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第1章 绪论1

1.1故障与故障诊断1

1.1.1故障诊断的意义1

1.1.2故障与故障类型2

1.1.3故障诊断及其实现过程8

1.2故障诊断方法分类10

1.3故障诊断与RAMS的关系15

1.3.1性能指标15

1.3.2 RAMS的基本概念16

1.3.3维护方式分类20

1.3.4故障诊断与系统可靠性的关系22

1.3.5故障诊断与系统维修性和可用性的关系22

1.3.6 故障诊断与系统安全性的关系23

1.4轨道电路及其故障诊断的意义23

1.5本书结构体系与特色29

第2章 基于信号处理的故障诊断方法31

2.1引言31

2.2信号采集技术32

2.2.1信号及其分类32

2.2.2传感器及其分类35

2.2.3传感器的性能参数及要求38

2.3信号调理技术39

2.3.1模拟／数字转换39

2.3.2基于数字滤波器的信噪分离40

2.3.3基于离散二进小波的信号降噪46

2.3.4基于小波包分析的信噪分离52

2.3.5基于EMD的信号分解与趋势去除56

2.4基于信号时域分析的故障诊断58

2.4.1诊断流程58

2.4.2信号的幅值域分析59

2.4.3信号的相关域分析61

2.4.4信号的非线性分析66

2.5基于信号频域分析的故障诊断72

2.5.1诊断流程72

2.5.2信号的频域分析73

2.5.3轨道电路信号频谱及其特点74

2.5.4轨道电路信号异常的频谱表现77

2.6基于时-频域分析的故障诊断78

2.6.1诊断流程78

2.6.2短时傅里叶变换82

2.6.3连续复小波变换83

2.6.4 Wigner-Ville分布88

2.7实例1：基于时-频分析的补偿电容故障诊断方法92

2.7.1补偿电容故障对机车信号感应电压幅值包络的影响分析92

2.7.2机车信号感应电压幅值包络的等效回归模型93

2.7.3补偿电容断线故障诊断方法95

2.7.4实验验证96

2.8实例2：基于信号奇异性的轨道电路信号畸变分析99

2.8.1轨道电路信号的奇异性分析99

2.8.2基于Coif5小波的轨道电路信号奇异性分析100

2.8.3实验验证102

2.9实例3：基于虚拟仪器的轨道电路信号综合检测方法104

2.9.1概述104

2.9.2系统硬件构成106

2.9.3系统软件设计107

2.9.4实验验证110

第3章 基于模型的故障诊断方法112

3.1引言112

3.1.1解析冗余与系统故障模型112

3.1.2基于模型的故障诊断原理116

3.2基于状态估计的故障诊断123

3.2.1基于观测器的故障诊断124

3.2.2基于Kalman滤波器的故障诊断131

3.2.3基于未知输入观测器的故障诊断133

3.3基于等价空间的故障诊断136

3.4基于参数估计的故障诊断140

3.5实例：采用基于模型的故障诊断法对无绝缘轨道电路单个补偿单元的故障诊断144

3.5.1补偿单元建模144

3.5.2基于观测器的补偿单元故障诊断的实现147

3.5.3基于等价空间的补偿单元故障诊断的实现151

3.5.4基于参数估计的补偿单元故障诊断的实现153

第4章 基于知识的故障诊断方法159

4.1基于专家系统的故障诊断159

4.1.1概述159

4.1.2专家系统基本结构160

4.1.3专家系统基本工作原理164

4.1.4基于专家系统的故障诊断实现方法168

4.2基于神经网络的故障诊断170

4.2.1概述170

4.2.2神经网络的基本原理170

4.2.3基于神经网络的故障诊断实现方法179

4.3基于故障树的故障诊断181

4.3.1概述181

4.3.2故障树的建造182

4.3.3故障树的数学模型184

4.3.4故障树的定性分析187

4.3.5故障树的定量分析189

4.3.6基于故障树的轨道电路故障分析示例191

4.4基于遗传算法的故障诊断193

4.4.1概述193

4.4.2遗传算法基本原理194

4.4.3基于遗传算法的故障诊断基本原理202

4.5基于信息融合的故障诊断203

4.5.1概述203

4.5.2基于D-S证据推理的信息融合205

4.5.3基于信息融合的故障诊断基本原理207

4.6实例1：基于BP神经网络的调谐单元故障诊断210

4.6.1调谐单元故障下的机车信号感应电压幅值包络的仿真分析210

4.6.2基于BP神经网络的调谐单元故障诊断算法212

4.6.3实验验证216

4.7实例2：基于专家系统的轨道电路信号故障诊断方法219

4.7.1机车信号管理信息系统219

4.7.2系统结构220

4.7.3检测流程222

4.7.4实验验证223

4.8实例3：基于遗传算法的补偿电容综合故障诊断224

4.8.1补偿电容对机车信号感应电压幅值包络的影响224

4.8.2基于遗传算法的补偿电容故障诊断基本原理225

4.8.3算法验证229

第5章 与轨道电路相关的故障诊断系统232

5.1铁路综合检测车系统232

5.1.1轨道电路检测子系统232

5.1.2补偿电容检测子系统236

5.2机车信号记录器数据地面分析系统238

5.2.1系统构成239

5.2.2记录信息240

5.2.3基本功能与轨道电路故障案例分析241

5.3机车信号远程监控系统246

5.3.1系统构成与工作原理246

5.3.2与轨道电路相关的状态信息监测248

参考文献250