基于相似度建模的永磁牵引列车健康优化控制.pdf

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1、第３８卷第２期仪器仪表学报Ｖｏｌ３８Ｎｏ２２０１７年２月ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＦｅｂ．２０１７基于相似度建模的永磁牵引列车健康优化控制牛刚，江俊杰（同济大学铁道与城市轨道交通研究院上海２０１８０４）摘要：为了保障永磁牵引列车退磁故障发生时的安全性，并缓解由此导致的电制动力下降及闸瓦磨耗加剧问题，提出了一种基于相似度建模（ＳＢＭ）的健康优化控制方法，该方法通过在线监测数据与历史数据的相似度运算，自适应地估计剩余磁通量并生成最优的空气制动Ｆｖ特

2、性曲线。以西门子Ｓｙｎｔｅｇｒａ永磁同步电机牵引系统为例，对多种工况下的退磁监测和健康优化控制效果进行了仿真验证，在退磁估计准确性、相对磨耗优化和安全性保障等方面取得了预期的效果。关键词：永磁同步电机；预测与健康管理；优化控制；基于相似度建模中图分类号：ＴＨ３９文献标识码：Ａ国家标准学科分类代码：５８０．３０ＨｅａｌｔｈｏｒｉｅｎｔｅｄｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｆｏｒＰＭＳＭｒａｉｌｖｅｈｉｃｌｅｓｔｈｒｏｕｇｈｓｉｍｉｌａｒｉｔｙｂａｓｅｄｍｏｄｅｌｉｎｇＮｉｕＧａｎｇ，ＪｉａｎｇＪｕ

3、ｎｊｉｅ（ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＲａｉｌＴｒａｎｓｉｔ（ＩＲＴ），ＴｏｎｇｊｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０１８０４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＩｎｏｒｄｅｒｔｏｒｅｌｉｅｖｅｔｈｅｗｅａｒｏｆｂｒａｋｅｓｈｏｅａｎｄｇｕａｒａｎｔｅｅｔｈｅｓａｆｅｔｙｏｆＰＭＳＭｄｒｉｖｅｎｒａｉｌｖｅｈｉｃｌｅｓｗｉｔｈｄｅｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎｆａｕｌｔ，ａｎｏｖｅｌｈｅａｌｔｈｏｒｉｅｎｔｅｄｏｐｔｉｍａｌｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄｔｈｒｏｕｇｈｓｉｍｉｌ

4、ａｒｉｔｙｂａｓｅｄｍｏｄｅｌｉｎｇ（ＳＢＭ）．ＴｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙｅｓｔｉｍａｔｅｓｔｈｅｆｌｕｘｏｆＰＭＳＭａｎｄｇｅｎｅｒａｔｅｓｔｈｅＦｖｐｒｏｆｉｌｅｏｆｐｎｅｕｍａｔｉｃｂｒａｋｅｗｉｔｈｔｈｅｓｉｍｉｌａｒｉｔｙｏｐｅｒａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｈｉｓｔｏｒｉｃａｌｄａｔａａｎｄｏｎｌｉｎｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｄａｔａ．Ｔｈｅｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙａｎｄｂｅｎｅｆｉｔｏｆｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｅｄｓｃｈｅｍｅｉｓｖａｌｉｄａｔｅｄｔｈｒｏｕｇｈａｓｉｍｕｌａｔｅ

5、ｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｏｆｔｈｅＳｙｎｔｅｇｒａＰＭＳＭｒａｉｌｖｅｈｉｃｌｅ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔａｃｃｕｒａｔｅａｌａｒｍｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇａｎｄｄａｍａｇｅｐｒｏｇｎｏｓｉｓｏｆｄｅｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎａｎｄｒｅａｌｔｉｍｅｃｏｎｔｒｏｌｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｃａｎｂｅｒｅａｃｈｅｄ，ｗｈｉｃｈｃａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｒｅｌｉｅｖｅｔｈｅｂｒａｋｅｓｈｏｅｗｅａｒ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｍｏｔｏｒ；

6、ｐｒｏｇｎｏｓｉｓａｎｄｈｅａｌｔｈｍａｎａｇｅｍｅｎｔ；ｏｐｔｉｍａｌｃｏｎｔｒｏｌ；ｓｉｍｉｌａｒｉｔｙｂａｓｅｄｍｏｄｅｌｉｎｇ近年来，国内外学者在传统ＰＨＭ技术的基础上，进１引言一步提出了自愈控制、危机自主管理、工程免疫系统等新［７１２］的健康管理理念。这些理念将ＰＨＭ技术嵌入到了现代装备系统日趋复杂化，故障往往具有突发性，部装备的控制层面，更多地考虑了故障发生后的剩余寿命件之间的故障和退化也存在着耦合、关联的特性。简单预测以及寿命延长控制，从而使系统在完成此次运行任［１２］的监测、预

7、警已很难满足保障安全和降低维修成本的需务之前不发生失效。对于该类研究问题，单一部件故求。因此，预测与健康管理（ｐｒｏｇｎｏｓｔｉｃｓａｎｄｈｅａｌｔｈ障对其他部件的影响是一个值得关注的问题，也是一大ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ，ＰＨＭ）的技术理念应运而生，并在飞行器、难点。［１５］船舶、铁路等领域，得到了一定程度的推广和运用。本文以永磁同步电机（ｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓＰＨＭ技术借助数据驱动、建模等方式，通过状态监测、故ｍｏｔｏｒ，ＰＭＳＭ）为牵引的新型城市轨道交通列车为例，

8、针障诊断、剩余使用寿命预测等途径，保障了装备的运行安对电机永磁体退磁故障对列车电空混合制动系统的影全性，为基于状态的维修（ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｂａｓｅｄｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ，响，在基于相似度建模（ｓｉｍｉｌａｒｉｔｙｂａｓｅｄｍｏｄｅｌｉｎｇ，ＳＢＭ）［６］［１３］ＣＢＭ）提供了有力的支撑。的基础上，设计了一种以装备健康为导向的控制的策收稿日期：２０１６１０ＲｅｃｅｉｖｅｄＤａｔｅ：２０１６１０基金项目：国家自然科学基金（５１５７５３９６，５１２０５２９１）项目资助第２期牛