CN112329194B - 一种基于数学模型的铁路信号继电器有效时间参数确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于数学模型的铁路信号继电器有效时间参数确定方法，所述基于数学模型的铁路信号继电器有效时间参数确定方法包括以下步骤：整理6个继电器试品的时间参数和接触压降数据，以一个铁路信号继电器的一对触头为例进行分析，将时间参数分为X组，接触压降分为Y组；根据专家经验和继电器性能结构时间参数与接触压降的关系，得到基于机理角度的X组与Y组的相关程度；从数理角度分析X组与Y组参数数据之间的关系，得到基于数理角度的X组与Y组的相关程度；通过和得到时间参数和接触压降的组合相关程度；通过比较各个时间参数的相关程度大小，来确定铁路继电器的有效时间参数。

Description

一种基于数学模型的铁路信号继电器有效时间参数确定方法

技术领域

本发明涉及一种基于数学模型的铁路信号继电器有效时间参数确定方法。

背景技术

铁路信号继电器是铁路设备中主要的开关器件，其可靠性会影响铁路信号系统的安全工作，考虑到触头电磨损对继电器的寿命有很大影响，所以接触电阻对于分析继电器的运行状态很重要，而目前还无法直接对运行状态下的铁路信号继电器的接触电阻进行实时测量，这给基于接触电阻进行有效时间参数的确定带来了很大的困扰。

目前针对铁路信号继电器的有效时间参数确定的问题还不够完善，没有进行系统且充分的了解和分析，如果每次都将所有的时间参数一一进行分析会增加我们的分析时间，甚至会影响最终的预测结果，这样会加大这个研究方向的人力物力，使实验成本增加、浪费时间。

因此，如何较准确地选取铁路信号继电器的有效时间参数以减少实验成本、节约时间，已经成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种基于数学模型的铁路信号继电器有效时间参数确定方法，用于解决铁路信号继电器有效时间参数的确定问题，由于接触压降可以与时间参数同步测量，所以本发明采用接触压降这一参数来进行铁路信号继电器有效时间参数的确定。

经过电寿命实验测量得到的时间参数有：触动时间、吸合时间、释放时间、动合超程时间、动断超程时间、吸合自由运动时间、释放自由运动时间，这些时间参数的变化反映了继电器运行状态的变化，相对于接触压降来说这些时间参数哪些比较重要是本发明需要解决的问题。

为解决上述问题，本发明提供一种基于数学模型的铁路信号继电器有效时间参数确定方法，所述基于数学模型的铁路信号继电器有效时间参数确定方法步骤如下：

首先进行数据预处理，对各个参数序列进行异常值处理，主要是零值处理，取其前后5个数值的均值代替，将数据补充完整。经过系统测量得到p个时间参数X_i和接触压降Y，且X_i和Y为n行1列的一维列向量，以X_i为例进行零值处理，若X_i(j)＝0(X_i(j)为X_i的第j行数值)，那么则令

其中i＝1,2,..,p，j＝1,2,...,n，缺失值和异常值的处理方式与零值处理方式相同。

对各参数数据进行无量纲处理，首先要选取各个参数的基准值，基准值选取的原则要依据各个时间参数之间的关系以及经过缺失值和异常值处理后的参数的原始图像，通过观察主观推断来确定基准值X_iB、Y_B，然后将原始数据除以基准值X_iB、Y_B得到标幺值X_i ^*、Y^*。

接下来从机理角度对各个时间参数与接触压降进行关联分析，首先根据经验和机理分析各个时间参数对继电器性能的影响程度，将其分为1～9个等级，等级越高相关程度越大，利用得到的p个分值σ_i相对于其他时间参数的重要性，即每个时间参数的得分与其他时间参数得分的比值，构造一个判断矩阵A，矩阵A表示为

求解矩阵A的特征值和特征向量。得到矩阵A的最大的特征值λ_max对应的特征向量σ的绝对值|σ|，将其作为从机理角度分析的各个时间参数相对于接触压降的相关程度ζ_i ⁽¹⁾。

从数理角度对各个时间参数与接触压降进行关联分析，首先求解在继电器触头运动相同次数下时间参数与接触压降的距离，也就是求解在对应维度上的子序列与母序列的关联性。接下来首先求解X_i ^*与Y^*在相同维度上的距离差，即

然后求出p个Z_i序列的所有数值中的最大值Z_imax和最小值Z_imin，最大值为

最小值为

接下来利用如下公式得到子序列X_i ^*相对于母序列Y^*的关联序列：

其中ρ是用来控制关联序列的区分度的一个可调节的系数，区间为[0,1]，ρ越小，区分度越大，通常取ρ＝0.5。接下来利用

求解关联序列的均值记作

将其作从数理角度分析的各个时间参数与接触压降的相关程度ζ_i ⁽²⁾。

将从数理角度与从机理角度得到的相关程度结合起来得到各个时间参数的组合相关程度，利用如下公式将其结合：

其中

取值在(0,1)之间，体现了ζ_i ⁽¹⁾与ζ_i ⁽²⁾的重要程度，

越大，表示ζ_i ⁽¹⁾对于组合相关程度的影响越大，从而得到了时间参数与接触压降的相关程度ζ_i。

如上所述，本发明的基于数学模型的铁路信号继电器有效时间参数确定方法，具有以下收益效果：

1)本发明可根据在继电器动作过程中实时采集的时间参数和接触压降的数据进行相关性分析，解决了接触电阻值不能实时测量而无法与时间参数同步分析的问题。

2)本发明利用定基准值的方法对参数进行无量纲化处理，解决了采用常规的最值归一化方法可能带来的归一化后数据曲线骤降的问题。

3)本发明从机理角度和数理角度相结合的方法对参数进行分析，使分析结果既符合继电器性能要求，也体现了测量数据之间的关系。

附图说明

图1为本发明基于数学模型的铁路信号继电器有效时间参数确定方法的流程图。

图2为6个继电器试品触动时间的折线图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施案例对本发明进行详细说明。本专利的温度不限定，参数的种类不限定，铁路信号继电器的样本数据也不限定。具体步骤如下：

首先选取进行数据分析所用的时间参数，以一个铁路信号继电器的一对触头为例进行分析，每对触头对应的时间参数为触动时间、吸合时间、释放时间、动合超程时间、动断超程时间、吸合自由运动时间、释放自由运动时间共7个时间参数，分别记为x₁～x₇，而每对触头包括一个常开触头和一个常闭触头，即包括两个接触压降参数，所以首先要将两个接触压降参数进行参数融合。

对于同一对触头来说，常开触头和常闭触头同等重要，所以通过给两个接触压降序列y₁、y₂分配相同的权重值进行融合，即y＝y₁/2+y₂/2，这样就得到了一个新的接触压降序列，接下来对各个参数序列x_i和y进行异常值处理，将所有的异常值利用其前后五个数值的均值代替，由此得到了新的序列X_i(i＝1，2，…，7)、Y。

接下来确定各个参数的基准值，选取同时进行电寿命实验的6个试品的参数进行分析，对不同试品的相同参数的折线图进行对比分析，观察图2中6个试品触动时间的折线图，确定了触动时间的基准值为25ms，以同样的方式确定了其他参数的基准值，如表1所示：

表1各参数基准值

将原始数据除以各自的基准值得各参数的标幺值序列X_i ^*(i＝1，2，…，7)、Y^*。

从机理角度分析，首先根据专家经验和机理分析各个时间参数对继电器性能的影响程度对继电器的时间参数进行打分，共有1～9个等级，继电器失效的主要模式有触点接触不良，其主要原因是超程不足等，超程时间可以反应继电器的超程，所以动断超程时间和动合超程时间的评分为5分；吸合时间和释放时间可以在一定程度上反应继电器触头的吸合和释放的运动距离，吸合时间和释放时间的评分为3分；在触点自由运动的时间里触头并没有接触，所以给吸合自由运动时间和释放自由运动时间打2分；在衔铁还没有动作之前属于触动时间，所以给触动时间打1分，得分表如表2所示：

表2时间参数得分表

根据

的构造规则，通过时间参数的得分建立判断矩阵，由于吸合时间和释放时间、动断超程时间和动合超程时间、吸合自由运动时间和释放自由运动时间的得分是相同的，所以只需选取两个参数中的一个来构造判断矩阵方可，由此建立判断矩阵

求解矩阵A的最大的特征值λ_max＝4所对应的特征向量σ＝[-0.1140,-0.3419,-0.5698,-0.2279]，其特征向量的绝对值|σ|即为从机理角度分析的各个时间参数与接触压降的相关程度ζ_i ⁽¹⁾，如表3所示：

表3基于机理角度分析的相关程度

从数理角度分析，首先求解X_i ^*与Y^*在相同维度上的距离差，即

然后通过求解最大值的公式

和求解最小值的公式

得到最大值Z_max和最小值Z_min，接下来利用求解关联序列的公式，如下式：

取ρ＝0.5代到上述公式，结合得到的7个Z_i序列的所有元素中的最大值Z_max和最小值Z_min，得到子序列X_i ^*相对于母序列Y^*的关联序列γ_i，接下来利用

求解关联序列γ_i的均值

将

作为从数理角度分析的各个时间参数与接触压降的相关程度ζ_i ⁽²⁾，如下表4所示：

表4基于数理角度分析的相关程度

将从数理角度与从机理角度得到的相关程度结合起来得到各个时间参数的组合相关程度，利用如下公式将其结合：

由于单纯从机理分析的方法是基于主观判断的，如果由于对继电器原理结构等分析不透彻导致评分不符合继电器运行的真实状态，那么结果会与真实情况有所偏差，所以取

把基于数理角度分析得到的相关程度占比加大，使组合相关程度更能有效地反映继电器运行的真实状态。得组合相关程度如表5所示：

表5组合相关程度

由组合相关程度可知，时间参数与接触压降的关联程度由大到小排序为：动合超程时间、释放自由运动时间、触动时间、动断超程时间、释放时间、吸合时间、吸合自由运动时间。由此，选择前三个时间参数即动合超程时间、释放自由运动时间和触动时间作为铁路继电器的有效时间参数。

Claims (2)

1.一种基于数学模型的铁路信号继电器有效时间参数确定方法，其特征在于，所述一种基于数学模型的铁路信号继电器有效时间参数确定方法包括以下步骤：

S1：整理电参数实验的6个继电器试品的所有时间参数和接触压降的数据，选择其中一个试品的一对触点进行分析，将时间参数数据作为X组，接触压降数据作为Y组；

S2：从机理角度分析，到时间参数与接触压降的相关程度ζ_i ⁽¹⁾；

步骤2-1分析各个时间参数对继电器性能的影响程度，给各个时间参数进行打分，利用分值构造判断矩阵

其中σ_i为各个时间参数的评分，p为7种时间参数；

步骤2-2求解矩阵A的特征值和特征向量；

步骤2-3求解矩阵A的最大的特征值λ_max对应的特征向量σ的绝对值|σ|；

步骤2-4将|σ|作为从机理角度分析的各个时间参数相对于接触压降的相关程度ζ_i ⁽¹⁾；

S3：从数理角度分析，通过求解在相同维度上子序列相对于母序列的关联性，得到时间参数与接触压降的相关程度ζ_i ⁽²⁾；

步骤3-1确定参数的基准值对参数进行无量纲处理，处理后得到的标幺值记作X_i ^*、Y^*；

步骤3-2求解X_i ^*与Y^*在相同维度上的距离差，即

步骤3-3求出p个Z_i序列的所有数值中的最大值Z_imax和最小值Z_imin，最大值为

最小值为

步骤3-4利用得到子序列X_i ^*相对于母序列Y^*的关联序列：

其中ρ是用来控制关联序列的区分度的一个可调节的系数，区间为[0,1]，ρ越小，区分度越大，取ρ＝0.5；

步骤3-5利用

求解关联序列的均值记作

将

作从数理角度分析的各个时间参数与接触压降的相关程度ζ_i ⁽²⁾；

S4：求解组合相关程度ζ_i，最后根据ζ_i的大小决定铁路信号继电器的有效时间参数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4包括求解组合相关程度；

步骤为利用公式

得到组合相关程度ζ_i，其中

的取值根据ζ_i ⁽¹⁾与ζ_i ⁽²⁾的重要程度决定。

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