轨道高低不平顺动态检测系统的设计与实现

发布时间：2017-04-03 09:08

  本文关键词：轨道高低不平顺动态检测系统的设计与实现，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着高铁技术的成熟和发展,中国的主要轨道线路已经逐渐被高铁所替代。然而机车速度的不断提高对轨道的平顺性要求更为严格,尤其是轨道高低不平顺,理论研究和工程实践已经证明,轨道高低不平顺是引起机车车辆产生振动、引起轮轨作用力增大、导致行车速度受限的主要因素。目前大多数小型轨道检测设备采用弦测法对轨道高低不平顺进行检测,并基于频率采样法设计相应的FIR逆滤波器来对弦测的畸变波形进行复原,计算量较大,而且忽略了预处理过程对复原精度的影响,导致轨道高低不平顺检测系统的实时性和准确性不高。为了真实反映轨道的高低不平顺情况,本文在中央国有资本经营预算支出项目“钢轨高效轻量化铣磨作业系统产业化”的背景下,研究轨道高低不平顺检测方法和轨道高低不平顺信号的数据处理技术。本文研究内容主要包括：1)搭建轨道高低不平顺数据采集实验平台,获取轨道高低不平顺数据,为后续检测信号的数据处理算法研究提供可靠的实验数据。2)从检测信号的采集、预处理、数字滤波处理等3方面研究了轨道高低不平顺的检测与数据处理方法。在轨道高低不平顺信号的数据预处理过程中,针对信号非线性趋势项,提出了一种基于小波变换的稀疏最优化方法(WT-SO:Wavelet Transform-Sparse Optimization)。该方法通过设置两个边界约束条件,求取l1范数稀疏最优解重构信号趋势项。在检测信号的复原阶段,基于最小二乘法设计FIR逆滤波器复原畸变波形。它只关注于关键频率点处的幅频响应与脉冲响应的对称性,不用考虑相频响应的计算,较频率采样法更为简单方便。3)根据钢轨打磨的测量及评价标准BS EN 13231-3：2006,设计FIR滤波器,将检测信号分解为波长范围在30-100mm,100-300mm,300-1000mm的信号,结合移动波深幅值有效值平均值(RMS:Root mean square)和移动波深幅值峰-峰平均值(PPR:Moving average of peak-to-peak amplitude)评价该段轨道的高低不平顺情况。将轨道高低不平顺检测系统的检测数据与钢轨波磨尺的静态检测数据进行对比,通过比较各波长范围窗内移动波深幅值有效值平均值RMS,验证了检测系统检测结果准确性。
【关键词】：高低不平顺 趋势项 稀疏最优化 弦测法 逆滤波
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U216.3;TP274
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 选题的背景与意义10-11
• 1.2 轨道不平顺检测概述11-15
• 1.2.1 轨道不平顺类型及特征描述11-12
• 1.2.2 轨道高低不平顺检测技术研究现状12-14
• 1.2.3 轨道高低不平顺检测数据处理技术研究现状14-15
• 1.3 本文研究内容及结构安排15
• 1.4 本章小结15-16
• 第二章 轨道高低不平顺检测与数据处理方法研究16-31
• 2.1 惯性基准法原理16-17
• 2.2 弦测法原理17-20
• 2.3 逆滤波原理及fir数字滤波器设计方法20-25
• 2.3.1 逆滤波原理20-21
• 2.3.2 FIR数字滤波器设计理论基础及设计方法研究21-24
• 2.3.3 基于频率采样法的FIR逆滤波器设计24-25
• 2.3.4 频率采样法复原高低短波不平顺时的问题25
• 2.4 最小二乘法处理高低短波不平顺25-29
• 2.4.1 最小二乘法简介25-26
• 2.4.2 基于最小二乘的FIR逆滤波器设计方法26
• 2.4.3 轨道高低不平顺模拟波形构造26
• 2.4.4 高低长波不平顺波形复原及精度比较26-28
• 2.4.5 高低短波不平顺波形复原精度比较28-29
• 2.5 本章小结29-31
• 第三章 趋势项的提取方法31-41
• 3.1 基于最小二乘原理的趋势项提取方法31-32
• 3.2 基于经验模态分解算法的趋势项提取方法32-33
• 3.3 基于小波变换的稀疏最优化趋势项提取方法33-40
• 3.3.1 小波变换33-34
• 3.3.2 稀疏表示与稀疏最优解34-35
• 3.3.3 WT-SO法具体步骤35-37
• 3.3.4 仿真数据分析37-39
• 3.3.5 实测轨道高低不平顺数据分析39-40
• 3.4 本章小结40-41
• 第四章 轨道高低不平顺检测系统设计41-51
• 4.1 硬件设计42-45
• 4.1.1 机械部分42
• 4.1.2 数据采集与传输部分42-45
• 4.2 软件设计45-50
• 4.2.1 数据采集46-47
• 4.2.2 数据预处理47-48
• 4.2.3 弦测法与逆滤波复原48
• 4.2.4 波形分解与不平顺评价48-50
• 4.3 本章小结50-51
• 第五章 实测数据分析51-56
• 5.1 实验方法51
• 5.2 实测数据分析过程51-55
• 5.3 本章小结55-56
• 总结与展望56-58
• 1、研究总结56
• 2、工作展望56-58
• 参考文献58-62
• 致谢62-63
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术成果63-64
• 附录B 攻读学位期间所参与的科研项目64

  本文关键词：轨道高低不平顺动态检测系统的设计与实现，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：284059