CN112632797A - 用于监测接触器状态的方法、装置和存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于监测接触器状态的方法，包括：获取接触器的实时工作信号，获取实时工作信号进行经验本征模态分解后的实时各阶本征模态分量；获取实时各阶本征模态分量中的多阶本征模态分量对应的实时峭度值；根据实时峭度值，获取接触器的状态。从数学的角度实现接触器状态的监测，用数学分析代替传统的复杂硬件状态检测专用单元，在不增加硬件单元复杂度的前提下，实现对接触器工作状态的实时监测，缩短了系统的开发周期；另一方面，减小了硬件单元和控制单元之间的耦合关系，有利于保证轨道交通牵引辅助变流系统可靠运行。本发明还公开了一种用于监测接触器状态的装置和存储介质。
Description
技术领域
本申请涉及轨道交通列车技术领域，特别涉及一种用于监测接触器状态的方法、装置和存储介质。
背景技术
在轨道交通牵引辅助变流系统中，对接触器状态的有效监测，可以在轨道车辆发生故障时，及时动作，保证牵引辅助变流系统安全运行。
现有技术中对接触器工作状态的监测局限于硬件层面，通过构造接触器单元和信号反馈装置，将反馈装置与控制单元互联，实现接触器状态的实时监测。
在实现本公开实施例的过程中，发现相关技术中至少存在如下问题：通过增加接触器单元和信号反馈装置来监测接触器的状态，导致较高的硬件设计复杂度的同时，增加了硬件单元和控制单元之间的耦合关系，增加了系统的不稳定性。
发明内容
本公开实施例提供了一种用于监测接触器状态的方法、装置和存储介质，以在一定程度上解决现有的监测接触器状态的技术方案存在的硬件复杂度高和系统稳定性低的技术问题。
第一方面，提供了一种用于监测接触器状态的方法，该方法包括：获取接触器的实时工作信号，获取所述实时工作信号进行经验本征模态分解后的实时各阶本征模态分量；获取所述实时各阶本征模态分量中的多阶本征模态分量对应的实时峭度值；根据所述实时峭度值，获取所述接触器的状态。
结合第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，获取所述实时各阶本征模态分量中的多阶本征模态分量，包括：获取所述接触器的历史工作信号，获取所述历史工作信号进行经验本征模态分解后的历史各阶本征模态分量；获取所述历史各阶本征模态分量对应的历史峭度值；根据所述历史峭度值的正态分布性，确定表示所述接触器的状态的多阶本征模态分量。
结合第一方面，在第一方面的第二种可能的实现方式中，根据所述实时峭度值，获取所述接触器的状态，包括：所述实时峭度值具有一致性，所述接触器正常；所述实时峭度值不具有一致性，所述接触器异常结合第一方面，
结合第一方面的第一种可能的实现方式，在第一方面的第三种可能的实现方式中，通过以下公式获取所述实时峭度值：
其中，Xrms为均方根，Kv1为实时峭度值，N为所述多阶本征模态分量的阶数，xi为所述实时各阶本征模态分量；
通过以下公式获取所述历史峭度值：
其中，Xrms为均方根，Kv2为历史峭度值，M为所述历史各阶本征模态分量的阶数，xj为所述历史各阶本征模态分量
结合第一方面的第一种可能的实现方式，在第一方面的第四种可能的实现方式中，根据所述历史峭度值的正态分布性，确定表示所述接触器的状态的多阶本征模态分量，包括：通过W检验获取表示所述正态分布性的统计量，根据所述统计量确定所述多阶本征模态分量。
结合第一方面或者第一方面的第一种可能的实现方式，在第一方面的第五种可能的实现方式中，所述经验本征模态分解，包括：步骤S11：根据所述接触器的工作信号xc(t)的极值点，拟合出上包络线和下包络线；步骤S12：根据所述上包络线和所述下包络线，拟合出均值曲线；步骤S13：根据所述接触器工作信号xc(t)和所述均值曲线，得到中间变量h(t)；步骤S14：判断所述中间变量h(t)是否同时满足第一条件和第二条件，所述中间变量h(t)未同时满足所述第一条件和所述第二条件时，将所述中间变量h(t)赋值给所述工作信号xc(t)，转入步骤S13，直至所述中间变量h(t)同时满足所述第一条件和所述第二条件，进入步骤S15；步骤S15：所述中间变量h(t)同时满足所述第一条件和所述第二条件时，所述中间变量h(t)为第一本征模态分量C1(t)，所述工作信号xc(t)减去各阶本征模态分量Ci(t)后，所述工作信号的剩余部分rn(t)＝xc(t)-Ci(t)，将所述中间变量h(t)赋值给所述工作信号xc(t)，转入步骤S13，直至所述工作信号的剩余部分rn(t)为单调信号或者常值序列。
结合第一方面的第五种可能的实现方式，在第一方面的第六种可能的实现方式中，所述第一条件包括：在所述中间变量的信号曲线范围内，极值点数量N，和过零点数量K，满足|N-K|≤1。
结合第一方面的第五种可能的实现方式，在第一方面的第六种可能的实现方式中，所述第二条件包括：所述信号曲线在任意点处，所述上包络线和所述下包络线的平均值为零。
第二方面，提供了一种用于监测接触器状态的装置，包括：经验本征模态分解模块，用于获取接触器的实时工作信号，获取所述实时工作信号进行经验本征模态分解后的实时各阶本征模态分量；峭度值获取模块，用于获取所述实时各阶本征模态分量中的多阶本征模态分量对应的实时峭度值；状态监测模块，用于根据所述实时峭度值，获取所述接触器的状态。
第三方面，提供了一种存储介质，存储介质存储有计算机程序，计算机程序包括程序指令，程序指令当被处理器执行时使处理器执行前述的用于监测接触器状态的方法。
本公开实施例提供的用于监测接触器状态的方法、装置和存储介质，可以实现以下技术效果：
从数学的角度实现接触器状态的监测，用数学分析代替传统的复杂硬件状态检测专用单元，在不增加硬件单元复杂度的前提下，实现对接触器工作状态的实时监测，缩短了系统的开发周期；另一方面，减小了硬件单元和控制单元之间的耦合关系，有利于保证轨道交通牵引辅助变流系统可靠运行；直接对接触器原始工作信号进行处理，保证了监测效果的实时性和可靠性。
以上的总体描述和下文中的描述仅是示例性和解释性的，不用于限制本申请。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图进行示例性说明，这些示例性说明和附图并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件示为类似的元件，附图不构成比例限制，并且其中：
图1是本公开实施例提供用于监测接触器状态的方法的流程示意图；
图2是本公开实施例提供的对接触器的工作信号xc(t)进行经验模态分解的流程示意图；
图3是本公开实施例提供的用于监测接触器状态的方法的另一流程示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行描述和说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。基于本申请提供的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本申请应用于其他类似情景。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本申请公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本申请揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本申请公开的内容不充分。
在本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域普通技术人员显式地和隐式地理解的是，本申请所描述的实施例在不冲突的情况下，可以与其它实施例相结合。
除非另作定义，本申请所涉及的技术术语或者科学术语应当为本申请所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请所涉及的“一”、“一个”、“一种”、“该”等类似词语并不表示数量限制，可表示单数或复数。本申请所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；例如包含了一系列步骤或模块(单元)的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可以还包括没有列出的步骤或单元，或可以还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面对本公开实施例中涉及的概念进行介绍，经验模态分解(empirical modedecomposition，简称EMD)是一种自适应的数据挖掘方法，可以将原始信号分解为具有不同时间尺度特性的局部特征信号。
峭度指标是无量纲参数，与轴承转速、尺寸、载荷等无关，对冲击信号特别敏感，能够反映信号中的冲击特征，对信号中的冲击特征很敏感。
Shapiro-Wilk检验，简称W检验，一种基于相关性的算法。
图1是本公开实施例提供用于监测接触器状态的方法的流程示意图。如图1所示，本公开实施例提供了一种用于监测接触器状态的方法，该方法，包括：步骤S1：获取接触器的实时工作信号，获取实时工作信号进行经验本征模态分解后的实时各阶本征模态分量；步骤S2：获取实时各阶本征模态分量中的多阶本征模态分量对应的实时峭度值；和，步骤S3：根据实时峭度值，获取接触器的状态。
在一些实施例中，接触器的实时工作信号可以是接触器工作过程中的电压量Vkm(t)或者电流量Ikm(t)，也可以是其他可以表示接触器工作情况的信号。
本公开实施例提供的用于监测接触器状态的方法，可以实现以下技术效果：将经验模态分解和峭度指标计算相结合，计算经经验模态分解后的实时各阶本征模态分量中的多阶本征模态分量对应的实时峭度值，提取峭度指标来表示接触器的工作状态，从数学的角度实现接触器状态的监测，用数学分析代替传统的复杂硬件状态检测专用单元，在不增加硬件单元复杂度的前提下，实现对接触器工作状态的实时监测，缩短了系统的开发周期；另一方面，减小了硬件单元和控制单元之间的耦合关系，有利于保证轨道交通牵引辅助变流系统可靠运行；直接对接触器原始工作信号进行实时处理，保证了监测效果的实时性和可靠性。
图2是本公开实施例提供的对接触器的工作信号xc(t)进行经验模态分解的流程示意图。如图2所示，在一些实施例中，获取本征模态分量，包括：对接触器的工作信号xc(t)进行经验模态分解，具体包括：步骤S11：根据接触器的工作信号xc(t)的极值点，拟合出上包络线emax(t)和下包络线emin(t)；步骤S12：根据上包络线emax(t)和下包络线emin(t)，拟合出均值曲线m(t)；步骤S13：根据接触器的工作信号xc(t)和均值曲线m(t)，得到中间变量h(t)；步骤S14：判断中间变量h(t)是否同时满足第一条件和第二条件，中间变量h(t)未同时满足第一条件和第二条件时，将中间变量h(t)赋值给接触器的工作信号xc(t)，转入步骤S13，直至中间变量h(t)同时满足第一条件和第二条件，进入步骤S15；步骤S15：中间变量h(t)同时满足第一条件和第二条件时，中间变量h(t)为第一本征模态分量C1(t)，接触器的工作信号xc(t)减去各阶本征模态分量Ci(t)后，接触器的工作信号的剩余部分rn(t)＝xc(t)-Ci(t)，将中间变量h(t)赋值给接触器上位工作信号xc(t)，转入步骤S13，直至接触器的工作信号xc(t)的剩余部分为单调信号或者常值序列。其中，接触器的工作信号，可以是接触器的实时工作信号，也可以是接触器的历史工作信号。接触器的实时工作信号和接触器的历史工作信号都可以通过图2中所示的流程进行经验模态分解。
在一些实施例中，可以对接触器的工作信号进行降采样后再进行本征模态分解。例如是，可以将接触器工作的原始数据以平均数的方式进行降采样操作。这样，可以很好地发挥本征模态分解的性能。
在一些实施例中，接触器工作信号xc(t)内的所有极值点包括：极大值点EPmax1、EPmax2、EPmax3…EPmaxp，和极小值点EPmin1、EPmin2、EPmin3…EPminq，根据极大值点EPmax1、EPmax2、EPmax3…EPmaxp，拟合出上包络线emax(t)，根据极小值点EPmin1、EPmin2、EPmin3…EPminq，拟合出下包络线emin(t)。
在一些实施例中，根据上包络线emax(t)和下包络线emin(t)，拟合出均值曲线m(t)，包括：
在一些实施例中，根据接触器的工作信号xc(t)和均值曲线，得到中间变量h(t)，包括：h(t)＝xc(t)-m(t)。
在一些实施例中，第一条件包括：在中间变量的信号曲线范围内，极值点EP1、EP2、EP3…EPN的数量N，和过零点ZP1、ZP2、ZP3…ZPK数量K，满足|N-K|≤1。
在一些实施例中，第二条件包括：中间变量的信号曲线在任意点处，上包络线和下包络线的平均值为零。
在一些实施例中，中间变量h(t)未同时满足第一条件和第二条件，重新中间变量h(t)，h(t)＝xc(t)-m(t)。
在一些实施例中，步骤S15中，接触器的工作信号xc(t)减去各阶本征模态分量Ci(t)，包括：每得到一阶本征模态分量，xc(t)＝xc(t)-Ci(t)。
在一些实施例中，接触器的工作信号的剩余部分rn(t)为单调信号或者常值序列时，得到接触器的工作信号xc(t)经经验模态分解后的第一本征模态分量C1(t)、第二本征模态分量C2(t)…第N本征模态分量Cn(t)和常值序列，即
在一些实施例中，通过以下公式获取实时峭度值：
其中，Xrms为均方根，Kv1为实时峭度值，N为多阶本征模态分量的阶数，xi为实时各阶本征模态分量；
通过以下公式获取历史峭度值：
其中，Xrms为均方根，Kv2为历史峭度值，M为历史各阶本征模态分量的阶数，xj为历史各阶本征模态分量。
在一些实施例中，获取实时各阶本征模态分量中的多阶本征模态分量，包括：获取接触器的历史工作信号，获取历史工作信号进行经验本征模态分解后的历史各阶本征模态分量；获取历史各阶本征模态分量对应的历史峭度值；根据历史峭度值的正态分布性，确定表示接触器的状态的多阶本征模态分量。
在接触器处于工作状态时，可以截取某段具有代表性的的波形数据进行分析，可以是接触器电流量上升阶段的数据，保留一定量的数据点，形成接触器的历史工作信号，对接触器的历史工作信号进行经验模态分解。
在一些实施例中，根据历史峭度值的正态分布性，确定表示接触器工作状态的多阶本征模态分量，包括：通过W检验获取表示正态分布性的统计量，根据统计量确定多阶本征模态分量。其中，统计量
即，将历史峭度值按数值大小排列，使K1≤K2≤…≤Km，a的值可以通过查表得到。若计算得到的W值小于判断界限Wα，按表上行写明的显著性水平α舍弃正态性假设；若W＞Wα，则接收正态性假设。其中，Wα的值可以查表得到。通过计算得到的统计量W越接近1，表明此峭度值和正态分布拟合得越好，此历史峭度值对应的本征模态分量可以较好地表示接触器的工作状态。
在一些实施例中，根据实时峭度值，获取接触器的状态，包括：实时峭度值具有一致性，接触器正常；实时峭度值不具有一致性，接触器异常。在实现本公开实施例的过程中发现，对各阶本征模态分量的历史峭度值进行统计分析后，得到历史峭度值具有正态分布性的特点，基于此特性，用历史峭度值与原始数据拟合度较高的多阶本征模态分量表示表示接触器的工作状态。
在一些实施例中，可以通过接触器正常工作状态下数据经计算后得到的历史峭度值，得到接触器处于正常工作状态的指标。
图3是本公开实施例提供的用于监测接触器状态的方法的另一流程示意图。如图3所示，采集接触器的原始振动信号Svib(t)；将Svib(t)进行经验本征模态分解；截取阶段信号xc(t)内的所有极值点EP1、EP2、EP3…EPN；拟合出上下极值点的包络线emax(t)和emin(t)；拟合出均值包络线m(t)，m(t)＝(emax(t)+emin(t))/2；循环步骤：计算中间变量h(t)＝xc(t)-m(t)；判断中间变量是否同时满足条件a和条件b，其中条件a为前述的第一条件，条件b为前述的第二条件；中间变量不能同时满足条件a和条件b时，将中间变量赋值给xc(t)，重新计算中间变量，直至中间变量同时满足条件a和条件b；中间变量同时满足条件a和条件b时，中间变量为各阶本征模态分量，从xc(t)中扣除各阶本征模态分量后得到的剩余部分是单调序列或者常值序列，则本征模态分解完成，若剩余部分不是单调序列或者常值序列，将剩余部分赋值给xc(t)，重新进入循环步骤，直至剩余部分为单调序列或者常值序列；本征模态分解完成后进行峭度指标计算，判断峭度值时域特征是否具有一致性；若具有一致性，则接触器工作状态正常，继续进行监测；若不具有一致性，则接触器工作状态异常，进行接触器健康状态报警。
本公开实施例还提供了一种用于监测接触器状态的装置，包括：经验本征模态分解模块，用于获取接触器的实时工作信号，获取实时工作信号进行经验本征模态分解后的实时各阶本征模态分量；峭度值获取模块，用于获取实时各阶本征模态分量中的多阶本征模态分量对应的实时峭度值；状态监测模块，用于根据实时峭度值，获取接触器的状态。
需要说明的是，上述各个模块可以是功能模块也可以是程序模块，既可以通过软件来实现，也可以通过硬件来实现。对于通过硬件来实现的模块而言，上述各个模块可以位于同一处理器中；或者上述各个模块还可以按照任意组合的形式分别位于不同的处理器中。
本公开实施例还提供了一种用于监测接触器状态的装置，包括：处理器、存储器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现前述的用于监测接触器状态的方法。
本公开实施例还提供了一种存储介质，存储介质存储有计算机程序，计算机程序包括程序指令，程序指令当被处理器执行时使处理器执行前述的用于监测接触器状态的方法。
本公开实施例提供的用于监测接触器状态的方法、装置和存储介质，利用EMD分解后的本征模态分量(Intrinsic Mode Function，简称IMF)计算峭度指标后，表示接触器的工作状态，实现了接触器健康状态的监测，实时性和准确性兼备。运用数据分析的方式表示接触器的工作状态，代替专用的接触器状态监测硬件单元设计，直接对原始数据进行处理，有效避免了因专用硬件监测单元与控制单元的交互造成的数据延迟，提高了监测的实时性和准确性，同时提高了系统本身的可靠性。
前述内容，仅是本发明的较佳实施例，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其他领域，但是，凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于监测接触器状态的方法，其特征在于，包括：
获取接触器的实时工作信号，获取所述实时工作信号进行经验本征模态分解后的实时各阶本征模态分量；
获取所述实时各阶本征模态分量中的多阶本征模态分量对应的实时峭度值；
根据所述实时峭度值，获取所述接触器的状态。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取所述实时各阶本征模态分量中的多阶本征模态分量，包括：
获取所述接触器的历史工作信号，获取所述历史工作信号进行经验本征模态分解后的历史各阶本征模态分量；
获取所述历史各阶本征模态分量对应的历史峭度值；
根据所述历史峭度值的正态分布性，确定表示所述接触器的状态的多阶本征模态分量。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述实时峭度值，获取所述接触器的状态，包括：
所述实时峭度值具有一致性，所述接触器正常；
所述实时峭度值不具有一致性，所述接触器异常。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，通过以下公式获取所述实时峭度值：
其中，Xrms为均方根，Kv1为实时峭度值，N为所述多阶本征模态分量的阶数，xi为所述实时各阶本征模态分量；
通过以下公式获取所述历史峭度值：
其中，Xrms为均方根，Kv2为历史峭度值，M为所述历史各阶本征模态分量的阶数，xj为所述历史各阶本征模态分量。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述历史峭度值的正态分布性，确定表示所述接触器的状态的多阶本征模态分量，包括：
通过W检验获取表示所述正态分布性的统计量，根据所述统计量确定所述多阶本征模态分量。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述经验本征模态分解，包括：
步骤S11：根据所述接触器的工作信号xc(t)的极值点，拟合出上包络线和下包络线；
步骤S12：根据所述上包络线和所述下包络线，拟合出均值曲线；
步骤S13：根据所述接触器工作信号xc(t)和所述均值曲线，得到中间变量h(t)；
步骤S14：判断所述中间变量h(t)是否同时满足第一条件和第二条件，所述中间变量h(t)未同时满足所述第一条件和所述第二条件时，将所述中间变量h(t)赋值给所述工作信号xc(t)，转入步骤S13，直至所述中间变量h(t)同时满足所述第一条件和所述第二条件，进入步骤S15；
步骤S15：所述中间变量h(t)同时满足所述第一条件和所述第二条件时，所述中间变量h(t)为第一本征模态分量C1(t)，所述工作信号xc(t)减去各阶本征模态分量Ci(t)后，所述工作信号的剩余部分rn(t)＝xc(t)-Ci(t)，将所述中间变量h(t)赋值给所述工作信号xc(t)，转入步骤S13，直至所述工作信号的剩余部分rn(t)为单调信号或者常值序列。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第一条件包括：在所述中间变量的信号曲线范围内，极值点数量N，和过零点数量K，满足|N-K|≤1。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第二条件包括：所述信号曲线在任意点处，所述上包络线和所述下包络线的平均值为零。
9.一种用于监测接触器状态的装置，其特征在于，包括：
经验本征模态分解模块，用于获取接触器的实时工作信号，获取所述实时工作信号进行经验本征模态分解后的实时各阶本征模态分量；
峭度值获取模块，用于获取所述实时各阶本征模态分量中的多阶本征模态分量对应的实时峭度值；
状态监测模块，用于根据所述实时峭度值，获取所述接触器的状态。
10.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述程序指令当被处理器执行时使所述处理器执行如权利要求1至8中任一项所述的用于监测接触器状态的方法。
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