牵引电机健康诊断方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种牵引电机健康诊断方法及系统，方法包括：从变流器的牵引控制单元获取牵引电机的多个既有电信号，并对多个所述既有电信号分别进行等角度重采样和数据预处理，得到与转速、工况和负载无关的多个等角度无量纲平稳信号；分别对多个所述等角度无量纲平稳信号进行解调并采用信号时频分析法提取多个故障特征指标；将多个所述故障特征指标作为输入，应用预设的多输入多输出诊断模型进行故障诊断，输出牵引电机的故障模式以及与所述故障模式对应的严重程度；根据多个所述故障特征指标对牵引电机进行健康管理。本发明专利技术能够有效消除PWM供电谐波、变转速和变负载等暂态过程引起的诊断误差，提升非平稳微弱信号特征提取及故障诊断的准确率。故障诊断的准确率。故障诊断的准确率。

【技术实现步骤摘要】
牵引电机健康诊断方法及系统


[0001]本专利技术属于轨道交通列车牵引系统故障预测与健康管理
，具体涉及到一种牵引电机健康诊断方法及系统。

技术介绍

[0002]为提升列车车辆安全保障、运用效率和经济性，提高故障分析效率、减少整备时间，构建安全、高效、绿色、经济的列车智能化体系大势所趋。因此研究包括牵引电机在内的轨道交通列车关键部件健康诊断与预测技术方案，动态监测牵引电机健康状态实现牵引电机“状态修”，对提升列车运行安全、智能运维具有重要意义。
[0003]现有技术中主要采用振动法、温度法、声信号法和电信号法等进行牵引电机故障检测。其中，电信号分析法可同时诊断电气类和机械类故障，且现场应用无需新增传感器等监测设备，具有诊断项点覆盖率高、非侵入式的特点，因此也逐步受到广泛关注和重点研究。针对牵引电机的健康诊断，电信号分析法目前尚存在技术难点：电信号分析法的实质是从变流器既有电信号中提取出特定的牵引电机故障产生的众所周知的特征信号分量，这些故障指标仅取决于故障类型、电机转速和电机机械结构尺寸。然而，受到牵引辅助引起的转矩波动、供电电源谐波等强背景噪声的影响，这些微弱的特征信号分量往往淹没在环境噪声中。另外，由于牵引电机工况转换频繁、转速强时变、负载扰动等实际服役条件的影响，所采集到的信号呈现出非平稳性，具体体现在特征分量幅值和频率随时间变化而变化，这给故障特征指标提取与准确识别带来了巨大的挑战。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种牵引电机健康诊断方法及系统，以解决现有的难以准确提取故障特征指标进行故障诊断与预警的问题。
[0005]基于上述目的，本专利技术实施例提供了一种牵引电机健康诊断方法，包括：从变流器的牵引控制单元获取牵引电机的多个既有电信号，并对多个所述既有电信号分别进行等角度重采样和数据预处理，得到与转速、工况和负载无关的多个等角度无量纲平稳信号；分别对多个所述等角度无量纲平稳信号进行解调并采用信号时频分析法提取多个故障特征指标；将多个所述故障特征指标作为输入，应用预设的多输入多输出诊断模型进行故障诊断，输出牵引电机的故障模式以及与所述故障模式对应的严重程度；根据多个所述故障特征指标对牵引电机进行健康管理。
[0006]可选的，所述既有电信号包括但不限于磁链信号、逆变电流信号、中间电压信号、转速信号、转矩信号、电机温度信号和脉冲信号。
[0007]可选的，所述对多个所述既有电信号分别进行等角度重采样和数据预处理，得到与转速、工况和负载无关的多个等角度无量纲平稳信号，包括：采用阶比跟踪技术分别对多个所述既有电信号进行等角度重采样，获得对应的多个等角度平稳信号；采用变分模态分解与维纳滤波相结合的方法分别对多个所述等角度平稳信号进行分解与重构；对重构后的
多个所述等角度平稳信号进行归一化处理，得到与转速、工况和负载无关的多个等角度无量纲平稳信号。
[0008]可选的，所述采用变分模态分解与维纳滤波相结合的方法分别对多个等角度平稳信号进行分解与重构，包括：针对任一所述等角度平稳信号，对所述等角度平稳信号进行变分模态分解，获得与所述等角度平稳信号对应的多个模态分量；采用维纳滤波器消除各所述模态分量的基频及谐波分量；将滤波后的各所述模态分量叠加获得重构后的所述等角度平稳信号。
[0009]可选的，所述分别对多个所述等角度无量纲平稳信号进行解调并采用信号时频分析法提取多个故障特征指标，包括：采用解调算法分别对归一化后的多个所述等角度无量纲平稳信号进行解调，获得对应的多个解调信号，所述解调算法包括但不限于：线性算子解调算法、同步解调算法及平方解调算法；从多个所述解调信号的频谱中提取牵引电机的至少一个故障的特征频率幅值，从各所述解调信号的时域序列中计算多个时域指标，并结合类比指标和趋势指标，共同组成牵引电机的多个所述故障特征指标。
[0010]可选的，所述多输入多输出诊断模型为基于灰狼群的改进梯度提升树诊断模型，所述将多个所述故障特征指标作为输入，应用预设的多输入多输出诊断模型进行故障诊断，输出牵引电机的故障模式以及与所述故障模式对应的严重程度之前，包括：获取作为模型训练样本的历史故障特征指标、以及与所述历史故障特征指标对应的作为真实值的故障模式及严重程度，形成模型训练集，并初始化所述基于灰狼群的改进梯度提升树诊断模型的模型参数；将作为模型训练样本的所述历史故障特征指标输入所述基于灰狼群的改进梯度提升树诊断模型进行处理，输出所述历史故障特征指标对应的估计值，并计算所述真实值与所述估计值之前的差值；如果所述差值不小于预设值且参数优化迭代次数未达最大迭代次数，则对所述基于灰狼群的改进梯度提升树诊断模型进行模型参数优化，并根据所述模型训练集进行重复训练；如果所述差值小于预设值或参数优化迭代次数达到最大迭代次数，则完成所述基于灰狼群的改进梯度提升树诊断模型训练，获取训练后的所述基于灰狼群的改进梯度提升树诊断模型的模型参数。
[0011]可选地，所述根根据多个所述故障特征指标对牵引电机进行健康管理，包括：根据多个所述故障特征指标采用层次模糊核聚类综合评估算法对牵引电机整体和子部件进行健康状态评估与寿命预测；根据健康状态评估结果，为牵引电机运维提供维修决策建议。
[0012]基于同一专利技术构思，本专利技术实施例还提出了一种牵引电机健康诊断系统，包括：信号获取与预处理单元，用于从变流器的牵引控制单元获取牵引电机的多个既有电信号，并对多个所述既有电信号分别进行等角度重采样和数据预处理，得到与转速、工况和负载无关的多个等角度无量纲平稳信号；故障特征提取单元，用于分别对多个所述等角度无量纲平稳信号进行解调并采用信号时频分析法提取多个故障特征指标；故障诊断单元，用于将多个所述故障特征指标作为输入，应用预设的多输入多输出诊断模型进行故障诊断，输出牵引电机的故障模式以及与所述故障模式对应的严重程度；健康管理单元，用于根据多个所述故障特征指标对牵引电机进行健康管理。
[0013]基于同一专利技术构思，本专利技术实施例还提出了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现前述的方法。
[0014]基于同一专利技术构思，本专利技术实施例还提出了一种计算机存储介质，存储介质中存储有至少一可执行指令，所述可执行指令使处理器执行前述的方法。
[0015]本专利技术的有益效果是：从上面所述可以看出，本专利技术实施例提供的一种牵引电机健康诊断方法及系统，方法包括：从变流器的牵引控制单元获取牵引电机的多个既有电信号，并对多个所述既有电信号分别进行等角度重采样和数据预处理，得到与转速、工况和负载无关的多个等角度无量纲平稳信号；分别对多个所述等角度无量纲平稳信号进行解调并采用信号时频分析法提取多个故障特征指标；将多个所述故障特征指标作为输入，应用预设的多输入多输出诊断模型进行故障诊断，输出牵引电机的故障模式以及与所述故障模式对应的严重程度；根据多个所述故障特征指标对牵引电机进行健康管理，能够有效消除供电谐波、变转速和变负载等暂态过程引起的诊断误差，提升非本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种牵引电机健康诊断方法，其特征是，所述方法包括：从变流器的牵引控制单元获取牵引电机的多个既有电信号，并对多个所述既有电信号分别进行等角度重采样和数据预处理，得到与转速、工况和负载无关的多个等角度无量纲平稳信号；分别对多个所述等角度无量纲平稳信号进行解调并采用信号时频分析法提取多个故障特征指标；将多个所述故障特征指标作为输入，应用预设的多输入多输出诊断模型进行故障诊断，输出牵引电机存在的所有故障以及与各所述故障对应的严重程度；根据多个所述故障特征指标对牵引电机进行健康管理。2.如权利要求1所述的方法，其特征是，所述既有电信号包括但不限于磁链信号、逆变电流信号、中间电压信号、转速信号、转矩信号、电机温度信号和脉冲信号。3.如权利要求1所述的方法，其特征是，所述对多个所述既有电信号分别进行等角度重采样和数据预处理，得到与转速、工况和负载无关的多个等角度无量纲平稳信号，包括：采用阶比跟踪技术分别对多个所述既有电信号进行等角度重采样，获得对应的多个等角度平稳信号；采用变分模态分解与维纳滤波相结合的方法分别对多个所述等角度平稳信号进行分解与重构；对重构后的多个所述等角度平稳信号进行归一化处理，得到与转速、工况和负载无关的多个等角度无量纲平稳信号。4.如权利要求3所述的方法，其特征是，所述采用变分模态分解与维纳滤波相结合的方法分别对多个等角度平稳信号进行分解与重构，包括：针对任一所述等角度平稳信号，对所述等角度平稳信号进行变分模态分解，获得与所述等角度平稳信号对应的多个模态分量；采用维纳滤波器消除各所述模态分量的基频及谐波分量；将滤波后的各所述模态分量叠加获得重构后的所述等角度平稳信号。5.如权利要求1所述的方法，其特征是，所述分别对多个所述等角度无量纲平稳信号进行解调并采用信号时频分析法提取多个故障特征指标，包括：采用解调算法分别对归一化后的多个所述等角度无量纲平稳信号进行解调，获得对应的多个解调信号，所述解调算法包括但不限于：线性算子解调算法、同步解调算法及平方解调算法；从多个所述解调信号的频谱中提取牵引电机的至少一个故障的特征频率幅值，从各所述解调信号的时域序列中计算多个时域指标，并结合类比指标和趋势指标，共同组成牵引电机的多个所述故障特征指标。6.如权利要求1所述的方法，其特征是，所述多输入多输出诊断模型为基于灰狼群的改进梯度提升树诊断模型，所述将多个所述故障特...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘勇，戴计生，朱文龙，杨家伟，徐海龙，曾威嶂，付勇，张中景，
申请(专利权)人：株洲中车时代电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：