基于FFPN的TPZ27型电子柜故障诊断系统的研制

论文摘要

安全是铁路运输质量的重要保证,TPZ27型电子柜是SS4G电力机车的核心控制设备,其故障将直接影响电力机车的正常运行,确保电子柜正常工作对电力机车安全运行意义重大,因此需要开发TPZ27型电子柜故障诊断系统。论文以TPZ27型电子柜为研究对象,分析了电子柜的原理和牵引制动工况时电子柜与电力机车主电路组成的闭环调速系统的控制过程。故障诊断系统采用离线测试,分为整机测试和单板测试。系统通过建立机车主电路的数学模型,模拟电子柜实际运行的工作环境,实现对电子柜的闭环测试。针对电子柜工作时的动态性、电路的复杂性和故障源的多样性,利用Petri网具有有效地描述故障并发和传播的特性,在Petri网技术基础上引入故障Petri网;诊断知识的表示采用模糊产生式规则,解决在TPZ27型电子柜这类复杂设备故障诊断时存在大量不确定性信息的问题;给出模糊故障Petri网变迁的点火算法;提出一种具有回溯功能和层次性的反向推理算法,在缩小故障范围和减少故障的漏报率上有较好的成效。建立基于FFPN(Fuzzy Fault Petri Net)的TPZ27型电子柜整机测试和单板测试故障诊断模型。系统硬件设计采用模块化设计思想,根据不同信号类型将系统硬件平台分为多个模块进行设计,包括数字量I/O模块、模拟量I/O模块、频率信号发生模块等。系统软件设计包括用户设置、测试电子柜、知识库管理、历史数据管理等一系列功能,软件设计采用了多线程技术,提高了系统测试效率。系统具有友好的操作界面。完成了TPZ27型电子柜故障诊断系统的实现,该系统已通过太原铁路局组织的专家技术鉴定,在太原铁路局湖东电力机务段正式投入使用,并获得用户的好评。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景与研究意义
• 1.2 故障诊断的研究现状与发展
• 1.2.1 故障诊断技术的主要理论和方法
• 1.2.2 电子柜智能故障诊断的研究现状与发展
• 1.3 论文的研究内容
• 1.4 论文的组织结构安排
• 第二章 电子柜故障诊断系统的体系结构
• 2.1 TPZ27型电子柜系统
• 2.1.1 SS4改电力机车主电路
• 2.1.2 TPZ27型电子柜及其原理
• 2.1.3 TPZ27型电子柜故障特性分析
• 2.2 SS4G电力机车主电路建模
• 2.2.1 牵引制动工况建模
• 2.2.2 电子柜牵引制动工况闭环测试
• 2.3 电子柜故障诊断系统设计方案
• 2.4 本章小结
• 第三章 基于 FFPN的TPZ27型电子柜故障诊断系统建模
• 3.1 基于 Petri网的故障诊断研究
• 3.1.1 Petri网理论及其分析方法
• 3.1.2 传统 Petri网描述诊断问题的局限性
• 3.1.3 模糊故障 Petri网
• 3.2 模糊故障 Petri网的的关键问题研究
• 3.2.1 故障Petri网的推理描述
• 3.2.2 模糊故障 Petri网的知识表示
• 3.2.3 电子柜模糊故障 Petri网隶属函数的选择
• 3.3 电子柜故障诊断策略
• 3.3.1 推理机的控制策略
• 3.3.2 建立 RIRP和 AP算法
• 3.3.3 基于 FFPN的电子柜故障诊断反向推理算法
• 3.4 基于 FFPN的电子柜故障诊断建模
• 3.4.1 整机测试建模
• 3.4.2 单板测试建模
• 3.5 本章小结
• 第四章 电子柜故障诊断系统的实现
• 4.1 诊断系统硬件设计
• 4.1.1 诊断系统硬件总体结构
• 4.1.2 数字量信号处理模块
• 4.1.3 模拟量信号处理模块
• 4.1.4 频率信号发生模块
• 4.1.5 触发脉冲导通角检测模块
• 4.2 诊断系统软件设计
• 4.2.1 软件总体结构
• 4.2.2 PCI板卡设置环节
• 4.2.3 系统软件多线程设计
• 4.2.4 辅助测试和系统管理
• 4.3 故障诊断系统的实现
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 附录1 图索引
• 附录2 表索引
• 致谢
• 攻读学位期间主要的研究成果