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小波包-神经网络在摆式列车倾摆控制系统故障诊断中的应用

吴浩中 王开文

吴浩中, 王开文. 小波包-神经网络在摆式列车倾摆控制系统故障诊断中的应用[J]. 交通运输工程学报, 2003, 3(2): 27-30.
引用本文: 吴浩中, 王开文. 小波包-神经网络在摆式列车倾摆控制系统故障诊断中的应用[J]. 交通运输工程学报, 2003, 3(2): 27-30.
WU Hao-zhong, WANG Kai-wen. Fault diagnosis using wavelet packet and neural network in tilting control system of tilting train[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2003, 3(2): 27-30.
Citation: WU Hao-zhong, WANG Kai-wen. Fault diagnosis using wavelet packet and neural network in tilting control system of tilting train[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2003, 3(2): 27-30.

小波包-神经网络在摆式列车倾摆控制系统故障诊断中的应用

基金项目: 

铁道部科技研究开发计划项目 99J45-E

详细信息
    作者简介:

    吴浩中(1973-), 男, 四川苍溪人, 工程师, 博士, 从事控制系统故障检测与维修研究

  • 中图分类号: U269.322

Fault diagnosis using wavelet packet and neural network in tilting control system of tilting train

More Information
  • 摘要: 针对摆式列车倾摆控制系统故障的特点, 研究了神经网络结合小波包分析进行故障诊断的方法, 采用小波包分解和信号重构的方法, 将在摆式列车试验台上采集到的振动信号分解到不同的频带以提取有关的故障信息, 并将振动信号各频带内的能量特征作为训练样本输入前向神经网络, 用优于改进梯度下降法的Levenberg- Marquardt优化方法对网络进行训练, 对倾摆控制系统的常见故障进行识别和诊断。实践表明, 该方法对摆式列车倾摆系统故障的诊断是可靠的。

     

  • 图  1  BP网络模型

    Figure  1.  BP model

    表  1  常见故障和故障特征的相应关系

    Table  1.   Relationship between frequent faults and characteristics

    样本 x1 x2 x3 x4 x5 x6 x7 x8
    正常样本1 0.9796 0.1618 0.0528 0.0628 0.0399 0.0431 0.0461 0.0439
    正常样本2 0.9773 0.1520 0.0645 0.0740 0.0530 0.0538 0.0561 0.0579
    正常样本3 0.9717 0.1811 0.0648 0.0711 0.0559 0.0576 0.0612 0.0602
    执行机构卡死故障1 0.6561 0.6991 0.1031 0.1919 0.0376 0.0608 0.1136 0.1143
    执行机构卡死故障2 0.6928 0.6466 0.1672 0.2508 0.0358 0.0448 0.0578 0.0671
    加速度传感器故障1 0.9222 0.3549 0.0729 0.0757 0.0514 0.0509 0.0648 0.0563
    加速度传感器故障2 0.9207 0.3539 0.0826 0.1015 0.0416 0.0464 0.0581 0.0509
    位移传感器故障1 0.9815 0.1791 0.0347 0.0381 0.0203 0.0200 0.0221 0.0240
    位移传感器故障2 0.9834 0.1663 0.0353 0.0378 0.0247 0.0253 0.0257 0.0275
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    表  2  网络训练样本的期望输出和实际输出

    Table  2.   The expected outputs and factual outputs of training samples

    故障类型 期望输出 实际输出
    节点1 节点2 节点3 节点4 节点1 节点2 节点3 节点4
    正常 1 0 0 0 0.998 8 0.000 1 -0.000 2 0.001 8
    正常 1 0 0 0 1.007 7 0.000 1 -0.016 3 0.008 4
    正常 1 0 0 0 0.992 6 0.000 0 0.016 2 -0.008 9
    执行机构卡死故障 0 1 0 0 0.001 0 0.999 4 -0.000 3 0.002 9
    执行机构卡死故障 0 1 0 0 -0.000 1 0.999 9 0.000 9 -0.003 4
    加速度传感器故障 0 0 1 0 0.001 7 -0.000 8 0.995 7 0.003 4
    加速度传感器故障 0 0 1 0 0.000 7 0.000 8 1.003 2 -0.004 7
    位移传感器故障 0 0 0 1 -0.002 5 0.000 1 -0.003 8 1.006 2
    位移传感器故障 0 0 0 1 0.001 0 -0.000 0 0.004 2 0.994 8
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    表  3  待识别的样本

    Table  3.   The samples to be identified

    待识别样本 x1 x2 x3 x4 x5 x6 x7 x8
    样本1 0.9756 0.1667 0.0645 0.0711 0.0530 0.0542 0.0562 0.0581
    样本2 0.6743 0.6734 0.1356 0.2216 0.0368 0.0549 0.0857 0.0919
    样本3 0.9212 0.3541 0.0782 0.0893 0.0475 0.0498 0.0611 0.0532
    样本4 0.9821 0.1734 0.0350 0.0381 0.0220 0.0234 0.0239 0.0260
    下载: 导出CSV

    表  4  待识别样本的实际输出和识别结论

    Table  4.   The factual outputs of the samples to be identified and the conclusions

    故障类型 识别结论 实际输出
    节点1 节点2 节点3 节点4 节点1 节点2 节点3 节点4
    正常 1 0 0 0 1.0285 0.0001 -0.0037 -0.0249
    执行机构卡死故障 0 1 0 0 -0.0165 0.9719 0.0374 0.0087
    加速度传感器故障 0 0 1 0 0.0803 -0.0004 0.9687 -0.0486
    位移传感器故障 0 0 0 1 -0.0046 -0.0000 0.0022 1.0024
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出版历程
  • 收稿日期:  2002-12-03
  • 刊出日期:  2003-06-25

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