請(qǐng)的技術(shù)方案或現(xiàn)有技術(shù)的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說(shuō)明書的 一部分。其中，表達(dá)本申請(qǐng)實(shí)施例的附圖與本申請(qǐng)的實(shí)施例一起用于解釋本申請(qǐng)的技術(shù)方 案，但并不構(gòu)成對(duì)本申請(qǐng)技術(shù)方案的限制。
[0025]圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的動(dòng)車組空氣制動(dòng)控制系統(tǒng)傳感器故障診斷方法的流 程不意圖；
[0026] 圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的在線檢測(cè)過程的流程示意圖；
[0027]圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的故障分離過程的流程示意圖；
[0028]圖4是根據(jù)本發(fā)明一示例的空氣制動(dòng)控制系統(tǒng)在常用制動(dòng)模式下的系統(tǒng)功能框 圖；
[0029] 圖5是根據(jù)本發(fā)明一示例的傳感器2的偏差故障檢測(cè)結(jié)果示意圖；
[0030] 圖6是根據(jù)本發(fā)明一示例的傳感器1的偏差故障檢測(cè)結(jié)果示意圖；
[0031] 圖7是根據(jù)本發(fā)明一示例的傳感器2的漂移故障檢測(cè)結(jié)果示意圖；
[0032] 圖8是根據(jù)本發(fā)明一示例的傳感器1的漂移故障檢測(cè)結(jié)果示意圖；
[0033] 圖9是根據(jù)本發(fā)明一示例的傳感器2的偏差故障分離結(jié)果示意圖；
[0034] 圖10是根據(jù)本發(fā)明一示例的傳感器1的偏差故障分離結(jié)果示意圖；
[0035] 圖11是根據(jù)本發(fā)明一示例的傳感器2的漂移故障分離結(jié)果示意圖；
[0036] 圖12是根據(jù)本發(fā)明一示例的傳感器1的漂移故障分離結(jié)果示意圖；
[0037]圖13是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的空氣制動(dòng)控制系統(tǒng)傳感器故障診斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0038] 以下將結(jié)合附圖及實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，借此對(duì)本發(fā)明如何應(yīng)用 技術(shù)手段來(lái)解決技術(shù)問題，并達(dá)成相應(yīng)技術(shù)效果的實(shí)現(xiàn)過程能充分理解并據(jù)以實(shí)施。本申 請(qǐng)實(shí)施例以及實(shí)施例中的各個(gè)特征，在不相沖突前提下可以相互結(jié)合，所形成的技術(shù)方案 均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0039] 動(dòng)車組空氣制動(dòng)系統(tǒng)主要包括風(fēng)源系統(tǒng)、空氣制動(dòng)控制裝置以及基礎(chǔ)制動(dòng)裝置 等。作為核心部件的制動(dòng)控制單元BCU通常分為電子制動(dòng)控制單元EBCU和氣動(dòng)制動(dòng)控制 單元PB⑶兩部分。EB⑶即制動(dòng)計(jì)算機(jī)，PB⑶主要包括充氣電磁閥、排氣電磁閥、緊急閥、空 重車閥、中繼閥以及多個(gè)壓力傳感器部件。動(dòng)車組制動(dòng)控制系統(tǒng)是閉環(huán)控制系統(tǒng)，以常用制 動(dòng)為例，EBCU根據(jù)常用制動(dòng)預(yù)控壓力傳感器的壓力反饋信號(hào)實(shí)時(shí)調(diào)整EP閥的充氣或排氣， 形成預(yù)控壓力的閉環(huán)控制。
[0040] 在本發(fā)明的實(shí)施例中，提出一種基于PCA和RBC的傳感器故障檢測(cè)和故障分離的 方法，用于動(dòng)車組空氣制動(dòng)控制系統(tǒng)傳感器的故障診斷。PCA被廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)降維、特征 提取以及多元統(tǒng)計(jì)過程監(jiān)控中。RBC方法可用于求取不同變量對(duì)超出控制限的故障檢測(cè)指 標(biāo)的貢獻(xiàn)值，進(jìn)而基于變量貢獻(xiàn)值的大小確定故障變量。以下參照?qǐng)D1對(duì)本實(shí)施例中的方 法進(jìn)行說(shuō)明。
[0041]圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的動(dòng)車組空氣制動(dòng)控制系統(tǒng)傳感器故障診斷方法的流 程示意圖，該方法包括以下步驟：
[0042] 步驟S110,采集正常工況下動(dòng)車組空氣制動(dòng)控制系統(tǒng)的傳感器數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練數(shù) 據(jù)，并根據(jù)所述訓(xùn)練數(shù)據(jù)建立動(dòng)車組空氣制動(dòng)控制系統(tǒng)的主元分析PCA模型。步驟S120,根 據(jù)所述主元分析PCA模型計(jì)算并存儲(chǔ)故障檢測(cè)指標(biāo)的控制限。步驟S130,采集實(shí)時(shí)工況下 動(dòng)車組空氣制動(dòng)控制系統(tǒng)的傳感器數(shù)據(jù)作為測(cè)試數(shù)據(jù)，并利用所述主元分析PCA模型對(duì)所 述測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行故障分析。步驟S140,若故障分析的結(jié)果為有故障發(fā)生，則利用重構(gòu)貢獻(xiàn)圖 的方法（RBC)進(jìn)行故障分離以確定發(fā)生故障的傳感器。其中，步驟S110與步驟S120為離 線建模過程，步驟S130與步驟S140為在線診斷過程。
[0043] 基于在動(dòng)車組正常運(yùn)行工況下所采集到的傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行離線建模。具體包括， 采集制動(dòng)過程中空氣制動(dòng)控制系統(tǒng)的多個(gè)傳感器數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)。假設(shè)動(dòng)車組空氣制動(dòng) 控制系統(tǒng)有m個(gè)傳感器xGRm，每個(gè)傳感器都采集N個(gè)樣本，其中Rm表示傳感器的取值集 合。
[0044] 根據(jù)采集得到的訓(xùn)練數(shù)據(jù)建立動(dòng)車組空氣制動(dòng)控制系統(tǒng)的PCA模型的步驟又進(jìn) 一步包括：步驟S1101、將所述訓(xùn)練數(shù)據(jù)存儲(chǔ)為二維的數(shù)據(jù)矩陣，并對(duì)所述數(shù)據(jù)矩陣進(jìn)行標(biāo) 準(zhǔn)化處理。步驟S1102、利用標(biāo)準(zhǔn)化處理的數(shù)據(jù)矩陣計(jì)算協(xié)方差矩陣，并對(duì)所述協(xié)方差矩陣 進(jìn)行分解以得到特征向量矩陣與特征值矩陣。步驟S1103、基于累計(jì)方差貢獻(xiàn)率選取主元個(gè) 數(shù)，并根據(jù)選取的主元個(gè)數(shù)對(duì)所述特征向量矩陣與特征值矩陣進(jìn)行劃分以建立主元分析模 型。
[0045]具體的，將采集到的傳感器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)為二維的數(shù)據(jù)矩陣X。^RNXm，其中每行代表 一個(gè)樣本XiGRm，i= 1，…，N的轉(zhuǎn)置，每列代表一個(gè)傳感器變量。對(duì)數(shù)據(jù)矩陣X。進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn) 化處理，即將X。的每一列歸一化為零均值、單位方差的數(shù)據(jù)。記數(shù)據(jù)矩陣X。中m個(gè)傳感器 的均值和標(biāo)準(zhǔn)差分別為h和〇 _i，j= 1，…，m，標(biāo)準(zhǔn)化處理后的數(shù)據(jù)矩陣記為X，由X可以 進(jìn)一步得到協(xié)方差矩陣S，如表達(dá)式（1)所示：
[0046]
[0047] 接下來(lái)，根據(jù)表達(dá)式（2)對(duì)協(xié)方差矩陣S進(jìn)行特征分解：
[0048] S = PAP1 (2)
[0049] 式中，Pe:R_的m個(gè)列向量由協(xié)方差矩陣S的m個(gè)特征向量組成， ! = &嘩^...,人,！包含了與S的特征向量相對(duì)應(yīng)的m個(gè)特征根，按照降序排列。在本發(fā)明 的實(shí)施例中，基于累計(jì)方差貢獻(xiàn)率CPV準(zhǔn)則選取主元個(gè)數(shù)1，CPV的閾值可設(shè)定為90 %。根 據(jù)選取的主元個(gè)數(shù)1劃分矩陣f和S如下：f= 約，忑=diag丨A心，其中P為主元的負(fù)載 矩陣，由f的前1列構(gòu)成；f為殘差的負(fù)載矩陣。A為主元特征值矩陣，贏為殘差特征值矩 陣，且A=diagbi，…，人J，▲._=迦gd:，~s.4}。.由此，建立得到主元分析PCA模型。
[0050] 進(jìn)一步地，在本發(fā)明的實(shí)施例中，選取三種用于在線故障檢測(cè)的統(tǒng)計(jì)量作為故障 檢測(cè)指標(biāo)，分別為平方預(yù)測(cè)誤差SPE、T2統(tǒng)計(jì)量和組合指標(biāo)巾。根據(jù)預(yù)設(shè)的顯著性水平a， 利用主元個(gè)數(shù)1、主元的負(fù)載矩陣P、殘差的負(fù)載矩陣f以及特征值矩陣A，1等PCA模型 的模型參數(shù)，可分別計(jì)算得到三種檢測(cè)指標(biāo)的控制限，分別記為S2、t2、G2,如表達(dá)式（3)、 (4)、（5)所示：
[0054][0055] 存儲(chǔ)上述三種故障檢測(cè)指標(biāo)的控制限以用于后面的在線診斷過程。
[0051]
[0052]
[0053]
[0056] 本發(fā)明實(shí)施例的在線診斷過程進(jìn)一步分為在線檢測(cè)過程與故障分離過程，其中， 在線檢測(cè)過程的流程如圖2所示：
[0057] 步驟S210、采集實(shí)時(shí)工況下動(dòng)車組空氣制動(dòng)控制系統(tǒng)的傳感器數(shù)據(jù)作為測(cè)試數(shù) 據(jù)。步驟S220、根據(jù)所述訓(xùn)練數(shù)據(jù)的均值和標(biāo)準(zhǔn)差對(duì)所述測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。步驟 S230、基于所述所述主元分析模型計(jì)算經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化處理后的測(cè)試數(shù)據(jù)的故障檢測(cè)指標(biāo)。步驟 S240、根據(jù)計(jì)算得到的測(cè)試數(shù)據(jù)的故障檢測(cè)指標(biāo)與所述故障檢測(cè)指標(biāo)的控制限判斷是否有 故障發(fā)生。
[0058] 首先，采集動(dòng)車組制動(dòng)過程中空氣制動(dòng)控制系統(tǒng)在實(shí)時(shí)工況下的傳感器數(shù)據(jù)作為 測(cè)試數(shù)據(jù)，將其記為R'需要注意的是，這m個(gè)傳感器和離線建模過程中所選擇的動(dòng) 車組在正常運(yùn)行工況下的m個(gè)傳感器是一一對(duì)應(yīng)的。
[0059] 接下來(lái)，根據(jù)離線建模過程中計(jì)算得到的訓(xùn)練數(shù)據(jù)的均值y,和標(biāo)準(zhǔn)差〇,(j= 1，…，m)對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)x。進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。具體的，將x。中的每個(gè)元素值減去相應(yīng)的均值y, 之后除以相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)差％，記標(biāo)準(zhǔn)化后的測(cè)試數(shù)據(jù)為x'。
[0060]然后，根據(jù)表示式（6)、（7)、（8)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化后的測(cè)試數(shù)據(jù)x'的故障檢測(cè)指標(biāo)：
[0061]
[0062]
[0063]
[0064]
[0065] 再將根據(jù)上述計(jì)算得到的測(cè)試數(shù)據(jù)X'的故障檢測(cè)指標(biāo)SPE、T2、巾與基于訓(xùn)練數(shù) 據(jù)計(jì)算得到的故障檢測(cè)指標(biāo)的控制限S'T2、C進(jìn)行比較來(lái)判斷動(dòng)車組空氣制動(dòng)控制系 統(tǒng)是否有傳感器發(fā)生了故障。具體的，若三種故障檢測(cè)指標(biāo)S