一种机车温度传感器故障诊断及容错估计方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及机车故障诊断技术领域，尤其涉及一种机车温度传感器故障诊断及容 错估计方法。
【背景技术】
[0002] 在机车传动控制系统中，温度是表征设备工作环境与状态的一个重要指标，如牵 引变压器油温、牵引变流器水冷系统的水口温度传感器、牵引电机温度等。如果温度过高， 机车需采取减功率运行、分主断等保护动作，以保证设备的安全运行。由于机车运行过程中 的强烈振动甚至检修等原因，都有可能导致传感器故障（如断线、短路、反接等）情况。温 度传感器发生故障时，传感器测量值将偏离真实值，如果该测量值与真实值相比偏高，则将 会导致系统误动作，影响机车的正常运用；如果该测量值与真实值相比偏低，则将导致系统 漏动作，也对机车设备造成损害。
[0003] 目前对于温度传感器的故障诊断通常均是基于简单的超限判断原理，即当采集到 的温度值不处于有效范围内则认为传感器发生故障。该类方法仅能实现简单的是否发生故 障判断，而无法对所发生的具体故障进行准确定位，若需要获取温度真实值则需要在解除 故障后重新进行测定，从而限制了故障诊断的有效性和系统的可用性。
【发明内容】
[0004] 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 种实现操作简单，能够自动诊断温度传感器的故障，同时实现故障工况的准确定位以及温 度真实值的重构或估计的机车温度传感器故障诊断及容错估计方法。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
[0006] -种机车温度传感器故障诊断及容错估计方法，步骤包括：
[0007] 1)预先在机车中待诊断温度传感器处于不同故障工况时检测预设范围内温度，分 别获取通过温度采集电路采集到的温度测量值；根据各所述温度测量值建立故障工况与温 度测量值之间的对应关系、以及各故障工况下温度测量值与温度真实值之间的关系模型；
[0008] 2)实时获取待诊断温度传感器的当前温度测量值；判断当前温度测量值是否为 有效检测值，如果是，则诊断为处于正常状态，将当前温度测量值作为温度真实值输出；否 则诊断为处于故障状态，转入执行步骤3);
[0009] 3)根据所述对应关系定位当前温度测量值所对应的故障工况，并根据所述关系模 型重构或估计出当前温度真实值。
[0010] 作为本发明的进一步改进：所述故障工况包括所述待诊断温度传感器与温度采集 电路之间的电源输入两端、温度信号传输两端中，一端故障或其中两端同时故障。
[0011] 作为本发明的进一步改进：所述步骤1)中关系模型的建立时，若目标故障工况下 所述温度测量值与温度真实值呈线性关系，则通过将目标故障工况下不同温度时的温度测 量值进行曲线拟合，建立目标故障工况的线性关系模型。
[0012] 作为本发明的进一步改进：所述曲线拟合具体采用最小二乘算法。
[0013] 作为本发明的进一步改进，当所述待诊断温度传感器为检测机车牵引变流器水冷 系统的温度传感器时，所述步骤1)中建立故障工况与温度测量值之间的对应关系包括：不 同温度时温度测量值呈线性关系，对应为所述电源输入两端中负端断线故障，或对应为所 述温度信号传输两端中负端断线故障，或对应为所述电源输入两端反接故障。
[0014] 作为本发明的进一步改进，所述步骤1)中建立故障工况与温度测量值之间的对 应关系还包括：不同温度时温度测量值接近为最大温度模数转换正值，对应为所述电源输 入两端中负端、温度信号传输两端中负端同时断线故障；不同温度时温度测量值接近为最 大温度模数转换负值，对应为所述电源输入两端中负端、温度信号传输两端中正端同时断 线故障。
[0015] 作为本发明的进一步改进，所述步骤1)中建立故障工况与温度测量值之间的对 应关系还包括：不同温度时温度测量值接近为零值，对应为所述电源输入两端中正端断线 故障，或对应为所述温度信号传输两端中正端断线故障，或对应为所述电源输入两端中负 端、温度信号传输两端中正端同时断线故障，或对应为所述温度信号传输两端同时断线、短 路中一种故障，或对应为所述电源输入两端短路故障。
[0016] 作为本发明的进一步改进，所述步骤2)中判断当前温度测量值是否为有效检测 值的具体步骤为：
[0017] 2. 1)根据待诊断温度传感器所需检测的温度范围计算温度测量值的有效范围；
[0018] 2. 2)判断当前温度测量值是否在所述温度测量值的有效范围内，如果是，则判定 为有效检测值，否则判定不是有效检测值。
[0019] 作为本发明的进一步改进，所述步骤3)中根据所述关系模型重构或估计出对应 的温度真实值的具体步骤为：
[0020] 3. 1)根据当前温度测量值所确定的故障工况获取对应的关系模型，判断所述关系 模型是否为线性，如果是，转入执行步骤3. 2)，否则转入执行步骤3. 3);
[0021] 3. 2)根据所述关系模型重构出当前温度测量值对应的温度真实值；
[0022] 3. 3)获取待诊断温度传感器在正常状态时的历史温度测量值，根据所述历史温度 测量值估计出当前温度真实值。
[0023] 作为本发明的进一步改进：所述步骤3. 3)具体通过灰度模型估计出当前温度真 实值。
[0024] 与现有技术相比，本发明的优点在于：
[0025] 1)本发明中根据温度传感器所需检测的温度范围确定温度测量值的有效范围，在 获取到温度测量值时首先进行有效性判断，以诊断温度传感器是否发生故障，若诊断为正 常状态，则输出温度测量值；若诊断发生故障，则进行具体故障工况定位以及温度真实值的 重构或估计，实现操作简单，不需要增加任何硬件成本即可实现温度传感器的故障诊断以 及容错估计，提高了故障诊断的有效性以及可用性；
[0026] 2)本发明预先获取不同故障工况下的故障样本数据，利用不同故障工况下的温度 信号特性建立故障工况与温度测量值之间的对应关系，由对应关系建立每种故障工况的故 障判定规则，在发生故障时，则可通过故障判定规则直接判断故障工况的类别，实现具体故 障源的准确定位，从而提高故障诊断的准确性；
[0027] 3)本发明通过对各故障工况下的故障样本数据进行分析，建立各故障工况下温度 测量值与温度真实值之间的关系模型，由关系模型重构或估计出温度真实值以进行控制和 保护，实现温度传感器故障的容错估计，从而提高系统的可用性；
[0028] 4)本发明中当故障工况对应的温度测量值与温度真实值之间呈线性关系时，则可 直接通过预先建立的线性关系模型重构出温度真实值；当不呈线性关系时，则利用温度传 感器在正常状态下得到的历史数据估计出温度真实值，从而使得在各种故障工况下均能够 通过重构或估计获得温度真实值，进一步提供系统的可用性。
【附图说明】
[0029] 图1是本实施例机车温度传感器故障诊断及容错估计方法的实现流程示意图。
[0030] 图2是本实施例机车温度传感器故障诊断及容错估计方法的实现原理示意图。
[0031] 图3是本实施例中温度采集电路以及温度测量值获取的原理示意图。
[0032] 图4是本发明具体实施例中不同温度时各工况下温度测量值的变化曲线结果示 意图。
[0033] 图5是本发明具体实施例中各工况下温度测量值范围的结果示意图。
【具体实施方式】
[0034] 以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而 限制本发明的保护范围。
[0035] 如图1、2所示，本实施例机车温度传感器故障诊断及容错估计方法，步骤包括：
[0036] 1)预先在机车中待诊断温度传感器处于不同故障工况时检测预设范围内温度，分 别获取通过温度采集电路采集到的温度测量值；根据各温度测量值建立故障工况与温度测 量值之间的对应关系、以及各故障工况下温度测量值与温度真实值之间的关系模型；
[0037] 2)实时获取待诊断温度传感器的当前温度测量值；判断当前温度测量值是否为 有效检测值，如果是，则诊断为处于正常状态，将当前温度测量值作为温度真实值输出；否 则诊断为处于故障状态，转入执行步骤3);
[0038] 3)根据对应关系定位当前温度测量值所对应的故障工况，并根据关系模型重构或 估计出当前温度真实值。
[0039] 本实施例预先获取不同故障工况下的故障样本数据，由故障样本数据的温度信 号特征分析得到故障工况与温度测量值之间的对应关系，则由该对应关系可建立用于判 断故障工况的故障样本知识库，故障样本知识库中包含有不同故障工况的判断规则，在发 生故障时，通过基于判断规则的专家诊断来判断故障工况的类别，实现具体故障源的准 确定位，从而提高故障诊断的准确性