隨著磁浮交通技術(shù)走向工程化和商業(yè)化應(yīng)用，人們對磁浮交通系統(tǒng)的安全性和可靠性提出了更高的要求，狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷與容錯控制是實現(xiàn)上述需求的有效途徑之一。本書將中低速磁浮列車和時速600公里高速磁浮列車作為研究對象，以解決工程實際問題為目標，對磁浮列車的狀態(tài)監(jiān)測、異常檢測、故障診斷以及磁浮控制系統(tǒng)的故障診斷與容錯問題進行了分析和論述。
本書是國防科技大學(xué)磁浮團隊承擔(dān)北京和長沙等中低速磁浮工程項目、“十五”863、“十一五”、“十二五”科技支撐計劃以及“十三五”重點研發(fā)計劃高速磁浮課題相關(guān)研究工作的總結(jié)。國防科技大學(xué)磁浮團隊歷經(jīng)40多年的技術(shù)攻關(guān)，完成了電磁懸浮原理研究、集成試驗、整車驗證、運營線建設(shè)與維護的研制歷程。全書以準確的數(shù)據(jù)、大量的仿真和現(xiàn)場試驗為基礎(chǔ)，深入淺出地全面介紹了中低速磁浮列車和高速磁浮列車的狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷與容錯控制關(guān)鍵技術(shù)，可為磁浮技術(shù)在運載工具、旋轉(zhuǎn)機械、軍事裝備研發(fā)中的應(yīng)用提供參考。
目 錄
第１章 緒論 １
１．１ 概述 ３
１．２ 磁浮列車發(fā)展現(xiàn)狀 ５
１．２．１ 國外磁浮列車的發(fā)展現(xiàn)狀 ５
１．２．２ 國內(nèi)磁浮列車的發(fā)展現(xiàn)狀 １１
１．３ 磁浮列車狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷與容錯控制研究概況 ２１
１．３．１ 狀態(tài)監(jiān)測研究概況 ２１
１．３．２ 故障診斷研究概況 ２３
１．３．３ 容錯控制研究概況 ２５
１．４ 磁浮列車狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)設(shè)計 ２６
１．４．１ 車載狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng) ２８
１．４．２ 地面狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng) ３１
第２章 基于數(shù)據(jù)的磁浮列車懸浮異常狀態(tài)檢測 ３３
２．１ 概述 ３５
２．２ 基于單維時間序列數(shù)據(jù)的異常狀態(tài)檢測 ３７
２．２．１ 基于快速沃爾什變換的特征提取 ３７
２．２．２ 基于超球體思想的特征選擇 ３９
２．２．３ 基于高斯分布的異常閾值設(shè)定 ４０
２．３ 基于相關(guān)分析的多維時間序列數(shù)據(jù)的異常狀態(tài)檢測 ４２
２．３．１ 傳統(tǒng)的典型相關(guān)分析方法 ４３
２．３．２ 基于Ｂｏｘ Ｃｏｘ變換的異常閾值設(shè)定 ４４
２．３．３ 異常檢測算法流程 ４５
２．４ 基于加權(quán)相關(guān)系數(shù)的多維時間序列數(shù)據(jù)的異常狀態(tài)檢測 ４７
２．４．１ 基于自相關(guān)長度的數(shù)據(jù)長度選擇 ４７
２．４．２ 基于加權(quán)相關(guān)系數(shù)的異常檢測 ４８
２．４．３ 異常檢測算法流程 ４９
２．４．４ 磁浮列車懸浮狀態(tài)異常檢測試驗 ５１
２．５ 基于長短時記憶神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的異常狀態(tài)在線檢測 ５７
２．５．１ 基于ＬＳＴＭ神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)異常檢測基礎(chǔ) ５７
２．５．２ 基于ＬＳＴＭ神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的懸浮狀態(tài)異常檢測 ６１
２．５．３ 磁浮列車懸浮狀態(tài)異常檢測試驗 ６２
第３章 磁浮列車懸浮穩(wěn)定性的狀態(tài)監(jiān)測與評估 ６９
３．１ 概述 ７１
３．２ 懸浮系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性指標 ７１
３．２．１ 懸浮系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) ７２
３．２．２ 懸浮系統(tǒng)的穩(wěn)定性指標 ７３
３．３ 基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的懸浮系統(tǒng)穩(wěn)定性監(jiān)測 ７４
３．３．１ 穩(wěn)定性指標的實時數(shù)據(jù)實現(xiàn) ７５
３．３．２ 數(shù)據(jù)驅(qū)動的穩(wěn)定性監(jiān)測 ７６
３．３．３ 穩(wěn)定性指標的適用性分析 ７９
３．４ 磁浮列車懸浮系統(tǒng)穩(wěn)定性評估 ８０
３．５ 仿真分析與驗證 ８１
第４章 磁浮列車懸浮控制系統(tǒng)的故障診斷 ８３
４．１ 概述 ８５
４．２ 基于Ｋａｌｍａｎ濾波器的懸浮系統(tǒng)故障診斷 ８６
４．２．１ 基于Ｋａｌｍａｎ濾波器的故障檢測方法 ８６
４．２．２ 基于Ｋａｌｍａｎ濾波器組的故障診斷方法 ８８
４．２．３ 基于Ｋａｌｍａｎ濾波器的故障診斷仿真 ９０
４．２．４ 基于Ｋａｌｍａｎ濾波器的故障檢測試驗 ９６
４．３ 基于強跟蹤濾波器的懸浮系統(tǒng)故障診斷 ９７
４．３．１ 基于強跟蹤濾波器的狀態(tài)與參數(shù)聯(lián)合估計方法 ９８
４．３．２ 基于強跟蹤濾波器的懸浮系統(tǒng)故障診斷方法及仿真 １００
４．３．３ 基于強跟蹤濾波器的懸浮系統(tǒng)故障診斷試驗 １０１
４．４ 基于全維狀態(tài)觀測器的執(zhí)行器故障診斷 １０２
４．４．１ 系統(tǒng)參數(shù)變化故障的等效模型 １０２
４．４．２ 基于狀態(tài)觀測的故障診斷算法 １０４
４．４．３ 執(zhí)行器模擬故障分析與診斷 １０４
４．４．４ 執(zhí)行器故障對懸浮系統(tǒng)的影響 １０６
４．４．５ 執(zhí)行器的故障診斷仿真和試驗 １０７
４．５ 基于信號比較的加速度傳感器故障診斷 １１０
４．５．１ 加速度傳感器故障診斷 １１０
４．５．２ 故障診斷仿真分析 １１４
４．５．３ 加速度傳感器故障診斷試驗 １１９
第５章 磁浮列車的故障模糊綜合評估 １２１
５．１ 概述 １２３
５．２ 故障模糊綜合評估方法與模型分析 １２４
５．２．１ 故障模糊綜合評估方法 １２４
５．２．２ 故障模糊綜合評估模型分析 １２６
５．３ 故障模糊綜合評估模型 １２８
５．３．１ 中低速磁浮列車系統(tǒng)組成 １２８
５．３．２ 評價集與因素集層次的劃分 １３０
５．３．３ 模糊綜合評估模型的建立 １３３
５．３．４ 因素隸屬度和因素權(quán)重值的分配確定 １３４
５．４ 故障模糊綜合評估流程與試驗 １３８
５．４．１ 故障模糊綜合評估流程框架 １３８
５．４．２ 故障模糊綜合評估試驗分析 １４０
第６章 基于分布估計的模糊綜合評估參數(shù)優(yōu)化 １４３
６．１ 概述 １４５
６．２ 分布估計算法的設(shè)計思想與特點分析 １４６
６．２．１ 分布估計算法的基本思想 １４６
６．２．２ 分布估計算法的特點分析 １４７
６．３ 分布估計算法的參數(shù)優(yōu)化方法 １４８
６．３．１ 參數(shù)編碼及初始化參數(shù) １４８
６．３．２ 適應(yīng)度的計算 １４９
６．３．３ 概率估計模型的構(gòu)建 １５０
６．３．４ 訓(xùn)練和測試模型 １５１
６．４ 分布估計算法的性能測試與比較 １５２
６．４．１ 分布估計算法的參數(shù)影響分析 １５２
６．４．２ 分布估計算法與遺傳算法的效果比較 １５６
６．４．３ 分布估計算法與其他機器學(xué)習(xí)算法的效果比較 １５６
６．５ 基于分布估計的模糊綜合評估參數(shù)優(yōu)化設(shè)計與實現(xiàn) １５８
第７章 中低速磁浮列車懸浮系統(tǒng)的容錯設(shè)計 １６１
７．１ 概述 １６３
７．２ 中低速磁浮列車懸浮系統(tǒng)控制架構(gòu) １６４
７．３ 懸浮傳感器的容錯設(shè)計 １６６
７．３．１ 懸浮傳感器的冗余設(shè)計 １６７
７．３．２ 懸浮傳感器的可靠性設(shè)計 １７０
７．３．３ 考慮懸浮傳感器故障的主動容錯控制 １７２
７．４ 懸浮控制計算機的冗余設(shè)計 １７８
７．４．１ 控制計算機的冗余設(shè)計方法 １８０
７．４．２ 基于雙機熱備的懸浮控制計算機的冗余設(shè)計 １８２
７．５ 懸浮斬波器的可靠性設(shè)計 １８６
７．５．１ 基于ＩＧＢＴ模塊的懸浮斬波器分析 １８６
７．５．２ 基于ＳｉＣＭＯＳＦＥＴ模塊的懸浮斬波器優(yōu)化設(shè)計 １８８
７．６ 懸浮控制系統(tǒng)的容錯方案設(shè)計 １９１
７．６．１ 基于搭接結(jié)構(gòu)的懸浮系統(tǒng)冗余設(shè)計 １９１
７．６．２ 基于端部電磁鐵加長的懸浮系統(tǒng)冗余設(shè)計 １９４
７．６．３ 一種分布式懸浮系統(tǒng)容錯控制方案 １９６
第８章 高速磁浮列車懸浮系統(tǒng)容錯控制 １９９
８．１ 概述 ２０１
８．２ 高速磁浮列車懸浮系統(tǒng)容錯控制方案 ２０２
８．２．１ 高速磁浮列車懸浮系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu) ２０２
８．２．２ 高速磁浮列車懸浮系統(tǒng)分級容錯控制結(jié)構(gòu) ２０３
８．３ 基于Ｙｏｕｌａ參數(shù)化的容錯控制方法分析 ２０５
８．３．１ 控制器Ｙｏｕｌａ參數(shù)化分析 ２０５
８．３．２ 控制器Ｙｏｕｌａ參數(shù)化的兩種實現(xiàn)形式 ２０７
８．３．３ 基于Ｙｏｕｌａ參數(shù)化的懸浮系統(tǒng)分級容錯控制結(jié)構(gòu) ２０８
８．４ 考慮微小故障的單懸浮系統(tǒng)容錯控制 ２１２
８．４．１ 基于梯度下降法的Ｙｏｕｌａ參數(shù)在線更新 ２１２
８．４．２ 微小故障條件下懸浮控制系統(tǒng)容錯控制仿真分析 ２１７
８．５ 基于信號重構(gòu)的單懸浮系統(tǒng)主動容錯控制 ２１８
８．５．１ 加速度傳感器故障情況下間隙微分信號重構(gòu)方法 ２１９
８．５．２ 單間隙傳感器故障情況下懸浮間隙信號重構(gòu)方法 ２２０
８．５．３ 基于信號重構(gòu)的傳感器故障容錯控制仿真 ２２１
８．６ 基于搭接懸浮結(jié)構(gòu)的主動容錯控制 ２２４
８．６．１ 懸浮搭接結(jié)構(gòu)單點故障時的數(shù)學(xué)模型 ２２５
８．６．２ 容錯控制器設(shè)計 ２２６
８．６．３ 搭接結(jié)構(gòu)故障仿真與試驗 ２２７
參考文獻 ２３２
