基于魯棒自適應(yīng)觀測器的DK-2制動機故障診斷.pdf

1、DK-2制動機是我國自主研制的新一代電控空氣制動機，已廣泛應(yīng)用于神華、朔黃等貨運專線的萬噸重載組合列車，是列車制動系統(tǒng)的核心控制設(shè)備。DK-2制動機的安全可靠運行及精確故障診斷，是當(dāng)前的研究熱點問題。本文建立了DK-2制動機的系統(tǒng)功能模型，采用基于魯棒自適應(yīng)觀測器的診斷技術(shù)，能克服系統(tǒng)干擾和模型不確定性的影響，實現(xiàn)制動機故障的精確檢測和隔離。主要工作如下:
　　首先，在研究DK-2制動機氣路結(jié)構(gòu)和工作原理的基礎(chǔ)上，分析其工作模式的

2、階段動態(tài)變化、疊加運行特性及系統(tǒng)功能的設(shè)計特點，通過對制動機的故障分類、故障特點以及診斷難點進行分析，針對其模型不確定性及系統(tǒng)擾動對診斷精度的要求，提出一種基于魯棒自適應(yīng)觀測器的故障診斷方案。
　　其次，針對制動機內(nèi)部部件繁多且工作狀態(tài)復(fù)雜多變、實際運行工況下多種工作模式交互并動態(tài)地變化等特點造成的建模難題，基于流量方程、絕熱過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)氣動模塊的數(shù)學(xué)模型;在此基礎(chǔ)上，根據(jù)DK-

3、2制動機的氣路結(jié)構(gòu)和模塊間耦合關(guān)系，使用機理分析方法推導(dǎo)制動機的自動制動和單獨制動功能數(shù)學(xué)模型，并通過模型仿真和實際試驗數(shù)據(jù)對比驗證系統(tǒng)模型的準確性。
　　再次，在建立系統(tǒng)模型的基礎(chǔ)上，針對DK-2制動機長期運轉(zhuǎn)于沖擊頻繁、振動劇烈的惡劣環(huán)境，容易受外部干擾和模型不確定性影響的特點，設(shè)計魯棒自適應(yīng)診斷觀測器，利用特殊坐標(biāo)基(SCB)變換產(chǎn)生魯棒殘差，對外部干擾進行解耦，并根據(jù)模型不確定性變化特點設(shè)計時變的自適應(yīng)閾值，實現(xiàn)制動機故障

4、的準確檢測，在保證故障檢測概率的同時有效降低了干擾環(huán)境下的誤診率;對每個狀態(tài)變量構(gòu)建獨立的殘差，與自適應(yīng)閾值相比較，得到每個狀態(tài)變量的布爾向量值，進一步對照故障特征表實現(xiàn)制動機故障的有效隔離，并通過Matlab仿真驗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制動機故障診斷系統(tǒng)的軟硬件實現(xiàn)，實現(xiàn)的系統(tǒng)已試用于安裝在神華新型八軸電力機車上的DK-2制動機。列車在途運行的實際診斷結(jié)果驗證了