：受用戶指令分配器和信號選擇器控制，確定是否經(jīng)過信號調(diào)理 以及如何生成基于信號調(diào)理的內(nèi)部特定故障信號fIN( ·); 信號調(diào)理器包括信號運(yùn)算器和邏輯運(yùn)算器，信號運(yùn)算器用于將特定故障信號f( ·)與 正常信號X〇進(jìn)行信號疊加生成Xfl，或進(jìn)行信號相乘生成Xf2;邏輯運(yùn)算器用于選擇性輸出故 障注入信號X' f; 噪聲信號發(fā)生器包括噪聲信號選擇器和噪聲信號生成器，噪聲信號選擇器用于確定故 障注入信號X、是否需要疊加噪聲，噪聲信號生成器用于生成所需要的噪聲信號Ns;經(jīng)噪聲 信號發(fā)生器后，故障注入模塊輸出所需的最終故障注入信號Xf。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述的牽引變流器故障注入模塊的故 障類型包括功率器件和無源元件的失效故障和電氣外特性衰退現(xiàn)象，對應(yīng)的故障注入信號 Xf主要由信號疊加和恒值輸出兩種方式生成，具體為： (1) 對于功率器件失效故障，采用疊加方式生成故障注入信號Xf，g卩（4)式中X、選擇Xfl 輸出，其中特定故障信號f( ·)為：式中P謙示第j組故障信號的子周期訓(xùn)表示第j組故障信號的觸發(fā)時刻；W表示第j組 第i個故障信號的持續(xù)時間占整個第j組故障信號子周期h的百分比；為第j組故障信號 的故障狀態(tài)，當(dāng)發(fā)生開路故障時csj = 0,當(dāng)發(fā)生短路故障時csj = l;nj表示第j組中注入信號 的總個數(shù)，且11」=06；[1(以」4〇+1)/^)，其中06；[1表示向正無窮大取整 ； (5)式用于模擬永久型、間歇型、瞬態(tài)型及其任意組合的故障信號，當(dāng)時，式中階 躍函數(shù)的差值為無窮大，用于模擬永久型故障信號；當(dāng)時，用于模擬瞬態(tài)型故障信號； 當(dāng)0<τ^< 1時，用于模擬間歇型故障信號； (2) 對于功率器件和無源元件出現(xiàn)電氣特性衰退現(xiàn)象，采用疊加方式生成故障注入信 號Xf，即(4)式中X、選擇Χη輸出，其中特定故障信號f( ·)為： f( · )=f(C) (6) 式中fU)為依據(jù)不同對象不同電氣參數(shù)變化特點(diǎn)生成的特定故障信號，ξ表示某特定 電氣特性的衰退率;這種情況下無需考慮噪聲； (3) 對于無源元件的失效故障，采用恒值輸出方式生成故障注入信號Xf，即（4)式中X、 直接選擇f( ·)輸出，特定故障信號f( ·)為： f( · ) = conts (7) 式中conts可取任意常數(shù)，這種情況下無需考慮噪聲。8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述的牽引電機(jī)故障注入模塊的故障 類型包括轉(zhuǎn)子斷條故障、定子匝間短路故障、氣隙偏心故障和端環(huán)斷裂故障，對應(yīng)的故障注 入信號Xf均由信號疊加方式生成，具體為： 將(4)式中X、選擇XfHt為輸出，其中特定故障信號f( ·)由三相定子電流產(chǎn)生某一特 定頻率的邊頻分量生成： f( · )=f(M,fl,s)=AlCOs(23Tfslt+9l)+A2COs(23Tfs2t+02) (8) 式中Μ為故障嚴(yán)重程度;fi為基波頻率;s為牽引電機(jī)轉(zhuǎn)差率;Ai、A2為相應(yīng)邊頻分量的幅 值，由基頻幅值和Μ可得;fsl、fs2為特定故障類型相應(yīng)邊頻分量的故障特征頻率，與轉(zhuǎn)差率s 和基頻有關(guān);θ:、θ2為相應(yīng)邊頻分量的相位角，可任意取值； (1) 當(dāng)發(fā)生轉(zhuǎn)子斷條故障時，牽引電機(jī)定子電流故障特征頻率為： fs=(l±2ks)fi (9) 式中k為故障電流階次，k=l，2,3，···;此時，fsi=(l+2ks)fi、fS2=(l-2ks)fi; (2) 當(dāng)發(fā)生定子匝間短路故障時，牽引電機(jī)定子電流故障特征頻率為： fs=[n±2k(l_2s)]fi (10) 式中 η為正整數(shù);此時，fsi= [n+2k(l_2s) ]fi、fS2= [n_2k(l_2s) ]fi; (3) 當(dāng)發(fā)生氣隙偏心故障時，牽引電機(jī)定子電流故障特征頻率為： fs=[n±k(l_s)]fi (11) 此時，fsi= [n+k(l_s) ]fi、fS2= [n-k(l-s) ]fi; (4) 當(dāng)發(fā)生端環(huán)斷裂故障時，牽引電機(jī)定子電流故障特征頻率為： fs=(l±2ks)fi (12) 此時，fsi= (l+2ks)fi、fS2= (l-2ks)fi。9. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述的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)故障，對應(yīng)的故障注入信號Xf由信號疊加、信號相乘和恒值輸出三種 方式生成，具體為： (1) 對于偏差、漂移、沖擊、精度下降故障，采用信號疊加方式生成故障注入信號Xf，即 (4)式中X、選擇Xfl輸出，其中特定故障信號f( ·)為： f( · )=f(z,w) (13) 式中f (z,w)為特定偏差形式；當(dāng)為恒偏差故障時，f (z,w) = z是一個恒值信號，z取任意 常數(shù);當(dāng)為漂移故障時，f(z，w) = z*t+w是一階線性時變信號，其中t為故障注入后的系統(tǒng)運(yùn) 行時間；當(dāng)為沖擊故障時，：?(2，《〇=5(1：-2)是一個沖擊信號 ；當(dāng)精度等級下降時，；^2，'\￥)=€ (2,0)=叭0,22)是一個均值為零、方差不為零的信號； (2) 對于周期性干擾故障，采用信號疊加方式生成故障注入信號Xf，g卩（4)式中X、選擇 Xfl輸出，其中特定故障信號f( ·)由（5)式生成，在這種情況下，式中CSj為隨機(jī)擾動信號幅 值； (3) 對于增益故障，采用信號相乘方式生成故障注入信號Xf，即⑷式中f f選擇Xf2輸出， 其中特定故障信號f( ·)為： f( · )=f(a) (14) 式中f(a)為特定增益形式，a為增益參數(shù)； (4)對于開路、短路、卡死和非線性死區(qū)故障，采用恒值輸出的方式生成故障注入信號 Xf，即（4)式中X、直接選擇f( ·)輸出，特定故障信號f( ·)由（5)式生成：當(dāng)發(fā)生開路與短路 故障時，conts取零；當(dāng)發(fā)生卡死故障時，conts取故障發(fā)生時刻信號的瞬時值；當(dāng)發(fā)生非線 性死區(qū)故障時，若信號幅值超出設(shè)定閾值，則conts取零。10. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述的牽引控制器故障注入模塊的 故障類型包括模擬信號I/O模塊、數(shù)字信號I/O模塊和存儲模塊的錯誤邏輯狀態(tài)/硬損傷，對 應(yīng)的故障注入信號X f由信號疊加和恒值輸出兩種方式生成，具體為： (1) 對于模擬信號I/O模塊故障，采用信號疊加方式生成故障注入信號Xf，即（4)式中f f 選擇Xh輸出，其中特定故障信號f( ·)為瞬時脈沖，采用雙指數(shù)模型描述： f(p,q,A)=A · (ep"t-eq，t) (15) 式中P，q為注入信號的時間系數(shù)，共同決定注入脈沖的寬度、上升沿時間與下降沿時 間;A為注入信號的幅值系數(shù)，決定注入脈沖的幅值大小； (2) 對于數(shù)字信號I/O模塊故障，采用恒值輸出方式生成故障注入信號Xf，即（4)式中X、 直接選擇f( ·)輸出，特定故障信號f( ·)由（5)式生成：當(dāng)外部干擾引起的瞬時脈沖信號大 于引腳電平的閾值TH時，conts取1;反之，conts取0; (3) 對于存儲模塊故障，采用恒值輸出方式生成故障注入信號Xf，即（4)式中X、直接選 擇f( ·)輸出，特定故障信號f( ·)由（5)式生成，conts取故障發(fā)生時刻傳感器反饋的速度 信號進(jìn)行隨機(jī)位翻轉(zhuǎn)的值。11. 根據(jù)權(quán)利要求5至10中任一所述的仿真系統(tǒng)，其特征在于，對牽引傳動控制系統(tǒng)各 故障類型的注入、仿真/模擬的步驟為： 步驟1:根據(jù)用戶指令，確定故障注入點(diǎn)，將所需故障注入模塊串接至輸入端點(diǎn)A與故障 注入信號的輸出端口A'點(diǎn)之間，設(shè)置相關(guān)故障注入?yún)?shù)； 步驟2:當(dāng)啟動故障注入時，由故障注入控制器選擇內(nèi)部故障信號fIN或外部故障信號 foiiT，作為f( ·);如選擇內(nèi)部故障信號作為特定故障信號f( ·)，生成被測對象所需的特 定故障注入模塊中的特定類型f( ·)信號； 步驟3:對所需的特定類型故障，采用（1)或(2)式對正常信號X。和特定故障信號f( ·)進(jìn) 行信號疊加或信號相乘，生成中間故障注入信號XflSXf2;按公式(3)在信號X〇、f( · )、Xfl和 Xf2中，選擇所需特定類型故障的注入信號f f; 步驟4:根據(jù)公式(4)，生成最終故障注入信號Xf，并由故障注入模塊的輸出端#輸出；存 儲相關(guān)車載傳感器注入前、注入后運(yùn)行數(shù)據(jù)，完成被測對象所需的特定類型故障的注入/模 擬。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高速列車牽引傳動控制系統(tǒng)的故障注入方法及仿真系統(tǒng)，該方法包括步驟：確定故障注入點(diǎn)的位置，生成被測對象所需注入/模擬故障的特定故障信號；將特定故障信號與注入前正常信號進(jìn)行信號調(diào)理生成故障注入信號；將故障注入信號注入到被測對象的故障注入點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對對象的故障注入/模擬。該系統(tǒng)包括牽引傳動控制系統(tǒng)和故障注入基準(zhǔn)，用于對高速列車牽引傳動控制系統(tǒng)的故障注入方法在仿真環(huán)境下的實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明可根據(jù)需要完成對高速列車牽引傳動控制系統(tǒng)中牽引變流器、牽引電機(jī)、傳感器和牽引控制器各子系統(tǒng)不同類型故障及其傳播、并發(fā)的故障注入/模擬，提供安全、可靠、接近真實(shí)的故障注入/模擬/仿真與測試，具有較強(qiáng)的適用性。
【IPC分類】G01M17/08
【公開號】CN105628406
【申請?zhí)枴緾N201510996427
【發(fā)明人】彭濤, 陽春華, 楊超, 史露, 趙帥, 賀澤洲, 楊笑悅, 劉博 , 尹進(jìn)田, 陶宏偉, 李晟
【申請人】中南大學(xué)
【公開日】2016年6月1日
【申請日】2015年12月28日