基于多级特征提取的高速列车走行部故障诊断与状态预测

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61903047
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    27.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0301.控制理论与技术
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Fault diagnosis and state prediction of running gear system is an effective way to ensure safe, reliable and efficient operation of high-speed trains. Based on the background of high-speed train running gear system, this project takes into account the problem of the hidden behavior, state retention, uncertainty disturbances and real-time data. The theory, algorithm and application of feature extraction, fault diagnosis and state prediction of running gear under actual working conditions are studied. Firstly, multi-level feature extraction is carried out for multi-source operation data to analyze hidden fault features. Secondly, the uncertainty disturbance and state retention are studied. The parameter estimation model of disturbance factor is proposed and the adaptive effect of feedback is analyzed to realize the fault diagnosis of the running gear system. Then, considering the rapid change of real-time data, a multi-layer intelligent structure based on priority scheduling strategy is proposed to enhance the real-time state prediction ability of the running gear system. Finally, the main theoretical results are divided into two stages of validation. In the first stage, a simulation is carried out on the parameters test platform of the running gear of CRRC Changchun railway vehicles. In the second stage, engineering application analysis is conducted on the travelling part system of the operating train under actual working conditions, so as to achieve the double verification of theory and engineering. The research results not only have important theoretical significance, but also can provide necessary technical support for safe and efficient operation of high-speed train running gear system, which has potential engineering application value.
对走行部系统进行故障诊断与状态预测是保障高速列车安全、可靠、高效运行的有效手段之一。本项目以高速列车走行部系统为应用背景,考虑其隐藏行为、状态滞留、不确定性扰动和数据实时性等问题,开展实际工况下走行部特征提取、故障诊断与状态预测的理论、算法和应用研究。首先,对多源运营数据进行多级特征提取,分析隐藏故障特征;其次,研究不确定性扰动与状态滞留问题,提出扰动因子参数状态估计模型并分析自适应反馈效果,实现走行部系统的故障诊断;然后,考虑实时数据的快速变化,提出基于优先级调度策略的多层智能结构,增强走行部系统实时状态预测能力;最后,将主要理论成果分为两阶段验证,先利用中车长客走行部参数试验台进行模拟仿真,后通过实际工况下运营列车的走行部系统进行工程应用分析,达到理论与工程的双验证。研究成果不仅具有重要的理论意义,还可以为运营列车走行部系统安全、可靠、高效运行提供技术支撑,具有重大的工程应用价值。

结项摘要

项目以实际高速列车走行部系统为研究对象,对系统特征提取、故障诊断与状态预测问题进行了理论与应用研究。通过将深度学习、宽度学习、控制理论等方法的融合与改进,解决了实际系统中故障隐藏行为、状态滞留、不确定性扰等问题对特征提取、故障诊断、状态预测的实时计算带来的影响。具体研究内容分为三部分,(1)基于运营数据的特征提取方法:引入了多元统计、流形学习等技术,改进了特征提取的算法结构,提高了实际数据降维与特征分析的效率和精度。(2)面向故障分析的故障诊断方法:分析了实际故障的传递特性、围绕噪声、干扰等影响因素设计了有效的故障诊断框架,降低了传统算法的漏报率和误报率。(3)考虑实时性能的状态预测方法:结合了定量信息与定性知识,提出了不同模式的实时状态预测框架,增强了预测方法对实际系统的适用性。(4)高速列车走行部系统的实际应用研究:项目从高速列车走行部系统的实际问题出发,设计的理论方法均已得到了列车系统的有效性验证与实用性验证。整体实现了从数据采集、数据处理、故障诊断、状态预测的全过程管理,课题的研究对于保障高速列车安全稳定运行具有重要的意义。根据课题的总体研究计划、研究目标与任务需求,该项目已完成了预期设置的研究内容并取得了一定的成果包括:负责人以第一作者身份发表SCI论文18篇,会议论文3篇,授权专利1项。在理论与实际成果的支撑下,负责人获得吉林省拔尖创新人才(三层次)、2021年吉林省科技进步二等奖。所获得的理论与应用成果成功应用于多家列车相关企业获得应用证明5份。未来将继续持续稳步的推进相关工作。

项目成果

期刊论文数量(18)
专著数量(0)
科研奖励数量(2)
会议论文数量(3)
专利数量(1)
GAE在列车牵引系统早期故障检测中的应用
  • DOI:
    10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2022.06.2614
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    中国安全科学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    程超;鞠云飞;刘明;陈宏田;韩玲;文韬
  • 通讯作者:
    文韬
Data-Driven Designs of Fault Identification Via Collaborative Deep Learning for Traction Systems in High-Speed Trains
通过协作深度学习进行高速列车牵引系统故障识别的数据驱动设计
  • DOI:
    10.1109/tte.2021.3129824
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Transportation Electrification
  • 影响因子:
    7
  • 作者:
    Chao Cheng;Weijun Wang;Guangtao Ran;Hongtian Chen
  • 通讯作者:
    Hongtian Chen
Tendency-aided Data-driven Method for Hot-spot Detection in Photovoltaic Systems
光伏系统热点检测的趋势辅助数据驱动方法
  • DOI:
    10.1109/jestie.2022.3140648
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    IEEE JOURNAL OF EMERGING AND SELECTED TOPICS IN INDUSTRIAL ELECTRONICS
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Chao Cheng;Ming Liu;Hui Yi;Jiangfeng Wang;Hongtian Chen
  • 通讯作者:
    Hongtian Chen
A BRB-Based Effective Fault Diagnosis Model for High-Speed Trains Running Gear Systems
基于brb的高速列车行走机构有效故障诊断模型
  • DOI:
    10.1109/tits.2020.3008266
  • 发表时间:
    2022-01-01
  • 期刊:
    IEEE TRANSACTIONS ON INTELLIGENT TRANSPORTATION SYSTEMS
  • 影响因子:
    8.5
  • 作者:
    Cheng, Chao;Wang, Jiuhe;Zhang, Bangcheng
  • 通讯作者:
    Zhang, Bangcheng
A data‐driven distributed fault detection scheme based on subspace identification technique for dynamic systems
基于子空间识别技术的动态系统数据驱动分布式故障检测方案
  • DOI:
    10.1002/rnc.6554
  • 发表时间:
    2022-12
  • 期刊:
    International Journal of Robust and Nonlinear Control
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Chao Cheng;Qiang Wang;Yury Nikitin;Chun Liu;Yang Zhou;Hongtian Chen
  • 通讯作者:
    Hongtian Chen

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其他文献

68 Ga-PSMA-11 PET-CT与全身磁共振成像诊断前列腺癌远处转移的效能比较
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  • DOI:
    10.16781/j.0258-879x.2021.04.0366
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    European Urology Supplements
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    吴涵潇;Han;宋子健;Ziye Song;程超;Cheng Chao;阳青松;Qin Yang;陈锐;Chen Rui;高旭;Gaojun Xu
  • 通讯作者:
    Gaojun Xu
Sr0.9Y0.1CoO3-delta致密扩散障碍层极限电流型氧传感器的制备及性能
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    硅酸盐学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    何背刚;刘涛;管晋钊;程超
  • 通讯作者:
    程超
188Re标记纳米颗粒BaGdF5-PEG抑制肝癌细胞增殖及兔模型SPECT显像
  • DOI:
    10.3760/cma.j.issn.2095-2848.2018.11.003
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    中华核医学与分子影像杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王涛;彭烨;李潇;贾国荣;王秋虎;程超;孙高峰;左长京
  • 通讯作者:
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蓝牙微微网内多优先级业务动态带宽分配算法
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    吉林大学学报(工学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    钱志鸿;周策;程超;厉茜
  • 通讯作者:
    厉茜
实时通讯功能在办公自动化系统中的实现
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    计算机工程与设计
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    程超;张晓龙;边小勇
  • 通讯作者:
    边小勇

其他文献

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基于数据驱动的故障信息挖掘及其在工控系统中的应用研究
  • 批准号:
    62372063
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  • 项目类别:
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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