一种车载-地面辅助逆变器远程故障诊断系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于城轨列车安全技术领域，具体涉及一种城轨列车辅助逆变器特征提取 与状态辨识系统。
【背景技术】
[0002] 城市轨道交通迅猛发展的同时，其列车运营的安全问题也备受关注。作为一体化 的复杂运行系统，列车的状态和性能在运行过程中会不断的降低，从而逐渐形成安全隐患， 如果没有及时排除，可能就会引发事故。在实际运营过程中，列车故障导致的事故时有发 生。而目前我国轨道交通列车监测装备和技术发展相对滞后，故障信息的采集和保障技术 在纵向上各成系统、横向上彼此独立，缺乏一体化的列车监控、故障诊断和预警技术，不能 满足列车个性化维修方案的支持，而且检修效率低下，严重影响列车运输能力。
[0003] 在城轨列车运营过程中，辅助逆变器较严重的故障将影响其正常运营，需要清客 或者到终点站后需退出运营，已经成为阻碍城轨列车正常安全运营的重要影响因素之一。 现有技术中的逆变装置故障诊断方法大多针对采集的原始数据直接进行分析诊断，而实际 上，由于列车在运行过程中时常处于不稳定运行，这种不稳定运行往往对逆变设备产生干 扰，进而导致设备的诊断结果可能由列车运行不稳定造成，而不是由于设备自身故障造成， 因此使得传感器采集到的逆变设备的监测数据不能直接用来诊断分析，这种干扰大大降低 了现有故障诊断技术的精度。
【发明内容】
[0004] 本发明基于以上问题，针对现有城轨列车辅助逆变器故障诊断技术的不足，目的 是排除列车运行不稳定导致的设备数据异常情况，使诊断装置得到的数据能真实反映设备 状态，提高诊断精度。本发明提供的车载-地面辅助逆变器远程故障诊断系统，为城轨列车 正常运营提供了技术保障，具体采用如下技术方案：
[0005] 车载-地面辅助逆变器远程故障诊断系统，其包括:车载无线发射模块，其包括无 线传输装置，所述车载无线发射模块用于将故障诊断结果发送至远程地面数据服务端及车 载显示模块;车载显示模块，其用于接收车载无线发射模块通过以太网无线传输的故障诊 断结果，并将诊断结果通过显示屏展示;信号采集模块，其用于采集辅助逆变器监测数据； 系统还包括:数据预处理模块、故障诊断模块、数据存储模块，其中，数据预处理模块包括 前置放大器、抗混叠低通滤波器、采样/保持电路和多路模拟开关、程控放大器、A/D转换器 和逻辑控制电路;信号采集模块将采集的数据传递给前置放大器，经前置放大器处理后的 数据依次经过抗混叠低通滤波器、采样/保持电路和多路模拟开关、程控放大器、A/D转换 器，A/D转换器将预处理后的数据传递到故障诊断模块;逻辑控制电路与前置放大器、抗混 叠低通滤波器、采样/保持电路和多路模拟开关、程控放大器、A/D转换器、故障诊断模块均 电性连接;故障诊断模块包括扩展卡尔曼滤波器、检验器、运算器、修正器、故障存储器、故 障结果生成器;故障诊断模块接收到经预处理的数据后，依次进行如下步骤：（i)扩展卡尔 曼滤波器对数据进行降噪，然后将降噪后的数据发送给运算器；（ii)运算器对降噪后的数 据进行计算，计算出其预定时间段内的变化幅值，将变化幅值大于第一阈值的时间节点记 录下来，并将所述时间节点对应的数据存储到故障存储器中；（iii)运算器统计计算故障存 储器中数据的分布，并将相对于分布的中间值的偏差值大于第二阈值的数据提取出来，将 提取出的数据发送给故障结果生成器；（iv)故障结果生成器将接收到的运算器的数据首先 分解为一系列模态函数之和，然后对分解的模态函数提取能量矩，最后将能量矩输入BP神 经网络，最终得出故障诊断结果。
[0006] 优选地，步骤(iv)中的分解模态函数过程具体如下：
[0007] (1)确定数据所有的局部极值点，然后采取三次样条线将所有局部极大、极小值点 连接起来，形成上包络线与下包络线；
[0008] (2)上包络线与下包络线的均值记为m(t)，然后由降噪后的信号x(t)与均值m(t) 求出hi(t)，hi(t) = x(t)_mi(t);
[0009] (3)如果hKt)不满足模态函数条件，把hKt)作为原始数据，并且重复步骤（1)~ (2)，得上下包络的均值11111(1:)，则1111(1:)=111(1:)1111(1:) ;
[0010] 若hn⑴仍不满足模态函数条件，则重复循环k次，直至hlk(t)满足条件，将x(t)的 第一个模态分量记为Ci(t)，ci(t)=hik(t);
[0011 ] (4)将ci(t)从x(t)中分离得到ri(t) :ri(t) =x(t)_ci(t);
[0012]将。(〇作为新的原始数据重复以上步骤，得到x(t)的第2个模态分量c2(t)，重复 η次得到rn(t)为一个单调函数不能再从中提取模态分量时结束;则降噪后的信号x(t)最终 分解为一系列模态函数之和：
[0014]优选地，，步骤(iv)中的能量矩提取过程具体如下：
[0015] 1)根据如下公式算出相应能量矩Ei A,…Em:
[0017] 其中m是总米样点数，k是米样点，At是米样周期；
[0018] 2)构造特征向量T:
[0019] Τ=[Ει E2 ··· Em],
[0020] 对T进行归一化处理，归一化后，相应特征向量T '为：
[0021] Τ，= [Ει/Ε Ε2/Ε …Em/E]，
[0023] 优选地，若诊断结果为有故障，故障生成器一方面通过显示屏实时报警并将诊断 结果传输至数据存储器，另一方面将故障信息通过以太网传至车载显示终端及地面中心。
[0024] 优选地，若诊断结果为没有故障，而检验器却检测到逆变器已经出现了故障，则修 正器基于故障存储器中的存储数据修正第一阈值和第二阈值;若诊断结果为没有故障，且 检验器没有检测到逆变器出现异常，则修正器不进行第一阈值和第二阈值的修正。
[0025] 优选地，无线传输装置包括数据库、调制器以及各无线节点，无线节点将诊断结果 数据通过调制器发送给数据库。
[0026] 本发明具有如下有益的技术效果：
[0027] (1)经过预处理器和故障诊断器中的运算器的处理，排除了列车运行导致辅助逆 变设备的监测数据波动的干扰，提高了故障诊断精度。
[0028] (2)采用首先将排除干扰的数据分解为模态函数，再提取能量矩，最后将能量矩导 入神经网络的诊断方法，提高了故障诊断精度。
[0029] (3)当出现诊断结果与实际不符时，立即修正判断条件直至诊断结果与实际相符， 为诊断流程提供可靠保障。
[0030] (4) -方面通过显示屏实时报警；另一方面原始数据和诊断结果通过车载无线传 输平台定期下传至地面;方便在地面中心分析层会对下传至地面的原始数据进行更为详细 的分析。
【附图说明】
[0031] 图1是本发明系统的结构组成图。
[0032] 图2是本发明数据预处理模块结构组成图。
[0033] 图3是本发明故障诊断系统流程图。
[0034] 图4是模态函数分解流程图。
[0035] 图5是神经网络故障诊断流程图。
【具体实施方式】
[0036] 车载-地面辅助逆变器远程故障诊断系统包括车载无线发射模块、车载显示模块、 信号采集模块、信号预处理模块、故障诊断模块、数据存储模块，信号采集模块用于采集辅 助逆变器监测数据。辅助逆变器故障诊断模块通过采集电压、电流传感器获得辅助逆变器 监测数据，并对数据进行诊断分析，实现故障辨识、故障等级分类，得出诊断结果，将原始数 据和诊断结果进行打包和缓存，通过以太网传出，然后通过无线通道传送给地面数据中心。 具体结构如图1所