基于分形與奇異譜分析的高速列車安全狀態(tài)識別方法研究.pdf

1、高速列車在長期服役過程中，其安全性態(tài)將發(fā)生變化，利用傳感器監(jiān)測到海量的列車振動數(shù)據(jù)，這些振動數(shù)據(jù)蘊含著大量的列車狀態(tài)信息，能夠反映列車的運行狀態(tài)。如何有效利用這些長期跟蹤獲得的監(jiān)測數(shù)據(jù)，進而提取出能夠表征高速列車運行狀態(tài)的特征參數(shù)，對高速列車運行狀態(tài)進行反演和識別具有重要意義。因此，針對高速列車，本文提出基于分形與奇異譜分析的高速列車安全狀態(tài)識別方法，提取出能夠反映列車狀態(tài)信息的特征參數(shù)，來實現(xiàn)高速列車安全狀態(tài)的識別。主要完成了以下研究

2、工作:
　　1.分析了容量維數(shù)、信息維數(shù)、關(guān)聯(lián)維數(shù)、Hausdorff維數(shù)四種比較常見的分形維數(shù)特征的提取，比較分析了分形維數(shù)特征對列車各種故障的敏感程度以及穩(wěn)定性程度，結(jié)果表明分形維數(shù)可以表征高速列車的故障狀態(tài)，并具有一定的穩(wěn)定性。
　　2.根據(jù)多重分形理論，分析了高速列車振動信號具有多重分形特性，提取了廣義維數(shù)譜參數(shù)、質(zhì)量指數(shù)譜參數(shù)、多重分形奇異譜參數(shù)特征，構(gòu)成高維特征矢量，最后采用支持向量機實現(xiàn)高速列車正常、空氣彈簧失

3、效、橫向減振器失效、抗蛇行減振器失效、空氣彈簧失效+橫向減振器失效、空氣彈簧失效+抗蛇行減振器失效、橫向減振器失效+抗蛇行減振器失效七種工況的狀態(tài)識別。
　　3.為了更好的凸顯高速列車振動信號的分形特性，根據(jù)多重分形去趨勢波動分析(MF-DFA)理論，分析了高速列車振動信號的多重分形特性，提取了廣義Hurst指數(shù)譜參數(shù)、質(zhì)量指數(shù)譜參數(shù)、多重分形奇異譜參數(shù)特征，構(gòu)成高維特征矢量。分別通過Relief算法、馬氏距離、Fisher比率三

4、種準則對原始特征集合進行排序，對三種特征排序結(jié)果進行加權(quán)平均獲得融合的特征選擇結(jié)果，并選取最優(yōu)特征子集輸入支持向量機進行狀態(tài)識別。實驗結(jié)果表明，基于MF-DFA方法的高速列車安全狀態(tài)識別方法比多重分形方法更加有效。
　　4.為了準確定位高速列車異常振動發(fā)生點，根據(jù)奇異譜分析理論，提出了奇異譜修正準則來選擇有用信號的個數(shù)，并用這些有用信號來重構(gòu)空間。對高速列車車體和構(gòu)架部位的實際監(jiān)測數(shù)據(jù)以及列車關(guān)鍵部件失效的仿真數(shù)據(jù)進行了實驗，結(jié)果