[0044] 第一步：在制动开始时刻，从MVB信号中采集车辆过程数据，包括载荷Hii、制动力 请求值、车速，计算基准残差信号，并根据计算出的基准残差信号，设计基准残差发生器；
[0045] 其中，计算基准残差信号之前，还需要确定状态空间表达式，城轨列车制动系统的 状态空间表达式可以写为如下形式：
[0046]
【主权项】
1. 一种城轨列车制动系统故障诊断方法，其特征在于，包括以下步骤： 第一步：在制动开始时刻，从MVB信号中采集车辆过程数据，包括载荷ffli、制动力请求 值、车速，计算基准残差信号，并根据计算出的基准残差信号，设计基准残差发生器； 第二步：根据设计出的基准残差发生器，设计各子系统的残差发生器，并根据引理计算 各子系统的残差信号阈值； 第三步：根据控制信号与速度信号的值估计下一信号间隔的状态值以及制动力信号； 第四步：到达下一时刻，根据传感器信号计算估计值与实际值之间的残差信号； 第五步：计算一个时间窗口 s内的残差估计，以便减少误差； 第六步：对残差信号与信号阈值比较，超出则报警，否则回到第三步。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述计算基准残差信号之前，还包括： 确定状态空间表达式，所述状态空间表达式为：
Yi (k) =CiXi (k) +DiUi (k) +Fd； ^ (k) +Ff； (k) 其中，Xi (k) :k时刻第i节车厢制动系统状态变量，Ui(k) :k时刻气制动控制输入， d(k):空气阻力以及转向架轨道间的固有摩擦力，Aii, Bi, Etu, Efii :分别表示状态变量，控 制输入，固有摩擦力输入和故障输入对系统状态变化相关变量系数;Ai^子制动系统i和 子制动系统j之间的相互关系；C i, Di, Ftu, Fti :分别表示状态变量，控制输入，固有摩擦力 输入和故障输入对系统输出相关变量的系数，i=l，2，···，N，4幻, /(幻e/T。矩阵 N Aij (j=l, 2, ...，N，j关i)为第i节车厢与其前后车厢之间动量守恒的关系，Σ 4.x)(幻表 j:hM 示其他制动子系统对子系统i影响的状态变量。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据计算出的基准残差信号，设计基 准残差发生器，包括： 利用基准残差信号对整车制动系统设计基准残差发生器： x(k + 1) = Ax(k) + Bu(k) + Lii (y(k) - y(k)) y(k) = Cx(k) + Du(k) {k) = Wn{y{k)-y(k)) 其中U和Wtl的最优解满足下面的条件 max J (L.W)- max Il Grf(^)IL 其中 G1(Z) = WT1 +lk：(zi-A + LQ '(II1 -LF,) Gii (z) = WF1 + WC{zI -A + LQ 1 (E1 - LFi) 这里的〇i(Gf(z))是心⑴的非零奇异值。Wtl是列满秩矩阵H的左逆矩阵，并且满足 HH，=CXC' +FdF/，而（X，Ltl)是离散代数Riccati系统的稳定性解，即
动态的列车制动系统基准模型可表示为 e(k + \) = (A- Li}C)x(k) + (Ed - LnFil)d{k)^ (E1 - LnFj )j\k) rref(k) = W,{Cm + i\,d{k) +FjJXk)) 其中=jc(幻-对幻〇(幻：k时刻列车加速度信号； v(k) :k时刻列车速度信号；Ci (k) :k时刻第i节车厢列车空气制动输入；Xi (k) :k时刻 第i节车厢制动系统状态变量Wi (k) :k时刻第i节车厢制动系统输出变量，本发明实施例 中为信号系统中的制动力，YiGO=FiGO ; AM): k时刻第i节车厢制动系统状态变量估计 值；k时刻第i节车厢制动系统输出变量估计值；Ui (k) :k时刻气制动控制输入，在本 发明实施例中Ui (k) = {Ci(k)} ;f(k) :k时刻制动系统故障变量；d(k):空气阻力以及转向架 轨道间的固有摩擦力；Aii, Bi, Etu, Eti :分别表示状态变量，控制输入，固有摩擦力输入和故 障输入对系统状态变化相关变量系数;Au :子制动系统i和子制动系统j之间的相互关系； Q，Di, Fd;i，Fti :分别表不状态变量，控制输入，固有摩擦力输入和故障输入对系统输出相关 变量的系数A (k):子系统i的生成残差信号；rMf :系统整体的基准残差信号；Li :当i>0时 为子系统i的观察增益，当i=〇时表示系统整体的观测增益;Wi :当i>0时为子系统i的权 重矩阵，当i=〇时表示系统整体的权重矩阵；La i，Wtu :分别为Ltl与Wtl第i行构成的向量； Jtlu :子系统的残差信号故障报警阈值。
4.根据权利要求1一3任一项所述的方法，其特征在于，所述根设计各子系统的残差发 生器，包括： 对每一节车厢的制动子系统设计残差发生器： X.(k +1) = ArX-Xk) + Bu：{k) + 4〇λ(Α:) - V；(A:)) A(k) = CrHk) + DiUi(Ii) ⑷-无⑷） 可以看出此残差发生器的准确性依赖于Li与Wi的值。 令公式⑴可写成动态残差形式： ^k + ]) -L^ik)+ X AijXj^iEd -UF. ^dik) + ^,. -LiFlMik) T1 (k) =Wi (Ciei (k) +Fd； ^ (k) +Ff； (k)) Wi和Li (i=l，2,…，N)唯一确定了残差发生器形式，使得
动态的r(k)-rraf(k)的表示如下：
Bx,i=[〇 WiFii-W0iiFd WiFf,^W0iiFfJDx,,= [0 WiF4i-W0^iFd WiFti-W0iiFfIo
【专利摘要】本发明提供城轨列车制动系统故障诊断方法。是一种利用列车TCN网络中的车速信号，车辆载荷信号，车厢间测力车钩传感器进行城轨列车制动系统在途故障诊断的方法。首先对列车制动系统建立动力学模型与列车制动力残差模型，通过线性矩阵不等式（LMI）得到整列车的制动系统的基准残差信号的观测增益以及权重矩阵，进而求得各车厢的观测增益以及权重矩阵，通过标定阈值以支持残差发生器对制动子系统故障进行诊断。
【IPC分类】B60T17-18
【公开号】CN104724098
【申请号】CN201310711942
【发明人】刘光武, 贾利民, 庞绍煌, 秦勇, 潘丽莎, 季常煦, 苏钊颐, 余博, 陈刚, 巫红波, 吴敏, 游高祥, 陆慧莹, 刘兰
【申请人】广州市地下铁道总公司, 北京交通大学
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2013年12月20日