山东科技大学钟麦英获国家专利权
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龙图腾网获悉山东科技大学申请的专利一种高速列车牵引电机的故障检测与可检测性分析方法获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN121543468B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-04-03发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202610076474.7,技术领域涉及:G06F30/27;该发明授权一种高速列车牵引电机的故障检测与可检测性分析方法是由钟麦英;许佳红;张璐;贺凯迅;周东华设计研发完成,并于2026-01-21向国家知识产权局提交的专利申请。
本一种高速列车牵引电机的故障检测与可检测性分析方法在说明书摘要公布了:本发明公开了一种高速列车牵引电机的故障检测与可检测性分析方法,属于故障诊断技术领域,该方法首先采用T‑S模糊动态建模技术构建牵引电机标称系统,然后建立稳定核表征稳定像表征、正交投影残差生成器,实现对乘性故障的有效检测,并结合自适应阈值策略提升对控制输入变化的鲁棒性。随后,进一步基于闭环控制下受本质上乘性故障影响的牵引电机故障系统,利用时变K‑Gap度量分析残差动态特性,提出可检测性量化评价指标,从而形成从检测方法到可检测性评估的完整技术体系。本发明不仅实现高效的乘性故障检测,还为其可检测性能提供了理论分析与量化依据,在计算效率与工程适用性方面具有显著优势。
本发明授权一种高速列车牵引电机的故障检测与可检测性分析方法在权利要求书中公布了:1.一种高速列车牵引电机的故障检测与可检测性分析方法,其特征在于,包括如下步骤: 步骤1、通过T-S模糊动态建模方法建立高速列车牵引电机标称系统,并构建包含模型不确定性的基于T-S模糊建模的牵引电机系统; 步骤2、根据高速列车牵引电机标称系统,构建左互质分解和右互质分解,并建立稳定像表征、稳定核表征,以及像子空间与核子空间; 步骤3、构建像子空间上的正交投影算子,基于正交投影算子设计残差产生器;具体过程为: 步骤3.1、进行标准化的左右互质分解: ; ; ; ; 式中,、为标准化的两个左互质分解项;、为标准化的两个右互质分解项;、、、、、均为与系统矩阵、输入矩阵和输出矩阵有关的参数矩阵,公式分别为: ; ; ; ; ; ; 式中,为5阶单位阵;和分别是两个黎卡提方程的解: ; ; ; ; 式中,表示总离散时间步数; 构建基于T-S模糊建模的高速列车牵引电机标称系统的标准化稳定核表征和标准化稳定像表征: ; ; 步骤3.2、构建像子空间上的正交投影算子: ; 式中,为映射的复合运算符;为的伴随算子; 步骤3.3、设计基于像子空间正交投影的残差产生器,产生残差为: ; 步骤3.4、设定残差评价函数为: ; 式中,表示离散时间区间,表示开始时刻,表示终止时刻;表示通过标准化稳定核表征生成的残差; 步骤4、根据包含模型不确定性的基于T-S模糊建模的牵引电机系统,分析残差动态构建自适应阈值,基于故障检测逻辑判断感应牵引电机是否发生故障; 步骤5、建立受乘性故障影响的牵引电机故障系统,并利用时变K-Gap度量分析闭环控制下的残差动态特性,据此建立故障可检测性评价指标,以量化表征检测方案对乘性故障的检测能力;具体过程为: 步骤5.1、分析感应牵引电机的典型故障包括转子断条故障、定子绕组匝间短路故障、气隙偏心故障,分析后构建的受乘性故障影响的牵引电机故障系统为: ; ; 式中,表示故障系统算子;、、分别为故障系统的系统矩阵、输入矩阵和输出矩阵; 步骤5.2、对于任意两个时变控制系统和,式中,为系统的两个左互质分解项,为系统的两个左互质分解项,定义这两个时变控制系统的核子空间为: ; 式中,为第个时变控制系统的核子空间;、为第个时变控制系统的两个左互质分解项; 构建核子空间之间时变的K-Gap度量为: ; 式中,为第1个时变控制系统的核子空间、第2个时变控制系统的核子空间之间时变的K-Gap度量;为从核子空间到核子空间的有向K-Gap度量,为从核子空间到核子空间的有向K-Gap度量; 步骤5.3、时变有向K-Gap度量的计算方法为: ; 式中,为上确界;表示时间序列;为从到的有向K-Gap度量;为下确界;为空间到空间的因果有界算子的集合;为优化变量; 步骤5.4、基于贝祖等式,闭环配置下的故障系统动态表示为: ; 式中,和为参数化形式反馈控制器的两个右互质分解项;为参数化形式反馈控制器的一个左互质分解项;为单位映射算子;为加权算子;和为两个算子; 步骤5.5、根据闭环配置下的故障系统动态,闭环控制下残差动态满足: ; 式中,表示闭环配置下标称系统的标准化核子空间到故障系统的标准化核子空间的时变有向K-Gap度量;表示故障系统标准化稳定核表征满足的范数界;、分别为闭环配置下故障系统的核子空间、标称系统的核子空间; 步骤5.6、根据时变有向K-Gap度量定义,构建基于T-S模糊建模的牵引电机系统的故障可检测性评价指标为时变有向K-Gap度量,越大,当前故障越容易检测,且对于一个任意给定的阈值,如果下式满足: 说明在阈值下,当前故障无法检测。
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