基于安全域的列車關(guān)鍵設(shè)備服役狀態(tài)辨識(shí)與預(yù)測(cè)方法研究.pdf

1、安全是軌道交通永恒的主題，尤其是在軌道交通事業(yè)集中建設(shè)和高速發(fā)展的全盛時(shí)期，安全問題更是全社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)。軌道交通列車的正常服役是保障軌道交通系統(tǒng)安全高效運(yùn)營的必要條件，而軌道交通列車能否正常運(yùn)行直接取決于其中的運(yùn)行安全關(guān)鍵設(shè)備的服役狀態(tài)。但是，我國現(xiàn)有的軌道交通列車及其運(yùn)行安全關(guān)鍵裝備在線服役狀態(tài)的辨識(shí)、預(yù)測(cè)、診斷和控制技術(shù)和手段遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足軌道交通系統(tǒng)動(dòng)態(tài)化系統(tǒng)化的主動(dòng)安全保障需求。針對(duì)這一重大問題，急需研究并提出系統(tǒng)化的列車運(yùn)行安

2、全關(guān)鍵設(shè)備服役狀態(tài)辨識(shí)和預(yù)測(cè)的方法。鑒于此，本文在進(jìn)行了如下研究工作:
　　1.在了解分析列車關(guān)鍵設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)、安全域估計(jì)理論和方法等相關(guān)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，參考借鑒相關(guān)領(lǐng)域的已有成果，系統(tǒng)地提出了基于安全域理論的列車運(yùn)行安全關(guān)鍵設(shè)備服役狀態(tài)辨識(shí)方法。闡述了安全域的基本概念和內(nèi)涵，說明了基于安全域估計(jì)進(jìn)行狀態(tài)辨識(shí)的基本原理;提出了基于安全域估計(jì)理論的狀態(tài)辨識(shí)方法框架，給出了方法實(shí)施的通用步驟，并針對(duì)方法實(shí)現(xiàn)中的邊界估計(jì)這一關(guān)

3、鍵技術(shù)問題，根據(jù)研究對(duì)象是否便于建立數(shù)據(jù)模型提出了兩條并行的技術(shù)路線:基于模型的邊界估計(jì)技術(shù)和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的邊界估計(jì)技術(shù);對(duì)于本文使用的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的邊界估計(jì)技術(shù)實(shí)現(xiàn)，提出了采用支持向量機(jī)的方法，并根據(jù)狀態(tài)辨識(shí)需求給出了二分類的和多分類的支持向量機(jī)算法。
　　2.在基于安全域估計(jì)理論的狀態(tài)辨識(shí)方法框架的基礎(chǔ)上，提出了一種面向?qū)崟r(shí)狀態(tài)特征的安全域狀態(tài)辨識(shí)方法。該方法在狀態(tài)特征提取方面，首先采用了較新穎的局部均值分解方法將數(shù)字信號(hào)分解為多個(gè)分

4、量，然后計(jì)算了信號(hào)分量的直接時(shí)域特征以及基于能量和熵的兩類實(shí)時(shí)狀態(tài)特征指標(biāo);以列車滾動(dòng)軸承作為實(shí)例，分別利用不同工況環(huán)境下的數(shù)據(jù)對(duì)算法的辨識(shí)精度、魯棒性和實(shí)時(shí)性進(jìn)行了全面測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明基于實(shí)時(shí)狀態(tài)特征的狀態(tài)辨識(shí)方法的計(jì)算效率很高，而辨識(shí)精度和抗干擾性能方面表現(xiàn)一般。
　　3.從基于數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分布特性提取狀態(tài)特征方面考慮，提出了面向統(tǒng)計(jì)狀態(tài)特征的安全域狀態(tài)辨識(shí)方法。首先清晰地給出了基于統(tǒng)計(jì)狀態(tài)特征提取和支持向量機(jī)的狀態(tài)辨識(shí)方法，

5、詳細(xì)敘述了其實(shí)現(xiàn)步驟;然后，針對(duì)方法步驟中的統(tǒng)計(jì)狀態(tài)特征提取問題，細(xì)致地闡述了基于主成分分析的統(tǒng)計(jì)狀態(tài)特征提取方法;仍以列車滾動(dòng)軸承作為實(shí)例，通過不同工況環(huán)境下的多組實(shí)驗(yàn)仿真，測(cè)試了方法的辨識(shí)精度、魯棒性和實(shí)時(shí)性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明基于統(tǒng)計(jì)狀態(tài)特征的狀態(tài)辨識(shí)方法具有極高的辨識(shí)精度和優(yōu)越的魯棒性，但該方法計(jì)算負(fù)擔(dān)大執(zhí)行效率低，實(shí)時(shí)性方面表現(xiàn)一般;最后簡要介紹了作者參與的國家863重點(diǎn)項(xiàng)目中關(guān)于安全域狀態(tài)辨識(shí)方法的現(xiàn)場應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作。

6、　　4.基于列車運(yùn)行安全關(guān)鍵設(shè)備服役狀態(tài)辨識(shí)方法的研究結(jié)果，進(jìn)一步對(duì)基于狀態(tài)監(jiān)測(cè)的剩余壽命預(yù)測(cè)問題進(jìn)行了探討。敘述了幾類常用的基于狀態(tài)監(jiān)測(cè)的剩余壽命預(yù)測(cè)方法，給出了各類方法的基本原理、優(yōu)缺點(diǎn)和適應(yīng)環(huán)境;詳細(xì)討論了能夠同時(shí)融合可靠性信息和狀態(tài)監(jiān)測(cè)信息的比例風(fēng)險(xiǎn)模型，對(duì)基于比例風(fēng)險(xiǎn)模型的剩余壽命預(yù)測(cè)方法進(jìn)行了詳細(xì)闡述;基于滾動(dòng)軸承的全壽命振動(dòng)數(shù)據(jù)，進(jìn)行了試驗(yàn)仿真，結(jié)果表明，相對(duì)于僅依靠狀態(tài)監(jiān)測(cè)信息的剩余壽命預(yù)測(cè)方法來說，本文提出的基于統(tǒng)計(jì)狀