17
• 1.2.3 基于自适应观测器的故障诊断技术17-18
• 1.3 研究内容18-19
• 1.4 论文组织结构19-21
• 2 DK-2制动机故障诊断方案21-34
• 2.1 DK-2制动机工作原理21-28
• 2.1.1 DK-2制动机组成结构及制动原理分析21-25
• 2.1.2 DK-2制动机工作模式25-26
• 2.1.3 DK-2制动机系统功能26-28
• 2.2 DK-2制动机故障分析及诊断方法28-32
• 2.2.1 电气故障及诊断方法28-29
• 2.2.2 传感器故障及诊断方法29-30
• 2.2.3 气路故障及诊断方法30-32
• 2.3 DK-2制动机故障诊断方案32-33
• 2.4 本章小结33-34
• 3 DK-2制动机的系统功能数学模型34-53
• 3.1 气动部件的数学模型34-39
• 3.1.1 流体连续性方程的应用模型34-36
• 3.1.2 受控阀数学模型36-37
• 3.1.3 中继阀数学模型37-38
• 3.1.4 高速电磁阀的PWM控制数学模型38-39
• 3.2 基本部件数学模型处理39-40
• 3.3 自动制动功能数学模型40-46
• 3.3.1 数学模型建立41-45
• 3.3.2 仿真验证45-46
• 3.4 单独制动功能数学模型46-51
• 3.4.1 数学模型建立47-50
• 3.4.2 仿真验证50-51
• 3.5 本章小结51-53
• 4 基于鲁棒自适应观测器的DK-2制动机故障诊断53-73
• 4.1 基于鲁棒自适应观测器的气动模块故障诊断方案53-56
• 4.1.1 基于传统自适应观测器的故障诊断54-55
• 4.1.2 基于鲁棒自适应观测器的故障诊断55-56
• 4.2 鲁棒自适应观测器的设计56-61
• 4.2.1 鲁棒故障诊断观测器设计57-58
• 4.2.2 基于SCB变换的鲁棒残差产生58-59
• 4.2.3 自适应阈值设计59-61
• 4.3 鲁棒自适应观测器的故障检测与隔离61-65
• 4.3.1 鲁棒自适应观测器求解61-62
• 4.3.2 制动机故障隔离62-65
• 4.4 仿真与分析65-72
• 4.4.1 制动机故障检测与隔离算法离散化65-66
• 4.4.2 制动机自动制动功能故障诊断仿真验证66-69
• 4.4.3 制动机单独制动功能故障诊断仿真验证69-72
• 4.5 本章小结72-73
• 5 DK-2制动机故障诊断系统的实现73-87
• 5.1 诊断系统总体结构73-74
• 5.1.1 诊断系统的功能特点73
• 5.1.2 诊断系统的总体结构73-74
• 5.2 诊断系统硬件设计与实现74-78
• 5.2.1 CPU模块75
• 5.2.2 通信模块75-77
• 5.2.3 数据记录模块77-78
• 5.3 诊断系统软件设计与实现78-81
• 5.3.1 诊断系统软件框架78-80
• 5.3.2 诊断软件实现80-81
• 5.4 实例分析81-86
• 5.4.1 实验过程82-83
• 5.4.2 实验结果83-86
• 5.5 本章小结86-87
• 6 总结与展望87-89
• 6.1 总结87-88
• 6.2 展望88-89
• 参考文献89-95
• 附录1 图索引95-97
• 附录2 表索引97-98
• 附录3 DK-2制动机自动制动部分列车管压力实测数据98-99
• 附录4 DK-2制动机自动制动部分均衡风缸压力实测数据99-100
• 附录5 DK-2制动机单独制动部分制动缸压力实测数据100-101
• 附录6 DK-2制动机部分总风压力实测数据101-102
• 攻读学位期间主要的研究成果目录102-103
• 致谢103

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 刘沛东;刘豫湘;方长征;蒋廉华;;SS_(4B)型机车DK-2空气制动柜检测试验台设计[J];电力机车与城轨车辆;2012年03期

2 丁建波;欧长劲;骆芳;;JZ-7型机车制动机故障诊断系统[J];内燃机车;2007年08期

3 魏伟;赵旭宝;姜岩;张军;;列车空气制动与纵向动力学集成仿真[J];铁道学报;2012年04期

4 魏伟，张开文;列车空气制动系统的数学模型[J];西南交通大学学报;1994年03期

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本文编号：633664