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专利号: 2020105139088
申请人: 西南交通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于经验小波希尔伯特变换的电力机车空转识别方法,其特征在于:首先通过空转趋势识别系统对机车轮对速度进行经验小波变换、最优特征信号提取和希尔伯特变换得到希尔伯特能量谱,进而通过基于时频-能量谱的空转趋势识别得到机车当前空转趋势值;同时通过牵引力矩指令对当前运行工况进行辨识得到当前工况信息值;最后利用空转趋势值、当前工况信息值和通过差分阈值法得到的差分空转判定值对机车空转状态进行综合判定,识别出机车空转状态。

2.根据权利要求1所述的一种基于经验小波希尔伯特变换的电力机车空转识别方法,其特征在于:所述经验小波变换的步骤包括:步骤一、对机车轮对速度v(t)进行快速傅里叶变换,并将傅里叶频率谱限定于ω∈[0,π];

步骤二、将傅立叶频率谱[0,π]分割成N个连续的片段,每个片段定义为Λn=[ωn-1,ωn],其中ωn为片段之间的边界,且有ω0=0和ωN=π;

步骤三、基于步骤二划分的频谱Λn=[ωn-1,ωn],首先以每个片段边界ωn为中心,定义宽度为Tn=2τn的过渡段;然后定义τn=γωn且使 最后选择β(x)=x4(35-84x+70x2-20x3),按如下公式计算经验尺度函数 和经验小波函数步骤四、对原始信号v(t)进行经验小波变换,按如下公式计算得到在不同频率尺度上的i个经验模态:v1(t)=Wv(1,t)*φ1(t)

vk(t)=Wv(k,t)*ψk(t)

其中,k=2,3,...,i;Wv(n,t)=,Wv(1,t)=,分别为经验小波变换系数的细节系数和近似系数;<·>表示计算内积。

3.根据权利要求2所述的一种基于经验小波希尔伯特变换的电力机车空转识别方法,其特征在于:对傅立叶频率谱[0,π]进行分割的具体方法为:首先检测出傅里叶频谱中M个极大值Mi(i=1,2,…,M),将其按递减顺序排序并正则化到[0,1];然后保留所有大于阈值MM+0.35×(M1-MM)的极大值,其个数即为频谱分割数N;最后,定义ωn为两个连续且大于上述阈值的极大值的中心,完成对频谱的划分。

4.根据权利要求1所述的一种基于经验小波希尔伯特变换的电力机车空转识别方法,其特征在于:所述最优特征信号提取的步骤包括:步骤一、按如下公式计算方差贡献率:

其中:Mk为第k个经验模态vk(t)的方差贡献率,Dk为第k个经验模态vk(t)的方差;Δt为信号的数据采样时间;

步骤二、将各经验模态的方差贡献率值降序排列,然后选择方差贡献率之和大于0.95的前N个经验模态vk(t)作为最优特征信号vopt(t),即 其中1≤N<i。

5.根据权利要求2所述的一种基于经验小波希尔伯特变换的电力机车空转识别方法,其特征在于:所述希尔伯特变换的步骤包括:步骤一、对最优特征信号vopt(t)中的每个经验模态vk(t)进行希尔伯特变换,变换公式为: 其中,p表示广义积分的柯西主值;

步骤二、按如下公式计算最优特征信号vopt(t)中每个经验模态vk(t)的解析信号zk(t)、瞬时频率ωk(t)和瞬时幅值ak(t):步骤三、按如下公式计算最优特征信号vopt(t)的希尔伯特能量谱IE(t):其中:H(ω,t)为最优特征信号vopt(t)的希尔伯特三维时频函数,按如下公式计算得到:式中:N表示最优特征信号vopt(t)中经验模态vk(t)的个数,1≤N<i。

6.根据权利要求2所述的一种基于经验小波希尔伯特变换的电力机车空转识别方法,其特征在于:所述空转趋势值的计算方法为:步骤一、利用输入的希尔伯特能量谱IE(t)计算得到当前时刻信号能量En;

步骤二、按如下公式计算0.5秒内的平均信号能量Ea:

其中:n=f/2,f为信号实际采样频率;

步骤三、判断是否满足En>k×Ea,其中k为设定的增益系数:若是,则判定此时机车有空转趋势并输出空转趋势值Sh=1;若否,则判定机车没有发生空转并输出空转趋势值Sh=

0。

7.根据权利要求1所述的一种基于经验小波希尔伯特变换的电力机车空转识别方法,其特征在于:所述当前工况信息值的计算方法为:步骤一、判断是否满足牵引力矩指令Tb>牵引力矩阈值T1:若是,则判定当前工况为牵引工况,并输出当前工况信息值Sta=1;若否,则进入步骤二;

步骤二、判断是否满足牵引力矩指令Tb>制动力矩阈值T2:若是,则判定当前工况为惰行工况,并输出当前工况信息值Sta=0;若否,则判定当前工况为制动工况,并输出当前工况信息值Sta=-1。

8.根据权利要求1所述的一种基于经验小波希尔伯特变换的电力机车空转识别方法,其特征在于:所述差分空转判定值的计算方法为:步骤一、计算当前时刻速度值与0.3秒前速度值的差分Dv;

步骤二、判断差分Dv是否大于设定的差分阈值:若是,则判定空转,并输出差分空转判定值Sd=1;否则,则判定没有空转,并输出差分空转判定值Sd=0。

9.根据权利要求1所述的一种基于经验小波希尔伯特变换的电力机车空转识别方法,其特征在于:对机车空转状态进行综合判定的方法为:步骤一、通过当前工况信息值判断当前工况是否为牵引工况:若否,则判定没有空转,并结束当前时刻的空转识别;若是,则进入步骤二;

步骤二、判断空转趋势值是否等于1:若否,则判定没有空转,并结束当前时刻的空转识别;若是,则进入步骤三;

步骤三、判断差分空转判定值是否等于1:若否,则判定没有空转,并结束当前时刻的空转识别;若是,则判定此时发生了空转。