基于Petri網(wǎng)的地鐵車輛遠(yuǎn)程故障診斷

　　摘 要： 針對當(dāng)前地鐵車輛故障，特別是電氣故障判斷的自動化需求，結(jié)合Petri網(wǎng)故障樹判斷方法，對某型號的地鐵車輛故障進(jìn)行判斷。先對Petri網(wǎng)進(jìn)行簡單的概述，然后構(gòu)建電氣系統(tǒng)的Petri網(wǎng)模型，并定義相關(guān)的規(guī)則，最后搭建Petri網(wǎng)模型驗證平臺，對上述的地鐵車輛傳動系統(tǒng)故障進(jìn)行判斷，結(jié)果通過地面服務(wù)器展示出來。

　　關(guān)鍵詞： 模糊Petri網(wǎng); 故障樹; 地鐵車輛

　　0 引言

　　隨著我國城市地鐵建設(shè)步伐的加快，使得我國開始逐步步入地鐵化的時代。地鐵作為現(xiàn)代城市的標(biāo)志，具有速度快、干擾小等特點，受到城市管理者的歡迎。但是地鐵車輛上，包含各種類型的電氣設(shè)備，一旦其中的某個電氣設(shè)備出現(xiàn)問題，勢必嚴(yán)重影響車輛的運行，嚴(yán)重的甚至引發(fā)事故。因此，加強(qiáng)對電氣系統(tǒng)的故障診斷，是保障地鐵車輛安全穩(wěn)定運行的關(guān)鍵。本文則在以往研究的基礎(chǔ)上，提出一種基于Petri網(wǎng)的地鐵車輛故障診斷模型，并搭建試驗平臺對其可行性進(jìn)行驗證。

　　1 模糊Petri網(wǎng)概述

　　Petri網(wǎng)是一種數(shù)學(xué)表示，主要用以對離散并行系統(tǒng)進(jìn)行表示。Petri網(wǎng)提出于上世紀(jì)60年代，由當(dāng)時著名物理學(xué)家卡爾·A·佩特里發(fā)明并提出，主要適應(yīng)于異步、并發(fā)計算機(jī)模型的描述。傳統(tǒng)Petri網(wǎng)主要包含四元組，分別為庫所、變遷、輸入函數(shù)以及輸出函數(shù)。在這樣的四元組上，任何圖像都能被成功映射。在此基礎(chǔ)上，Petri網(wǎng)若是能夠與當(dāng)前先進(jìn)的人工智能理論進(jìn)行結(jié)合，將會使Petri網(wǎng)能夠描述系統(tǒng)靜態(tài)結(jié)構(gòu)與動態(tài)性質(zhì)這一優(yōu)勢發(fā)揮到極致，從而對更加復(fù)雜的問題進(jìn)行解決。模糊Petri網(wǎng)FPN概念是在知識表示不確定性的情況下被提出，目前已成為Petri網(wǎng)研究領(lǐng)域中一大重點研究方向。相較于傳統(tǒng)經(jīng)典Petri網(wǎng)，模糊Petri網(wǎng)在開展物理系統(tǒng)并行及并發(fā)行為的描述與分析時，其思維模式更加貼近于人們的認(rèn)知方式。同時，模糊Petri網(wǎng)還具備描述結(jié)構(gòu)直觀清晰等優(yōu)勢。與經(jīng)典Petri網(wǎng)的四元組不同，模糊Petri網(wǎng)通常被定義為八元組，如式(1)。

　　在式(1)中，P代表庫所節(jié)點的有限集合，P={p1，p2，…，pn};T代表變遷節(jié)點的有限集合，T={t1，t2，…，tm};D代表命題的有限集合，D={d1，d2，…，dn};I為輸入函數(shù)，主要是對庫所至變遷之間的關(guān)系進(jìn)行映射;O為輸出函數(shù)，主要代表變遷與庫所之間的映射;f為關(guān)聯(lián)函數(shù)，是變遷至0，1之間的實數(shù)值映射;α為庫所至0，1之間的實數(shù)值映射;β代表庫所至命題之間的所有映射。

　　2 地鐵車輛電氣系統(tǒng)故障模型構(gòu)建

　　2.1 研究具體結(jié)構(gòu)

　　為進(jìn)一步研究模糊Petri網(wǎng)在地鐵車輛故障診斷問題，本文以該型號地鐵車輛電氣系統(tǒng)為例，通過Petri網(wǎng)實現(xiàn)對地鐵車輛電氣系統(tǒng)故障的診斷。具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　該地鐵車輛結(jié)構(gòu)中，采用6輛編組型式，配置有4M2T的動力分散性裝置。牽引傳動系統(tǒng)主要采用VMF逆變器-異步牽引電動機(jī)，構(gòu)成交流傳動系統(tǒng)。這種牽引傳動系統(tǒng)內(nèi)部由受電弓、牽引逆變器以及牽引電機(jī)等多項設(shè)備構(gòu)成，主要包含了兩個牽引單元，這兩個牽引單元之間的關(guān)系為相對獨立。各牽引單元中包含了受電弓1臺、高速斷路器與牽引逆變器各兩臺以及牽引電機(jī)8臺。

　　2.2 電氣系統(tǒng)故障樹表示機(jī)制

　　地鐵車輛牽引傳動系統(tǒng)故障模型的建立必須依靠FTA(故障樹分析)中部分常用符號，將這些符號作為故障模型的建模元語言。由于本文僅選用故障樹分析當(dāng)中的符號進(jìn)行地鐵車輛牽引傳動系統(tǒng)故障模型的構(gòu)建，因此，后續(xù)建立起的牽引傳動系統(tǒng)故障模型并非故障樹。筆者之所以選取故障分析符號為建模元語言，主要是出于對故障診斷領(lǐng)域中故障樹應(yīng)用基礎(chǔ)地位的考慮，其應(yīng)用目的在于使?fàn)恳齻鲃酉到y(tǒng)故障模型能夠擺脫各項故障診斷算法。具體建模符號表如表1所示。