HXD1型机车在线诊断及评估系统的研究与应用

论文摘要

和谐1型（HXD1）大功率交流机车是中国铁路运输的重要运输工具,对其进行在线诊断和可靠性评估,对保障机车运行安全有重要作用。目前,我国对HXD1机车在线诊断和可靠性评估的研究尚处于起步阶段,因此,运用合理的诊断和评估技术,研制有效的诊断和评估系统,有非常重要的理论和实际意义。本文在详细分析机车故障特性和可靠性评估指标的基础上,通过引入D-S信息融合技术和最小路集算法对机车故障在线诊断和系统可靠性评估这两个关键问题进行研究,并给出了HXD1型机车在线诊断及可靠性评估系统的整体设计方案。为了解决机车内部故障并发、耦合等造成在线诊断难的问题,提出一种基于增强的D-S多元信息融合诊断方法。针对D-S信息融合诊断方法在机车应用中存在证据信息不准确造成证据冲突等问题,引入权重系数对证据信息进行重新分配,使其具有更高的可靠性；同时给出一种基于距离测度函数的关联因子方法,利用关联因子对融合后的数据进行修正,以提高诊断结果则准确性。论文结合和谐1型机车的结构和故障特性,设计了针对机车的增强D-S多元信息融合诊断机制,其诊断结果是可靠性评估的依据。针对传统评估方法在机车可靠性评估中存在主观性太强、实时性差、实现复杂以及效率低等问题,提出一种基于最小路集的机车可靠性评估方法。首先采用遍历法寻找出保障机车安全运行的最小路集,并根据最小路集创建出系统的联络矩阵；然后利用不交化算法将最小路集划分为数个串联的子图,在使用信息融合诊断方法得到各部件可靠性的基础上,计算出这些子图的可靠性值；最后根据串联子图的可靠性求出整个系统的可靠性。最后,从软件和硬件两方面实现了HXD1型机车在线诊断及可靠性评估系统。从该系统在大秦线上的实际运行结果表明本文设计的在线诊断方法及可靠性评估系统在保障机车安全运行方面是有效可行的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景和研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 机车故障监测诊断研究的国内外现状
• 1.2.2 机车可靠性评估系统的国内外研究现状
• 1.3 研究内容
• 1.4 论文的主要内容和结构安排
• 第二章 HXD1型机车结构特点与诊断评估系统
• 2.1 HXD1机车系统内部的结构特点
• 2.1.1 机车控制/牵引/制动指令系统
• 2.1.2 机车通信网络系统
• 2.1.3 LOCOTROL系统
• 2.1.4 其他I/O模块
• 2.2 HXD1型机车在线诊断技术的难点及可靠性评估的指标
• 2.2.1 HXD1型机车故障特性
• 2.2.2 HXD1型机车故障诊断技术及诊断方法的选择
• 2.2.3 HXD1型机车可靠性评估系统的方法及关键技术
• 2.3 HXD1型机车在线诊断及可靠性评估系统的整体方案
• 2.4 小结
• 第三章 基于增强D-S多元信息融合的机车诊断技术
• 3.1 基于D-S证据理论的机车信息融合方法
• 3.1.1 D-S证据理论的基本原理
• 3.1.2 D-S证据理论合并规则和融合过程
• 3.1.3 D-S证据理论在机车应用中的不足
• 3.2 基于增强D-S信息融合的机车故障诊断方法
• 3.2.1 权重系数的确定
• 3.2.2 基于距离测度的关联因子的确定
• 3.2.3 改进后的合成法则
• 3.3 基于增强D-S信息融合的机车故障在线诊断的实现
• 3.3.1 HXD1型机车在线诊断方案设计
• 3.3.2 HXD1型机车故障集的建立
• 3.3.3 HXD1型机车故障的预处理
• 3.3.4 增强因子的确定
• 3.4 基于增强D-S信息融合诊断实例
• 3.5 小结
• 第四章 基于最小路集的HXD1型机车可靠性评估
• 4.1 基于最小路集的HXD1型机车可靠性评估系统
• 4.1.1 HXD1型机车工况模式及功能模块的划分
• 4.1.2 可靠性评估的总体结构
• 4.2 基于最小路集的可靠性评估算法
• 4.2.1 最小路集搜寻算法
• 4.2.2 可靠性评估算法
• 4.3 HXD1型机车可靠性评估的实现
• 4.3.1 联络矩阵的创建
• 4.3.2 不交化算法
• 4.3.3 可靠性评估的实现
• 4.4 小结
• 第五章 HXD1型机车在线诊断及可靠性评估系统的实现
• 5.1 机车在线诊断及可靠性评估系统的硬件实现
• 5.2 机车在线诊断及可靠性评估系统的软件实现
• 5.2.1 系统的设计平台和编程语言
• 5.2.2 在线诊断及可靠性评估系统的设计
• 5.3 机车在线诊断及可靠性评估系统的工作实例
• 5.4 小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 附录一
• 致谢
• 攻读学位期间主要研究成果