基于分形與奇異譜分析的高速列車安全狀態(tài)識(shí)別方法研究.pdf

1、高速列車在長(zhǎng)期服役過(guò)程中，其安全性態(tài)將發(fā)生變化，利用傳感器監(jiān)測(cè)到海量的列車振動(dòng)數(shù)據(jù)，這些振動(dòng)數(shù)據(jù)蘊(yùn)含著大量的列車狀態(tài)信息，能夠反映列車的運(yùn)行狀態(tài)。如何有效利用這些長(zhǎng)期跟蹤獲得的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)而提取出能夠表征高速列車運(yùn)行狀態(tài)的特征參數(shù)，對(duì)高速列車運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行反演和識(shí)別具有重要意義。因此，針對(duì)高速列車，本文提出基于分形與奇異譜分析的高速列車安全狀態(tài)識(shí)別方法，提取出能夠反映列車狀態(tài)信息的特征參數(shù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)高速列車安全狀態(tài)的識(shí)別。主要完成了以下研究

2、工作:
　　1.分析了容量維數(shù)、信息維數(shù)、關(guān)聯(lián)維數(shù)、Hausdorff維數(shù)四種比較常見(jiàn)的分形維數(shù)特征的提取，比較分析了分形維數(shù)特征對(duì)列車各種故障的敏感程度以及穩(wěn)定性程度，結(jié)果表明分形維數(shù)可以表征高速列車的故障狀態(tài)，并具有一定的穩(wěn)定性。
　　2.根據(jù)多重分形理論，分析了高速列車振動(dòng)信號(hào)具有多重分形特性，提取了廣義維數(shù)譜參數(shù)、質(zhì)量指數(shù)譜參數(shù)、多重分形奇異譜參數(shù)特征，構(gòu)成高維特征矢量，最后采用支持向量機(jī)實(shí)現(xiàn)高速列車正常、空氣彈簧失

3、效、橫向減振器失效、抗蛇行減振器失效、空氣彈簧失效+橫向減振器失效、空氣彈簧失效+抗蛇行減振器失效、橫向減振器失效+抗蛇行減振器失效七種工況的狀態(tài)識(shí)別。
　　3.為了更好的凸顯高速列車振動(dòng)信號(hào)的分形特性，根據(jù)多重分形去趨勢(shì)波動(dòng)分析(MF-DFA)理論，分析了高速列車振動(dòng)信號(hào)的多重分形特性，提取了廣義Hurst指數(shù)譜參數(shù)、質(zhì)量指數(shù)譜參數(shù)、多重分形奇異譜參數(shù)特征，構(gòu)成高維特征矢量。分別通過(guò)Relief算法、馬氏距離、Fisher比率三

4、種準(zhǔn)則對(duì)原始特征集合進(jìn)行排序，對(duì)三種特征排序結(jié)果進(jìn)行加權(quán)平均獲得融合的特征選擇結(jié)果，并選取最優(yōu)特征子集輸入支持向量機(jī)進(jìn)行狀態(tài)識(shí)別。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于MF-DFA方法的高速列車安全狀態(tài)識(shí)別方法比多重分形方法更加有效。
　　4.為了準(zhǔn)確定位高速列車異常振動(dòng)發(fā)生點(diǎn)，根據(jù)奇異譜分析理論，提出了奇異譜修正準(zhǔn)則來(lái)選擇有用信號(hào)的個(gè)數(shù)，并用這些有用信號(hào)來(lái)重構(gòu)空間。對(duì)高速列車車體和構(gòu)架部位的實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以及列車關(guān)鍵部件失效的仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，結(jié)果