基于优化DeepLabv3+的智能化高速铁路安全区域划分算法研究

针对目前电气化铁路沿线复杂背景下铁路安全区域划分均需采用实际固定标准件为参照物且区域划分范围小等问题,提出一种无需参照物的高速铁路安全区域划分算法.首先基于无人机所采集图像中的相关参数计算出相应的GSD(地面采样间距)参数,然后利用加入ECA-Net模块的DeepLabv3+模型对图像中的轨道进行精确分割.通过边缘检测、开运算、概率霍夫变换等一系列图像处理操作,提取出构成轨道的关键像素点,并运用最小二乘法进行轨道拟合,得出轨道数学表达式.最后,结合数学算法和GSD参数以及轨道数学表达式,完成安全区域的划分.实验结果表明,所提算法测量精度高达90%以上,无需选取固定参照物,适应性强、鲁棒性高,具有较高的实用性和可靠性.

基于动态故障树的交通信号灯监测系统故障分析

针对交通灯故障无法及时处理影响交通效率与安全的问题,设计了基于ZigBee技术的监测终端,根据监测系统中部件发生故障的时序关系建立动态故障树模型,分别采用二元决策图法BDD(binary decision diagrams)和马尔科夫模型对静态子树和动态子树进行定量分析,确定监测系统底事件对系统整体的概率重要度,计算得到导致交通灯故障的主要原因为光纤传感器位置移动和灯珠寿命到期。使用动态故障树法设计交通灯监测系统为工作人员快速分析故障原因提供了理论依据。

基于R-L分数阶定义的CCM Flyback变换器建模与分析

针对电容电感都为分数阶这一事实,利用分数阶微积分R-L定义和状态空间平均法,对工作在电感电流连续模式(CCM)下的分数阶Flyback变换器进行建模与分析。推导CCM分数阶Flyback变换器的静态工作点和小信号传递函数以及变换器工作在CCM模式下的条件。其次,讨论Caputo模型与R-L导数模型的区别,得出在R-L分数阶定义下直流静态工作点不仅与占空比相关,而且还与电感和电容的阶数以及负载有关。最后,在PSIM中搭建R-L分数阶CCM Flyback变换器电路模型,得到不同分数阶电感电容阶数下分数阶Flyback变换器输出电压和电感电流的仿真波形,通过仿真结果与理论计算结果对比,验证所建模型的正确性,得出分数阶电感电容的阶数会影响闭环控制器的设计和分数阶模型能更加精确地描述Flyback变换器的工作特性。

分数阶移相全桥变换器的建模与优化控制

基于电路中的分抗元件具有非整数阶特性,利用分数阶微积分理论和状态空间平均法,对分数阶移相全桥变换器进行建模与优化控制分析。建立了移相全桥变换器的分数阶状态平均方程,研究电感和电容的分数阶特性对移相全桥变换器频域特性的影响。结合遗传算法的优点,得到满足误差绝对值积分的最优分数阶比例积分(PIλ)控制器参数与最优整数阶比例积分(PI)控制器参数,并搭建了分数阶移相全桥变换器的电路仿真模型与不同控制器的仿真模型,进行了不同控制器、不同工况和负载变化下电路仿真结果的比较。结果表明:相较于整数阶PI控制器,分数阶PIλ控制器能够提供更优的控制性能,使分数阶移相全桥变换器具有更快的响应速度、更好的稳态性能和更强的鲁棒性。

基于特征注意匹配CYCLEGAN的高速列车轮对轴承数据均衡化方法

高速列车滚动轴承一旦发生故障就会停车检修,导致样本数据极度不平衡。数据集的不平衡性会对故障诊断结果的准确性和稳定性产生重要影响。针对该问题,提出一种基于特征注意匹配(feature attention matching, FAM)和循环生成对抗网络(cycle-consistent generative adversarial networks, CYCLEGAN)的轴承不平衡数据处理CYCLEGAN-FAM方法,该方法在CYCLEGAN的判别器中加入特征注意匹配模块,对从真实图像和生成图像中提取的特征进行对齐,从而提高生成样本的质量。试验表明,该方法能够生成与真实样本高度相似的生成样本,并随着不平衡数据集被逐渐平衡,故障诊断的准确率在凯斯西储大学4类和10类数据集上分别达到了99.8%和99.2%,在QPZZ-II四类和十类数据集上分别达到了99.4%和99.6%。

基于数据分段拟合的受电弓性能检测误差补偿

静态接触力是评价受电弓性能的一项重要指标,也是衡量弓网接触质量的重要因素,直接影响着列车行驶安全。传统测量方法存在效率低、精度差等问题,本文基于物联网云、管、端的思路,研发了一种车载式受电弓性能检测装置,并提出了一种自适应分段数据拟合算法,以优化检测精度。该算法将数据分段与曲线模型寻优同时进行,通过逐步扩大区间长度和多项式、指数、高斯、傅里叶、幂函数五种拟合模型的评估,在最优点实现自适应分段。实验表明,该拟合算法使检测装置的平均误差率从1.91%下降至0.21%,优于文中其他对比拟合算法,显示出良好的精度补偿效果。

基于电磁-热-流体耦合的隧道敷设电缆载流量分析

为研究电缆隧道敷设下电缆载流量的影响因素,本文建立电磁-热-流多物理场耦合的三维仿真模型,通过仿真计算隧道内空气流速、电缆水平排列间距、流入隧道空气温度和隧道通风口长度对载流量的影响规律,得到各影响因素与载流量的关系曲线。根据工程实际数据设计正交试验研究4种因素对载流量的影响,获得其影响程度的权重关系。结果表明:4种因素影响程度由大到小为:隧道内空气流速、电缆水平排列间距、通风口长度、流入隧道空气温度,为实际电缆隧道敷设施工提供参考依据。

基于FPGA的滚动轴承故障在线检测系统设计

针对传统滚动轴承故障诊断方案不能实时在线诊断的问题,设计了基于FPGA的滚动轴承故障在线检测系统。在硬件方面,设计了信号调理电路,实现了A/D转换,完成了滚动轴承信号在线采集,设计了上位机界面,能够实时显示检测结果,实现了结果的可视化;在算法方面,利用共振解调技术,完成了滚动轴承故障频率的提取。最后在QPZZ-Ⅱ实验台对系统进行测试,并与软件检测方法对比检验系统实时性能。结果表明:系统能有效提取滚动轴承故障特征频率,解决了传统检测方案效率低的问题,满足滚动轴承故障实时在线检测的需要。

邯长铁路牵引供电系统越区供电能力仿真分析

牵引变电所通常配置一主一备两台变压器,传统的检修方式为单组退出进行维修,安全性低,存在检修死角,且维修耗时较长。本文以电气化铁路是否具备越区供电能力为分析计算对象,搭建了直供加回流牵引供电方式下的MATLAB仿真模型,结合既有线路具体参数及实际馈线取流,分析牵引所越区后最大电压损失是否符合要求。

用于双边磁通切换直线电机涡流损耗抑制的永磁体结构优化设计

为降低双边磁通切换直线电机永磁体的涡流损耗,以一台6槽17极双边磁通切换直线电机为研究对象,对其永磁体的结构进行优化设计。首先对稳态工况下永磁体涡流损耗的分布特点进行分析,其次通过理论推导和仿真计算,获得了横向对称分割3块的永磁体结构,最后提出了新型半Halbach永磁体阵列结构,并利用曲线拟合、黄金分割法和抛物线插值法获得了永磁体最优充磁角度。仿真结果表明,所提出的永磁体结构能够在不影响DLFSPM平均电磁推力的前提下,可有效抑制永磁体涡流损耗。