基于魯棒自適應(yīng)觀測(cè)器的DK-2制動(dòng)機(jī)故障診斷.pdf

1、DK-2制動(dòng)機(jī)是我國(guó)自主研制的新一代電控空氣制動(dòng)機(jī)，已廣泛應(yīng)用于神華、朔黃等貨運(yùn)專線的萬(wàn)噸重載組合列車，是列車制動(dòng)系統(tǒng)的核心控制設(shè)備。DK-2制動(dòng)機(jī)的安全可靠運(yùn)行及精確故障診斷，是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)問(wèn)題。本文建立了DK-2制動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)功能模型，采用基于魯棒自適應(yīng)觀測(cè)器的診斷技術(shù)，能克服系統(tǒng)干擾和模型不確定性的影響，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)機(jī)故障的精確檢測(cè)和隔離。主要工作如下:
　　首先，在研究DK-2制動(dòng)機(jī)氣路結(jié)構(gòu)和工作原理的基礎(chǔ)上，分析其工作模式的

2、階段動(dòng)態(tài)變化、疊加運(yùn)行特性及系統(tǒng)功能的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，通過(guò)對(duì)制動(dòng)機(jī)的故障分類、故障特點(diǎn)以及診斷難點(diǎn)進(jìn)行分析，針對(duì)其模型不確定性及系統(tǒng)擾動(dòng)對(duì)診斷精度的要求，提出一種基于魯棒自適應(yīng)觀測(cè)器的故障診斷方案。
　　其次，針對(duì)制動(dòng)機(jī)內(nèi)部部件繁多且工作狀態(tài)復(fù)雜多變、實(shí)際運(yùn)行工況下多種工作模式交互并動(dòng)態(tài)地變化等特點(diǎn)造成的建模難題，基于流量方程、絕熱過(guò)程方程以及理想氣體狀態(tài)方程建立受控閥、中繼閥、高速電磁閥等基礎(chǔ)氣動(dòng)模塊的數(shù)學(xué)模型;在此基礎(chǔ)上，根據(jù)DK-

3、2制動(dòng)機(jī)的氣路結(jié)構(gòu)和模塊間耦合關(guān)系，使用機(jī)理分析方法推導(dǎo)制動(dòng)機(jī)的自動(dòng)制動(dòng)和單獨(dú)制動(dòng)功能數(shù)學(xué)模型，并通過(guò)模型仿真和實(shí)際試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比驗(yàn)證系統(tǒng)模型的準(zhǔn)確性。
　　再次，在建立系統(tǒng)模型的基礎(chǔ)上，針對(duì)DK-2制動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)于沖擊頻繁、振動(dòng)劇烈的惡劣環(huán)境，容易受外部干擾和模型不確定性影響的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)魯棒自適應(yīng)診斷觀測(cè)器，利用特殊坐標(biāo)基(SCB)變換產(chǎn)生魯棒殘差，對(duì)外部干擾進(jìn)行解耦，并根據(jù)模型不確定性變化特點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)變的自適應(yīng)閾值，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)機(jī)故障

4、的準(zhǔn)確檢測(cè)，在保證故障檢測(cè)概率的同時(shí)有效降低了干擾環(huán)境下的誤診率;對(duì)每個(gè)狀態(tài)變量構(gòu)建獨(dú)立的殘差，與自適應(yīng)閾值相比較，得到每個(gè)狀態(tài)變量的布爾向量值，進(jìn)一步對(duì)照故障特征表實(shí)現(xiàn)制動(dòng)機(jī)故障的有效隔離，并通過(guò)Matlab仿真驗(yàn)證了所提方法的有效性。
　　最后，根據(jù)診斷系統(tǒng)總體框架，采用分層組件化的結(jié)構(gòu)給出了DK-2制動(dòng)機(jī)故障診斷系統(tǒng)的軟硬件實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)已試用于安裝在神華新型八軸電力機(jī)車上的DK-2制動(dòng)機(jī)。列車在途運(yùn)行的實(shí)際診斷結(jié)果驗(yàn)證了