基于近似熵及EMD的高铁故障诊断-论文.pdf

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1、第41卷第1期计算机科学Vo1．41N0．12014年1月ComputerScienceJan2014基于近似熵及EMD的高铁故障诊断赵晶晶杨燕李天瑞曾京魏来。(西南交通大学信息科学与技术学院成都610031)(西南交通大学牵引动力国家重点实验室成都610031)。摘要抗蛇行减振器故障、横向减振器故障、空气弹簧故障是高铁的3种典型故障。针对高铁的3种常见故障的非线性、非平稳特性，本次研究中将近似熵和经验模态分解应用到高铁故障诊断中进行故障特征提取，并使用BP神经网络作为高铁故障诊断模型进行高铁的故障诊断。实验证明，该方法能够准确有效地进行高铁故障

2、诊断。此外，通过对比实验表明，融合近似熵特征和EMD分解后的第一个模态分量的能量特征比单个特征更有利于高铁故障诊断。关键词特征提取，近似熵，经验模态分解，神经网络中图法分类号TP181文献标识码AFaultDiagnosisofHigh-speedRailBasedonApproximateEntropyandEmpiricalModeDecompositionZHAOJing-jingYANGYan1LITian-ruiZENGJing2WEILai。(SchoolofInformationScienceandTechnology，Southw

3、estJiaotongUniversity，Chengdu610031，China)(TractionPowerStateKeyLaboratory，SouthwestJiaotongUniversity，Chengdu610031，China)0AbstractThefaultsofanti-yawdamper，latera1damperandairspringarethreekindsofcommonfaultsofhigh-speedrail．Accordingtothenon-stationaryandnonlinearcharacter

4、isticofthreekindsofcommonfaultsofhigh-speedrail，ap—proximateentropyandempiricalmodedecompositionwereintroducedtoextractthefeatureofhigh-speedrailfaults，andBPneura1networkwasusedasthemodelforthehuhdiagnosisofhigh-speedrail．Theexperimentalresultsshowthattheproposedmethodiseffec

5、tive．Inaddition，thecomparisonexperimentindicatesthatthefaultdiagnosisbasedonthecombinationofapproximateentropyandempiricalmodedecompositionobtainsbetterresultthanthefaultdiagnosisbasedononlyonefeature．KeywordsFeatureextraction，Approximateentropy，Empiricalmodedecomposition，Neu

6、ralnetwork提高乘坐舒适度。因此，它们对维护列车的安全起着不可忽1引言视的作用，及时发现抗蛇行减振器、横向减振器和空气弹簧故进入新世纪以来，我国高铁得到飞速发展，然而高铁事故障并进行维护是列车安全运行的前提。本文将针对上述3种时有发生，高铁的安全问题不断出现。高速铁路速度快，行车故障，利用采集的信号进行故障识别研究。密度高，一旦发生故障，不仅会扰乱整个铁路网的行车调度，故障诊断包括3个阶段：信号采集、特征提取和状态识还会威胁到乘客和工作人员的生命安全，带来灾难性的后果。别。其中特征提取是故障诊断中的重要阶段，因为特征提取减振器是列车中用来

7、减少或消除外部振动及冲击影响的重要过程不仅能降低数据维度，从而降低计算复杂度，而且提取的部件，对于突然冲击引起的振动，减振器能使振动振幅的衰减特征的优劣将直接影响到状态识别的准确率。近似熵(Ap—更迅速以改善列车的行驶平顺性，提高列车的舒适性和安全proximateEntropy，简称ApEn)是Pincusl_1]在1991年提出的性。抗蛇行减振器、横向减振器和空气弹簧是列车中的重要用来衡量信号复杂度的非线性指标。它不仅对比较短的数据减振器。抗蛇行和横向减振器主要是车辆系统阻尼元件，抗能得出比较稳健的估计值(所需数据点数大致是100~5000蛇

8、行可以起到抑制转向架蛇行运动的作用，提高列车的安全点)，还具有良好的抗噪和抗干扰能力，此外，不论是随机信号性；横向减振器主要对车体横向振