基于协同设计的高速列车制动系统维护感知建模与嵌入诊断推理

High-speed train braking system is necessary to own maintenance aware and diagnosis performances because of its function importance and structure complexity which result in hard analysis about failure mechanisms of braking system. With the increasing number of information requirements on inservice monitoring and maintenance, fault diagnosis and safety assessment needs design in system-lever. The objective of this study is to develop methodology of onboard monitoring and diagnosis reasoning by integrative design that is based on function flow testability analysis, virtual prototyping modeling and onboard hybrid reasoning. As a result, safety, reliability and maintenablity of high-speed train can be improved with the design performances of health aware and fault isolation, so that endue the braking system with optimal health monitoring and accurate onboard diagnosis.

本项目以高速列车制动系统为研究对象，针对该类机电系统的功能与结构日趋复杂化，所导致的系统内部失效耦合机理分析难度增大，服役过程中监测与维护所需的信息量急剧增加，故障诊断与安全评估越来越需要对系统总体进行把握的情况，拟开展车载监测与诊断推理基础技术研究。以协同设计的研究思路针对该类复杂机电系统开展基于功能流的测试性分析、基于虚拟样机的设计与功能仿真、以及基于定性描述和定量描述混合建模的嵌入诊断推理技术研究，充分考虑系统服役过程中的维护感知与自诊断能力需求，将其融入到系统功能设计初期，研究适用于复杂机电系统详细概念研发阶段的一体化设计方法，在降低开发成本和周期的同时，赋予制动系统实时健康感知和故障隔离定位的最大潜能，进一步确保高速列车的运行安全性、可靠性和维修性，使"制动"这一关键系统具备最优的健康维护感知能力和快速准确的嵌入诊断推理能力。

本项目以重载电力机车制动系统为研究对象，针对该类机电气系统的功能与结构设计日趋复杂化，所导致的系统内部失效耦合机理分析难度增大，服役过程中监测与维护所需的信息量急剧增加，故障诊断与安全评估越来越需要对系统的总体进行把握的情况。研究了基于键合图模型的重载机车制动系统故障检测、诊断及预测问题。分别提出了基于MSET、AAKR、SPRT的非参经验模型估计方法和监测手段，用于开展故障实时检测，提出了基于线性分式变换LFT的故障键合图不确定性建模技术，用于开展基于模型的鲁棒诊断，最后提出了基于键合图模型推理的中继阀泄露故障预测方法。本项目研究成果最终形成了一套完整的基于功率键合图理论的工程系统健康管理技术体系。