基于粗糙集和遺傳算法的補(bǔ)償電容故障分析方法

摘 要：在現(xiàn)有機(jī)車信號(hào)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加車載分析設(shè)備，利用雙路接收線圈中感生電壓和軌道電流成正比的關(guān)系，分析電容故障對(duì)感生電壓的影響規(guī)律，給出基于粗糙集和遺傳算法的補(bǔ)償電容故障的診斷方法。利用機(jī)車信號(hào)的數(shù)據(jù)記錄功能和綜合無線傳輸系統(tǒng)LAIS，能夠?qū)o絕緣軌道電路中補(bǔ)償電容故障作出正確的評(píng)判和實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，彌補(bǔ)了目前檢測(cè)方法的不足，為補(bǔ)償電容故障診斷提供了全新的技術(shù)手段。

關(guān)鍵詞：無絕緣軌道電路;故障診斷;粗糙集;遺傳算法;補(bǔ)償電容

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.04.145

1 我國(guó)無絕緣軌道電路故障檢測(cè)現(xiàn)狀

目前我國(guó)鐵路列控系統(tǒng)中普遍使用無絕緣軌道電路作為列車的定位和控車信息傳送設(shè)備。軌道電路信號(hào)的傳輸質(zhì)量直接決定了列車車載ATP設(shè)備能否正常工作及輸出控車曲線的合理程度。當(dāng)補(bǔ)償電容故障時(shí)將改變軌道電路網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，進(jìn)而降低了軌道電路的傳輸質(zhì)量，影響正常工作從而危及行車安全。當(dāng)前，對(duì)補(bǔ)償電容故障的診斷方法國(guó)外主要采取檢測(cè)車定期巡檢，國(guó)內(nèi)普遍采用人工定期巡檢，都具有相對(duì)滯后的特性，不能滿足當(dāng)前列車高速高效運(yùn)行的要求。

粗糙集理論的行解組成群體的逐代進(jìn)化過程中，通過對(duì)種群個(gè)體按其適應(yīng)度進(jìn)行選擇、交叉和變異等操作，最終獲得性能最優(yōu)的個(gè)體。

無絕緣軌道電路由發(fā)送設(shè)備、鋼軌線路和接收設(shè)備等幾部分組成，如圖1。

2 車載無絕緣故障分析設(shè)備的設(shè)計(jì)

本文中作者設(shè)計(jì)了一套車載無絕緣軌道電路故障分析設(shè)備。車載無絕緣軌道電路分析主機(jī)與機(jī)車信號(hào)主機(jī)相類似，使用標(biāo)準(zhǔn)6U機(jī)箱，從右向左依次為電源板、連接板、主機(jī)板2、主機(jī)板1、通信板、和預(yù)留位，各板件之間的系統(tǒng)內(nèi)部通信和電源分配等由機(jī)箱內(nèi)的母板完成，同時(shí)母板還完成系統(tǒng)與外部的通信。電源板負(fù)責(zé)將機(jī)車配電柜的110V直流電壓轉(zhuǎn)換成主機(jī)板工作電壓DC24V，主機(jī)板采用2乘2取2的安全冗余結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)，主機(jī)板1和主機(jī)板2互為熱備，開機(jī)時(shí)采用競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制決定主備關(guān)系即在同時(shí)獲得輸入信號(hào)的條件下哪塊主機(jī)板先輸出就作為主用另一塊自動(dòng)轉(zhuǎn)入備用，連接板完成兩塊主機(jī)板的電源分配、主機(jī)板1和主機(jī)板2的人工倒機(jī)，通信板用于數(shù)據(jù)的記錄和與LAIS系統(tǒng)的通信。故障分析主機(jī)通過電纜并聯(lián)方式與機(jī)車信號(hào)主機(jī)共享機(jī)車信號(hào)接線盒送來軌道電路交流信號(hào)電流，機(jī)車信號(hào)接線盒起到集線的作用并不能對(duì)軌道電路交流信號(hào)電流進(jìn)行調(diào)整改變，軌道電路電流被機(jī)車信號(hào)雙路接收線圈以電磁耦合的形式從鋼軌上感應(yīng)到車載設(shè)備上來。通過本套系統(tǒng)可以完成在機(jī)車上實(shí)時(shí)獲取軌道電路工作電流，并充分利用粗糙集和遺傳算法的優(yōu)勢(shì)完成補(bǔ)償電容等參數(shù)的最優(yōu)化求解，實(shí)現(xiàn)無絕緣軌道電路故障的實(shí)時(shí)在線診斷。

3 算法的設(shè)計(jì)

理論上鋼軌和道床的信號(hào)傳輸特性可以用兩端口網(wǎng)絡(luò)來描述，按照補(bǔ)償電容的個(gè)數(shù)N分成N個(gè)相串聯(lián)的形式，每個(gè)二端口網(wǎng)絡(luò)都由補(bǔ)償電容C和其兩邊各LT/2長(zhǎng)度的軌道線路共同構(gòu)成（設(shè)某段軌道電路的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，補(bǔ)償電容的相鄰間距LT= L/ N）。

粗集理論基礎(chǔ)知識(shí)：

設(shè)為一個(gè)信息系統(tǒng)，也可認(rèn)為是某一決策信息系統(tǒng)，其中， 為非空有限集合，稱為論域?qū)ο螅俏覀兯紤]的對(duì)象; 為屬性的非空有限集合; ，是屬性的值域; 為信息函數(shù)，對(duì)于， ， 。若中的屬性集可分為兩個(gè)不相交的子集，即為條件屬性集和決策屬性集， ， ， ，則稱該信息系統(tǒng)也稱為決策表。

4 結(jié)論

本方法以補(bǔ)償電容為變量，將實(shí)際和仿真機(jī)車信號(hào)模型的差值作為目標(biāo)函數(shù)，通過包絡(luò)信號(hào)相互關(guān)系的極值點(diǎn)和平均值加以權(quán)重構(gòu)造目標(biāo)函數(shù)，并適度調(diào)整，從而得到最優(yōu)解，實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償電容故障的綜合診斷。為軌道電路的故障診斷提供了新的有效方法。

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