一种柴电动力机车系统序贯概率比检验故障检测方法与流程

技术特征：
1.一种柴电动力机车系统序贯概率比检验故障检测方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：根据柴电动力机车原理，构造柴电动力机车系统模型，然后利用delta算子将模型离散化，得到标准形式的离散状态方程；步骤2：基于步骤1中的状态方程，给出所述柴电动力机车系统模型含有外部干扰和执行器故障时的一般形式；步骤3：提出使用卡尔曼滤波器为残差信号发生器，给出滤波器需要的系统初值，得到系统模型预测的输出值；步骤4：将步骤3得到的预测值与实际值相比较，生成残差序列r
k
；步骤5：引入序贯概率比检验方法，分析残差信号的统计特征，构造决策函数和决策规则；步骤6：根据步骤5决策函数和决策规则，利用监控系统的运行过程，进行故障检测。2.根据权利要求1所述的柴电动力机车系统序贯概率比检验故障检测方法，其特征在于，所述柴电动力机车系统主要包括两个电子电路子系统和一个机械子系统，确定状态变量：x1＝ω0,x2＝i
a
,x3＝i
f
，则所述柴电动力机车系统模型为：其中，u(t)＝kk
pot
ω
r
，k
pot
为可调增益，ω0为电机的转速，i
a
为电枢回路电流，i
f
为磁场回路电流，j、b为电机中两个不同的负载，k
t
,k
b
为反馈增益，k,k
g
,k
m
为放大器增益，l
a
为电枢回路电感，l
f
为磁场回路电感，l
t
＝l
a
l
g
，r
a
为电枢回路电阻，r
f
为磁场回路电阻，r
t
＝r
a
r
g
，l
g
为发电机的内部电感，r
g
为发电机的内阻。3.根据权利要求2所述的柴电动力机车系统序贯概率比检验故障检测方法，其特征在于，所述柴电动力机车系统模型用delta算子将模型离散化，得到标准形式的离散状态方程为：δx
k
＝a
δ
x
k
b
δ
u
k
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)其中，t为采样周期，a
z
＝e
at
，，4.根据权利要求3所述的柴电动力机车系统序贯概率比检验故障检测方法，其特征在
于，所述柴电动力机车系统模型含有外部干扰和故障时的一般形式为：其中，c为观测矩阵，ω
k
为过程误差，ν
k
为观测误差，f
k
为故障项。5.根据权利要求1所述的柴电动力机车系统序贯概率比检验故障检测方法，其特征在于，所述步骤3中卡尔曼滤波器为：其中，t为采样周期，a
z
＝e
at
，，，为状态变量的先验估计，为误差协方差矩阵的先验估计，kk为卡尔曼增益矩阵，为状态变量的后验估计，p
k
为误差协方差矩阵的后验估计；ω
k
为过程误差，ν
k
为观测误差；假设系统(4)的噪声为均值为0且互不相关的高斯白噪声，即过程噪声和观测噪声满足式(5)，ω
k
和ν
k
相互独立，协方差分别为q和r，给定滤波器初值：其中，为系统的初始状态，p0为初始协方差矩阵，此时即可得到后验估计值6.根据权利要求5所述的柴电动力机车系统序贯概率比检验故障检测方法，其特征在于，所述步骤4中的残差序列为：其中，r
k
作为残差序列，用于系统的故障检测。7.根据权利要求1所述的柴电动力机车系统序贯概率比检验故障检测方法，其特征在
于，所述步骤5中引入序贯概率比检验方法构造决策函数和决策规则的具体操作为：步骤5.1：定义r
k
的联合密度分布为：其中，f(r/h)代表条件概率分布，j＝{0,1}，h0代表零假设，h1代表备选假设；步骤5.2：假设测量的残差序列r
k
的统计特性如下：在正常工作状态下：h
0 n(0,ν)，在故障状态下：h
1 n(b,ν)；其中，零假设h0和备选假设h1都服从正态分布，零假设的期望值为0，方差为ν，备选假设的期望值为b，方差为ν；步骤5.3：可得条件概率密度函数：步骤5.4：递推形式的序贯概率比函数为：8.根据权利要求7所述的柴电动力机车系统序贯概率比检验故障检测方法，其特征在于，所述步骤6中判断系统是否出现故障的决策逻辑如下：指定常数a，b为两个边界常数，且a<b，确定其大小是由事先给定的系统虚警概率α和误警概率β决定，α，β与a，b有下列关系：设r
i
是残差序列r
k
的第i个观测值,计算λ
i
(r
i
)，则故障检测过程变为：(1)λ
i
(r
i
)＞b，接受h1，出现故障；(2)a≤λ
i
(r
i
)≤b，继续采数据；(3)λ
i
(r
i
)＞a，接受h0，λ
i
(r
i
)置零，重新采样。

技术总结
本发明涉及故障检测技术领域，公开了一种柴电动力机车系统序贯概率比检验故障检测方法，首先构造柴电动力机车系统模型，利用delta算子将模型离散化，得到标准形式的离散状态方程；基于状态方程，给出系统模型含有外部干扰和执行器故障时的一般形式；提出使用卡尔曼滤波器为残差信号发生器，给出滤波器需要的系统初值，得到系统模型预测的输出值；将预测值与实际值相比较，生成残差序列；引入序贯概率比检验方法，构造决策函数和决策规则；根据决策函数和决策规则，利用监控系统的运行过程，进行故障检测。本发明能在线准确的实现故障的检测，把卡尔曼滤波器与序贯概率比检验相结合，对柴电动力机车系统的运行过程进行监控，误报率低且检测速度快。率低且检测速度快。率低且检测速度快。


技术研发人员：夏安林 杜董生 盛远杰 刘贝 吴瑜
受保护的技术使用者：淮阴工学院
技术研发日：2021.08.13
技术公布日：2021/12/7