一种基于故障隔离与恢复算法的机车速度计算方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及机车控制领域，尤其涉及一种基于故障隔离与恢复算法的机车速度计 算方法。
【背景技术】
[0002] 随着轨道交通运输的飞速发展，特别是轨道货运领域对高速重载的要求越来越 高，相应的对车辆速度的要求随之提高。准确的车辆速度可以应用到牵引控制、故障诊断和 隔离，安全保护控制和显示系统等领域。
[0003]目前轨道交通系统中，目前计算轨道交通车辆速的方法处在以下几种：
[0004] 1、利用动力轴速度传感器速度简单的取综合速度，在各个动力轴设置速度传感 器，采集各个轴的速度信号，对采集的几个速度信号进行处理，通过取平均值或者最大值 (最小值）做综合速度，作为轨道交通车辆速度的基准速度，如图1所示。但该方法由于角 速度传感器本身的误差、由于存在空转或滑行现象造成信号不准确等原因造成机车速度不 准确。
[0005] 2、利用雷达计算机车的速度，在轨道交通车辆上安装雷达装置，雷达发出微波遇 到阻挡后微波折返，即回波，对回波进行傅里叶变换可以得到回波频谱，确定该频谱重心对 应频率，通过公式计算得到轨道交通车辆运行速度。但该方法存在需要额外加装雷达装置， 增加成本，同时，在速度较低的情况下，会因信号不准确而影响机车速度的测算。
[0006] 3、利用GPS卫星定位系统计算机车的速度，需要在机车上安装GPS系统，通过GPS定位确定位置信息，再进一步的通过位置信息和时间确定轨道交通车辆速度。但该方法需 要额外加装GPS设备，且会因GPS信号的不稳定，或者是GPS信号的盲区造成机车速度不准 确。
[0007] 4、利用惯性导航设备计算机车的速度，通过惯性导航设备获取机车的加速度信 号，再通过积分的方式获取机车的速度，但该方法也需要额外加装设备，同时会因积分累积 误差而产生机车速度误差。
[0008] 因此，在不增加成本的基础上，利用列车现有的设备，研究出一种可有效排除各种 误差的干扰，能够准确反映机车真实速度的计算方法，具有重要的现实意义。
【发明内容】
[0009] 本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一 种无需加装设备，仅在现有设备的基础上，能够有效排除因电磁环境、震动、传感器故障、以 及车轮空转或滑行对车辆速度计算产生的干扰，低成本，高精度的基于故障隔离与恢复算 法的机车速度计算方法。
[0010] 为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种基于故障隔离与恢复算法 的机车速度计算方法，包括如下步骤：
[0011] S1.获取车轮的速度、车轮的故障参数、车轮的可信参数和机车的工况状态；
[0012]S2.通过车轮的故障参数判断正常车轮的数目是否大于预设的车轮个数门槛值， 大于则跳转到步骤S4,否则跳转到步骤S3;
[0013] S3.根据机车的工况状态以最大最小值方法计算机车的速度，跳转到步骤S5 ;
[0014]S4.通过极大似然比算法计算机车的速度，跳转到步骤S5;
[0015]S5.重新判定车轮的故障参数，进行故障隔离或恢复。
[0016] 作为本发明的进一步改进，所述步骤S1中车轮的速度通过如式（1)所示的公式计 算，
[0017]
⑴
[0018] 式⑴中，vwtref；1为被测车轮的速度，ω为被测车轮的角速度，rwtref；1为被测车轮的 半径，kradlcl为被测车轮的传动比；
[0019] 所述车轮的故障参数将车轮分为正常车轮和故障车轮，车轮的可信参数将车轮分 为可信车轮和不可信车轮，在初始状态下故障参数均为正常，可信参数均为可信；机车的工 况状态为牵引状态或制动状态。
[0020] 作为本发明的进一步改进，所述步骤S3的具体步骤包括：判断机车的工况状态， 当机车工作在牵引状态时，以正常车轮速度的最小值为机车的速度，当机车工作在制动状 态时，以正常车轮速度的最大值为机车的速度。
[0021] 作为本发明的进一步改进，所述步骤S4的具体步骤包括：
[0022] S4. 1.以所有正常车轮的速度为元素，生成机车的速度向量Z;
[0023] S4. 2.计算机车速度的奇偶向量，如式⑵所示：
[0024]p=VZ(2)
[0025] 式⑵中，p为机车速度的奇偶向量，V为预设的满秩矩阵，Z为由机车的速度向 量；
[0026]S4. 3.计算机车的速度向量的可信度DFd，如式（3)所示，
[0027] DFd=pT(VVT)'p(3)
[0028] 式（3)中，DFd为机车的速度向量的可信度，p为机车速度的奇偶向量，V为预设的 满秩矩阵；
[0029]S4. 4.判断速度向量的可信度DFd是否大于预设的门槛值，大于则判定机车的速度 向量不可信，跳转至步骤S4. 5,否则判定机车的速度向量可信，判定机车的速度向量中各元 素均为可信元素，跳转至步骤S4. 6;
[0030] S4. 5.计算速度向量中各元素的可信度，如式（4)所示，
[0031]
(4)
[0032] 式（4)中，0匕为机车速度向量Z中第j个元素的可信度，p为机车速度的奇偶向 量，V为预设的测量满秩矩阵，V]为矩阵V的第j列；
[0033] 判定组成速度向量的各元素中可信度值最大的元素为不可信元素，判定其它元素 为可信元素；
[0034] S4. 6.通过计算速度向量中各可信元素的平均值，求得机车速度，如式（5)所示，
[0035]
(5)
[0036] 式（5)中，Vlc]。。为机车速度，vltellTC为速度向量中的可信元素，N为速度向量中可 信元素的个数；
[0037] S4. 7.将速度向量中可信元素对应车轮的可信参数设置为可信，将不可信元素对 应车轮的可信参数设置为不可信。
[0038] 作为本发明的进一步改进，所述步骤S5的具体步骤包括：
[0039] S5. 1.获取车轮对应驱动电机的力矩；
[0040] S5. 2.通过所述车轮的故障参数判断车轮是否为故障车轮，为故障车轮跳转到步 骤S5. 3,为正常车轮跳转至步骤S5. 8 ;
[0041] S5. 3.判断所述故障车轮的速度与机车速度之差是否大于预设的速度门槛值，大 于则跳转至步骤S5. 14 ;否则跳转至步骤S5. 4 ;
[0042] S5. 4.判断所述故障车轮对应驱动电机的力矩是否大于预设的力矩门槛值，是则 判定所述故障车轮速度正常，跳转至步骤S5. 5,否则跳转至步骤S5. 14 ;
[0043] S5. 5.判断所述故障车轮速度正常的持续时间是否大于预设的门槛值，是则跳转 至步骤S5. 6,否则跳转至步骤S5. 7 ;
[0044] S5. 6.将所述故障车轮的故障参数设置恢复为正常车轮，跳转至步骤S5. 14 ;
[0045] S5. 7.修改所述故障车轮的计时器，更新所述故障车轮速度正常的持续时间，跳转 至步骤S5. 15 ;
[0046] S5. 8.通过所述车轮的可信参数判断所述车轮是否为可信车轮，为不可信车轮则 跳转至步骤S5. 9,为可信车轮则跳转至步骤S5