基于粗糙集和遗传算法的补偿电容故障分析方法

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　　摘 要：在现有机车信号系统的基础上增加车载分析设备，利用双路接收线圈中感生电压和轨道电流成正比的关系，分析电容故障对感生电压的影响规律，给出基于粗糙集和遗传算法的补偿电容故障的诊断方法。利用机车信号的数据记录功能和综合无线传输系统LAIS，能够对无绝缘轨道电路中补偿电容故障作出正确的评判和实时在线监测，弥补了目前检测方法的不足，为补偿电容故障诊断提供了全新的技术手段。
　　关键词：无绝缘轨道电路;故障诊断;粗糙集;遗传算法;补偿电容
　　DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.04.145
　　1 我国无绝缘轨道电路故障检测现状
　　 目前我国铁路列控系统中普遍使用无绝缘轨道电路作为列车的定位和控车信息传送设备。轨道电路信号的传输质量直接决定了列车车载ATP设备能否正常工作及输出控车曲线的合理程度。当补偿电容故障时将改变轨道电路网络参数，进而降低了轨道电路的传输质量，影响正常工作从而危及行车安全。当前，对补偿电容故障的诊断方法国外主要采取检测车定期巡检，国内普遍采用人工定期巡检，都具有相对滞后的特性，不能满足当前列车高速高效运行的要求。
　　 粗糙集理论的行解组成群体的逐代进化过程中，通过对种群个体按其适应度进行选择、交叉和变异等操作，最终获得性能最优的个体。
　　 无绝缘轨道电路由发送设备、钢轨线路和接收设备等几部分组成，如图1。
　　2 车载无绝缘故障分析设备的设计
　　 本文中作者设计了一套车载无绝缘轨道电路故障分析设备。车载无绝缘轨道电路分析主机与机车信号主机相类似，使用标准6U机箱，从右向左依次为电源板、连接板、主机板2、主机板1、通信板、和预留位，各板件之间的系统内部通信和电源分配等由机箱内的母板完成，同时母板还完成系统与外部的通信。电源板负责将机车配电柜的110V直流电压转换成主机板工作电压DC24V，主机板采用2乘2取2的安全冗余结构结构，主机板1和主机板2互为热备，开机时采用竞争机制决定主备关系即在同时获得输入信号的条件下哪块主机板先输出就作为主用另一块自动转入备用，连接板完成两块主机板的电源分配、主机板1和主机板2的人工倒机，通信板用于数据的记录和与LAIS系统的通信。故障分析主机通过电缆并联方式与机车信号主机共享机车信号接线盒送来轨道电路交流信号电流，机车信号接线盒起到集线的作用并不能对轨道电路交流信号电流进行调整改变，轨道電路电流被机车信号双路接收线圈以电磁耦合的形式从钢轨上感应到车载设备上来。通过本套系统可以完成在机车上实时获取轨道电路工作电流，并充分利用粗糙集和遗传算法的优势完成补偿电容等参数的最优化求解，实现无绝缘轨道电路故障的实时在线诊断。
　　3 算法的设计
　　 理论上钢轨和道床的信号传输特性可以用两端口网络来描述，按照补偿电容的个数N分成N个相串联的形式，每个二端口网络都由补偿电容C和其两边各LT/2长度的轨道线路共同构成（设某段轨道电路的长度为L，补偿电容的相邻间距LT= L/ N）。
　　 粗集理论基础知识：
　　 设为一个信息系统，也可认为是某一决策信息系统，其中， 为非空有限集合，称为论域对象，是我们所考虑的对象; 为属性的非空有限集合; ，是属性的值域; 为信息函数，对于， ， 。若中的属性集可分为两个不相交的子集，即为条件属性集和决策属性集， ， ， ，则称该信息系统也称为决策表。
　　4 结论
　　 本方法以补偿电容为变量，将实际和仿真机车信号模型的差值作为目标函数，通过包络信号相互关系的极值点和平均值加以权重构造目标函数，并适度调整，从而得到最优解，实现补偿电容故障的综合诊断。为轨道电路的故障诊断提供了新的有效方法。
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