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原文传递基于混杂系统理论的CTCs-3级系统离散模式切换的故障诊断

论文题名：	基于混杂系统理论的CTCs-3级系统离散模式切换的故障诊断
关键词：	混杂系统理论;CTCS-3级系统;离散模式切换;故障诊断;粒子滤波
摘要：	随着系统复杂性的提高和系统规模的扩大，单一使用连续动态系统理论或离散事件系统理论来描述系统模型，不足以完整表征系统变化。现实生活中，很多系统具有混杂特性，即动态系统包含两类状态:连续状态和离散状态（离散模式），且连续状态随时间变化并受离散事件影响。连续状态与离散模式共同作用，相互耦合，共同表征系统行为。混杂系统理论的引入是为了更好地表达系统在时间和事件共同驱动下的演化情况。　　列车运行控制系统（简称列控系统）是一个典型的混杂系统。在列车运行过程中，有速度，位移等随时间变化的连续量;也有运行模式、制动级位、牵引级位等离散量。列控系统作为安全苛求系统，它的安全性和可靠性是衡量系统性能的重要指标。故障诊断技术可为提高系统可靠性、维护性和可用性提供帮助，有效的故障诊断工作能在某些设备或部件出现故障时能提前给出预测或及时排查故障，对于铁路运输业的效率和安全保障有重大意义。　　本文主要工作包括: 　　(1)切换系统是混杂系统理论的一个重要分支，本文采用切换系统方法对双容水箱这一简单的混杂系统进行建模，初步验证方法的可行性。并将其运用在双车追踪这一运行场景的建模仿真，观察分析系统连续状态和离散模式的演化情况;将故障视为一种特殊的离散模式，以模型的离散模式输出作为系统故障定位的依据。　　(2)本文介绍了粒子滤波的SIS、SIR估计算法的推导过程，并将其应用于双容水箱、双车追踪模型的状态估计;并对SIR算法的重采样方法提出了改进;使用均方根误差对估计效果进行评价，并根据估计结果实现对模型的故障检测。　　(3)本文采用基于模型的方法对列控系统进行故障诊断，首先充分考虑列控系统混杂特性并建立模型，以系统离散模式输出作为故障定位的依据，然后基于粒子滤波方法对系统的状态估计进行故障检测。提出了一种基于SIR估计的“大值”故障检测方法，通过与传统残差平滑法进行比对验证了该方法的优越性;设计了基于离散模式输出的故障定位方法，该方法对不同故障模式下状态变化无显著区别问题的诊断效果优于现有的多模型估计方法，且通过合理设计离散模式，能够反映系统的组合故障。　　本文将切换系统理论应用于列控系统的建模仿真，通过划分子空间的方法，既降低了模型复杂度，又保证了模型的准确性，使基于模型的故障诊断方法得以应用。本文将切换系统建模方法与粒子滤波方法结合并首次应用于双车追踪仿真场景的故障诊断，提出了一种基于SIR滤波的“大值”检测方法，并根据列控系统故障种类繁多、故障模式耦合的特点，设计了一种二进制离散模式分类方法，用于定位系统故障。
作者：	万里绢
专业：	交通信息工程及控制
导师：	张三同
授予学位：	硕士
授予学位单位：	北京交通大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文