[0145] (4)當(dāng)發(fā)生端環(huán)斷裂故障時(shí)，牽引電機(jī)定子電流故障特征頻率為：
[0146] fs=(l±^s)fi (12)
[0147] 此時(shí)，fsi= (1巧ks)fi、fs2= (l-2ks)fi。
[0148] 傳感器故障注入模塊的故障類型包括，電壓、電流和速度傳感器的偏差、漂移、沖 擊、精度下降、周期性干擾、增益、開路、短路、卡死和非線性死區(qū)等故障，對(duì)應(yīng)的故障注入信 號(hào)Xf由信號(hào)疊加、信號(hào)相乘和恒值輸出Ξ種方式生成，具體為：
[0149] (1)對(duì)于偏差、漂移、沖擊、精度下降等故障，采用信號(hào)疊加方式生成故障注入信號(hào) Xf，即（4)式中χ/f選擇Xfi輸出，其中特定故障信號(hào)f( ·)為：
[0150] f( · )=f(z,w) (13)
[0151] 式中f(z，w)為特定偏差形式。當(dāng)為恒偏差故障時(shí)，f(z，w)=z是一個(gè)恒值信號(hào)，z取 任意常數(shù)；當(dāng)為漂移故障時(shí)，f(z，w)=z*t+w是一階線性時(shí)變信號(hào)，其中t為故障注入后的系 統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間；當(dāng)為沖擊故障時(shí)，f(z，w) = δ(t-z)是一個(gè)沖擊信號(hào)；當(dāng)精度等級(jí)下降時(shí)，f(z， w)=f(z，0)=N(0，z2)是一個(gè)均值為零、方差不為零的信號(hào)；
[0152] (2)對(duì)于周期性干擾故障，采用信號(hào)疊加方式生成故障注入信號(hào)Xf，即（4)式中χ/f 選擇Xfi輸出，其中特定故障信號(hào)f( ·)由（5)式生成，在運(yùn)種情況下，式中csj為隨機(jī)擾動(dòng)信 號(hào)幅值；
[0153] (3)對(duì)于增益故障，采用信號(hào)相乘方式生成故障注入信號(hào)Xf，即（4)式中χ/f選擇Xf2 輸出，其中特定故障信號(hào)f( ·)為：
[0154] f( . )=f(a) (14)
[01W]式中f(a)為特定增益形式，a為增益參數(shù)；
[0156] (4)對(duì)于開路、短路、卡死和非線性死區(qū)等故障，采用恒值輸出的方式生成故障注 入信號(hào)Xf，即(4)式中r迫接選擇f( ·)輸出，特定故障信號(hào)f( ·)由（5)式生成：當(dāng)發(fā)生開路 與短路故障時(shí)，conts取零；當(dāng)發(fā)生卡死故障時(shí)，conts取故障發(fā)生時(shí)刻信號(hào)的瞬時(shí)值；當(dāng)發(fā) 生非線性死區(qū)故障時(shí)，若信號(hào)幅值超出設(shè)定闊值，則conts取零。
[0157] 牽引控制器故障注入模塊的故障類型包括模擬信號(hào)I/O模塊、數(shù)字信號(hào)I/O模塊和 存儲(chǔ)模塊的錯(cuò)誤邏輯狀態(tài)/硬損傷，對(duì)應(yīng)的故障注入信號(hào)Xf由信號(hào)疊加和恒值輸出兩種方 式生成，具體為：
[0158] (1)對(duì)于模擬信號(hào)I/O模塊故障，采用信號(hào)疊加方式生成故障注入信號(hào)Xf，即（4)式 中χ/f選擇Xfi輸出，其中特定故障信號(hào)f( ·)為瞬時(shí)脈沖，采用雙指數(shù)模型描述：
[0159] f(p，q，A)=A. (eP.t-eQ.t) (15)
[0160] 式中p，q為注入信號(hào)的時(shí)間系數(shù)，共同決定注入脈沖的寬度、上升沿時(shí)間與下降沿 時(shí)間;A為注入信號(hào)的幅值系數(shù)，決定注入脈沖的幅值大??；
[0161] (2)對(duì)于數(shù)字信號(hào)I/O模塊故障，采用恒值輸出方式生成故障注入信號(hào)Xf，即（4)式 中χ/f直接選擇f( ·)輸出，特定故障信號(hào)f( ·)由（5)式生成：當(dāng)外部干擾引起的瞬時(shí)脈沖 信號(hào)大于引腳電平的闊值TH時(shí)，conts取1;反之，conts取0;
[0162] (3)對(duì)于存儲(chǔ)模塊故障，采用恒值輸出方式生成故障注入信號(hào)Xf，即（4)式中χ/f直 接選擇f( ·)輸出，特定故障信號(hào)f( ·)由（5)式生成，conts取故障發(fā)生時(shí)刻傳感器反饋的 速度信號(hào)進(jìn)行隨機(jī)位翻轉(zhuǎn)的值。
[0163] 然后，采用（1)或（2)式對(duì)正常信號(hào)X。和特定故障信號(hào)f( ·)進(jìn)行信號(hào)疊加或信號(hào) 相乘，生成中間故障注入信號(hào)Xf域Xf2;按公式(3)在信號(hào)X〇、f( · )、Xfi和Xf2中，選擇所需特 定類型故障的注入信號(hào)χ/f;
[0164] 本實(shí)施例中的功率器件開路故障，采用（1)式對(duì)正常信號(hào)X。和（16)式的特定故障 信號(hào)f( ·)進(jìn)行信號(hào)疊加，生成中間故障注入信號(hào)Xfi;按公式(3)在信號(hào)XD、f( · )、Xfi和Xf2 中，選擇所需特定類型故障的Xfi作為注入信號(hào)公f;
[0165] 步驟4:根據(jù)公式(4)，生成最終故障注入信號(hào)Xf，并由故障注入模塊的輸出端y輸 出;存儲(chǔ)相關(guān)車載傳感器注入前、注入后運(yùn)行數(shù)據(jù)，完成被測(cè)對(duì)象所需的特定類型故障的注 入/模擬。
[0166] 本實(shí)施例中不考慮設(shè)及噪聲干擾信號(hào)的故障注入問(wèn)題，故生成的最終故障注入信 號(hào)Xf即為中間故障注入信號(hào)χ/f。本實(shí)施例中A點(diǎn)處正常信號(hào)Xo與y點(diǎn)處故障注入信號(hào)Xf的 波形圖，如圖9所示。
[0167] 將本實(shí)施例生成的最終故障注入信號(hào)Xf，由故障注入模塊的輸出端y輸出；進(jìn)行 注入仿真;存儲(chǔ)相關(guān)車載傳感器注入前、注入后運(yùn)行數(shù)據(jù)，完成被測(cè)對(duì)象牽引變流器所需的 功率器件開路的注入/模擬。
[0168] 本實(shí)施例中車載傳感器觀測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù):牽引電機(jī)的機(jī)械參數(shù)(行駛速度和電磁轉(zhuǎn)矩） 注入前（左）、注入后（右)波形圖，如圖10所示;牽引電機(jī)的電氣參數(shù)(牽引電機(jī)定子側(cè)Ξ相 電流)注入前（左）、注入后（右)波形圖，如圖11所示;牽引變流器中間直流電路上下側(cè)支撐 電容電壓注入前(左）、注入后化)波形圖，如圖12所示。
[0169] 綜上可知，本發(fā)明通過(guò)基于信號(hào)調(diào)理的C畑2型高速列車牽引傳動(dòng)系統(tǒng)故障注入方 法構(gòu)建的故障注入基準(zhǔn)，可W根據(jù)實(shí)際需要完成對(duì)牽引傳動(dòng)控制系統(tǒng)不同子系統(tǒng)不同類型 故障W及故障傳播、并發(fā)故障的故障注入/模擬，為高速列車牽引傳動(dòng)控制系統(tǒng)常見故障的 注入/模擬、診斷和容錯(cuò)等理論方法及其實(shí)現(xiàn)技術(shù)研究，提供安全、可靠、接近真實(shí)的故障注 入/模擬/仿真與測(cè)試，具有較強(qiáng)的適用性。
[0170] W上所述僅為本發(fā)明的其一子系統(tǒng)中某一故障類型模擬的簡(jiǎn)單實(shí)施例而已，并不 用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可W有各種更改和變化。凡在本發(fā)明 的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之 內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種高速列車牽引傳動(dòng)控制系統(tǒng)的故障注入方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟一:根據(jù)被測(cè)對(duì)象發(fā)生特定故障時(shí)的電氣信號(hào)特性，生成被測(cè)對(duì)象所需注入故障 的特定故障信號(hào);確定故障注入點(diǎn)的位置； 步驟二：將步驟一所生成的特定故障信號(hào)與注入點(diǎn)處的注入前正常信號(hào)進(jìn)行信號(hào)調(diào) 理;生成故障注入后的信號(hào)，即故障注入信號(hào)； 步驟三:將步驟二所生成的故障注入信號(hào)替換注入點(diǎn)處的正常信號(hào)，注入到步驟一確 定的故障注入點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)對(duì)象的故障注入/模擬。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速列車牽引傳動(dòng)控制系統(tǒng)的故障注入方法，其特征在于，所 述的步驟一中，生成被測(cè)對(duì)象所需注入故障的特定故障信號(hào)具體為：當(dāng)啟動(dòng)故障注入時(shí)，由 故障注入控制器選擇內(nèi)部故障信號(hào)f IN或外部故障信號(hào)f〇UT，作為特定故障信號(hào)f( ·)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速列車牽引傳動(dòng)控制系統(tǒng)的故障注入方法，其特征在于，所 述的步驟三中，信號(hào)調(diào)理輸出的故障注入信號(hào)是通過(guò)串行接入的方式注入到被測(cè)對(duì)象的故 障注入點(diǎn)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一所述的高速列車牽引傳動(dòng)控制系統(tǒng)的故障注入方法，其特 征在于，所述的步驟二中，包括以下步驟： 步驟1:將步驟一所生成的特定故障信號(hào)與注入點(diǎn)處的注入前正常信號(hào)進(jìn)行信號(hào)調(diào)理； 具體包括如下步驟： 步驟1.1信號(hào)運(yùn)算 根據(jù)用戶需要，將步驟一所生成的特定故障信號(hào)f( ·)與注入點(diǎn)處的注入前正常信號(hào)X。 進(jìn)行信號(hào)疊加或信號(hào)相乘運(yùn)算，生成中間故障注入信號(hào)為： Xfi = Xo+f( · ) (1) 或者： Xf2 = Xo*f( · ) (2) 步驟1.2邏輯運(yùn)算 將正常信號(hào)X。、特定故障信號(hào)f( ·)以及中間故障注入信號(hào)Xfl，Xf2,進(jìn)行邏輯運(yùn)算，選擇 所需的故障注入信號(hào)X、： X/f = sel{Xo,f( · ),Xfi,Xf2} (3) 式中sel{}表不在X〇、f( · )、Xfi和Xf2中選擇任一所需的故障注入信號(hào)X、作為信號(hào)調(diào)理 的輸出； 步驟2:確定生成的故障注入信號(hào)X、是否需要疊加噪聲，并生成故障注入信號(hào)Xf作為最 終輸出： Xf = X7 f+(Ns) (4) 式中+ (NS)表示可根據(jù)實(shí)際情況和用戶需要，選擇是否疊加噪聲信號(hào)Ns。5. -種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求4所述的高速列車牽引傳動(dòng)控制系統(tǒng)的故障注入方法的仿真系 統(tǒng)，其特征在于，包括基于仿真環(huán)境構(gòu)建的牽引傳動(dòng)控制系統(tǒng)主電路、控制策略，以及故障 注入基準(zhǔn);其中，故障注入基準(zhǔn)包括牽引變流器故障注入模塊、牽引電機(jī)故障注入模塊、傳 感器故障注入模塊、牽引控制器TCU故障注入模塊。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的仿真系統(tǒng)，其特征在于，各所述的故障注入模塊均包括故障注 入控制器、信號(hào)調(diào)理器和噪聲信號(hào)發(fā)生器三個(gè)部分； 故障注入控制器包括用戶指令分配器、信號(hào)選擇器和內(nèi)部故障信號(hào)生成器； 用戶指令分配器:根據(jù)用戶命令，確定故障注入點(diǎn)A，確定生成故障信號(hào)的來(lái)源，確定輸 出端Y的信號(hào)來(lái)源以及是否在其信號(hào)上疊加噪聲，提供給信號(hào)選擇器;如故障信號(hào)由內(nèi)部 故障信號(hào)生成器產(chǎn)生，則確定所需模擬的故障類型及其調(diào)理方式，提供給故障信號(hào)生成器； 信號(hào)選擇器:根據(jù)用戶指令分配器提供的命令，輸出控制指令至信號(hào)調(diào)理器和噪聲信 號(hào)發(fā)生器中，控制信號(hào)調(diào)理器的故障信號(hào)輸入通道和中間故障注入信號(hào)輸出的選擇，控制 是否疊加噪聲信號(hào)； 內(nèi)部故障信號(hào)生成器