CN104554338A - 基于模糊控制的列车轮径在线监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于模糊控制的列车轮径在线监测方法，该方法通过车轮外侧和内侧分别设置无线发射器和无线接收器来采集检测数据，具体包括以下步骤：1)无线接收器接收无线发射器发送的数据，获取接收数据的频率，并将其进行编码后由交换机转发至后端的模糊控制器；2)模糊控制器采用Mamdani型推理机对接收到的信息进行处理，获取隶属度函数并保存数据；3)比较器根据隶属度函数判定列车轮径是否处于临界状态或达到报废条件；4)若处于临界状态或达到报废条件，则进行报警。与现有技术相比，本发明通过对车轮外径点对点的在线监测，及时在车轮磨损达到可报废的临界上值状态即可告知中央控制系统，进行检查或直接更换列车车轮，避免事故的错报和提高了列车运行的安全性。

Description

基于模糊控制的列车轮径在线监测方法

技术领域

本发明涉及一种列车轮径检测方法，尤其是涉及一种基于模糊控制的列车轮径在线监测方法。

背景技术

目前，国内的高速铁路建设如火如荼，根据目前国家的“十二五”规划，我国第一步建设的高速铁路干线有“四横四纵”，总长愈一万一千公里。高速铁路的设计运营速度是380公里/小时，最高时速可达460公里/小时。根据设计运营速度，计算出车轮的转速超过2200转/分钟，甚至更高。如此高速的转速下，对车轮的耐磨损性是个极大的挑战。

鉴于上述，高速运转的车轮作为高速铁路车辆最重要的走行部件，对于高速铁路的安全运输起着关键性的作用，也是实时控制的重要对象之一。特别是针对高速铁路，列车车轮各种磨耗及直径变化的速度变得比以往更快，给列车的运行安全带来隐患。

目前我国对于车辆轮径的测量主要是被动测量，当车轮行驶一段时间后，需定期送车间进行检修，检修的方法还停留在手工测量和离线自动测量，不能在线实时发现直径磨损超过限制的车轮。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于模糊控制的列车轮径在线监测方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于模糊控制的列车轮径在线监测方法，该方法通过车轮外侧和内侧分别设置无线发射器和无线接收器来采集检测数据，具体包括以下步骤：

1)无线接收器接收无线发射器发送的数据，获取接收数据的频率，并将其进行编码后由交换机转发至后端的模糊控制器；

2)模糊控制器采用Mamdani型推理机对接收到的信息进行处理，获取隶属度函数并保存数据；

3)比较器根据模糊控制器处理得到的数据判定列车轮径是否处于临界状态或达到报废条件；

4)若处于临界状态或达到报废条件，则进行报警。

所述的无线发射器和无线接收器为红外检测器，并且设有编、解码器。

模糊控制器为二维输入，一维输出，其模糊规则库包含7×7＝49条模糊控制规则，模糊规则表如下：

e\ec	NB	NM	NS	ZO	PS	PM	PB
								NB	-3	-3	-3	-3	-2	-1	-1
NM	-3	-3	-3	-3	-2	0	0
								NS	-2	-2	-2	-2	0	1	1
ZO	-2	-2	-1	0	1	2	2
								PS	-1	-1	0	2	2	2	2
PM	0	0	2	3	3	3	3
								PB	1	1	2	3	3	3	3

其中，e和ec分别为模糊控制器的二维输入。

与现有技术相比，本发明通过对车轮外径的点对点的监测，及时在车轮磨损达到可报废的临界上值状态即可告知中央控制系统，进行检查或直接更换列车车轮，避免事故的错报和提高了列车运行的安全性；这种方法不仅能够实现控制，而且能够模拟人的思维方式对一些无法构造数学模型进行有效的控制，提高处理的准确性。

附图说明

图1为模糊控制器的原理图；

图2为模糊控制器中输入与输出量的隶属度函数图；

图3为模糊控制器进行处理的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

为了实现本发明的技术方案，首先需要设置一对红外监测器，称为前端设备，主要包括分别位于车轮外侧和内侧的无线发射器和无线接收器，同时编、解码器，用于对采集的数据进行编、解码；中间设备为交换机，用于转发数据；后端设备为模糊控制器和比较器，用于进行数据的分析处理。本发明的方法具体包括如下步骤：

1)无线接收器接收无线发射器发送的数据，获取接收数据的频率，并将其进行编码后由交换机转发至后端的模糊控制器。

2)模糊控制器对接收的信息进行模糊处理。其采用的模糊控制器结构如图1所示，采用二维输入、一维输出的形式，输入量为误差e和误差的变化率ec，输出量为控制量U。

模糊规则库包含7×7＝49条模糊控制规则，采用Mamdani型推理机，分别用-3，-2，-1，0，1，2，3分别代替NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB，得到如下模糊规则表：

e\ec	NB	NM	NS	ZO	PS	PM	PB
								NB	-3	-3	-3	-3	-2	-1	-1
NM	-3	-3	-3	-3	-2	0	0
								NS	-2	-2	-2	-2	0	1	1
ZO	-2	-2	-1	0	1	2	2
								PS	-1	-1	0	2	2	2	2
PM	0	0	2	3	3	3	3
								PB	1	1	2	3	3	3	3

同时采用“Zadeh-Mamdani最大一最小”方法进行模糊推理，采用“重心法”解模糊。

由于采用的模糊控制具有7X7＝49条规则，使得判定准则比数字控制的单一准则要更加接近人的思维方式，所以更加贴近实际情况。

模糊化后e＝f(Ke，E)、ec＝f(Kec，EC)和U论域均为[-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6]。隶属度函数曲线较尖的模糊子集其分辨率高，控制灵敏度也高；隶属度曲线形状较缓，控制特性也较平缓，系统稳定性好。选择高分辨率的三角形模糊子集。e，ec，U的隶属度函数均为三角形、均匀分布、全交叠的隶属度函数，具体如下图所示。

3)比较器根据模糊控制器处理得到的数据判定列车轮径是否处于临界状态或达到报废条件。

4)若处于临界状态或达到报废条件，则进行报警，具体分析和处理的过程如图3所示。

由于采用了模糊控制，将传统的PID控制器变为二维输入、一维输出的模糊控制器。传统的控制量u＝f(x)，其中f(x)是一个确定的数学传递函数，而模糊控制的核心是利用模糊集合理论，把人的控制策略的自然语言转化为计算机能够接受的算法语言所描述的控制方法，这种方法不仅能够实现控制，而且能够模拟人的思维方式对一些无法构造数学模型进行有效的控制，提高处理的准确性。

Claims (3)

1.一种基于模糊控制的列车轮径在线监测方法，其特征在于，该方法通过车轮外侧和内侧分别设置无线发射器和无线接收器来采集检测数据，具体包括以下步骤：

1)无线接收器接收无线发射器发送的数据，获取接收数据的频率，并将其进行编码后由交换机转发至后端的模糊控制器；

2)模糊控制器采用Mamdani型推理机对接收到的信息进行处理，获取隶属度函数并保存数据；

3)比较器根据模糊控制器处理得到的数据判定列车轮径是否处于临界状态或达到报废条件；

4)若处于临界状态或达到报废条件，则进行报警。

2.根据权利要求1所述的一种基于模糊控制的列车轮径在线监测方法，其特征在于，所述的无线发射器和无线接收器为红外检测器，并且设有编、解码器。

3.根据权利要求1所述的一种基于模糊控制的列车轮径在线监测方法，其特征在于，模糊控制器为二维输入，一维输出，其模糊规则库包含7×7＝49条模糊控制规则，模糊规则表如下：

e\ec NB NM NS ZO PS PM PB NB -3 -3 -3 -3 -2 -1 -1 NM -3 -3 -3 -3 -2 0 0 NS -2 -2 -2 -2 0 1 1 ZO -2 -2 -1 0 1 2 2 PS -1 -1 0 2 2 2 2 PM 0 0 2 3 3 3 3 PB 1 1 2 3 3 3 3

其中，e和ec分别为模糊控制器的二维输入。