论文总字数：31766字

摘 要

本篇论文针对风源系统的智能监测与故障检测系统进行了设计研究，风源系统是现代轨道交通中列车的制动力来源^[1]，随着城市现代化的进程，轨道交通也在越来越多的城市中发展起来，列车的运行速度也与日俱增，这就对风源系统的运行状况提出了更高的要求，但是目前风源系统大多仍处于机电的发展阶段，缺乏一套智能的自动化的风源系统的监测检测的系统^[2]，本文正是针对这一现状，分析设计了风源系统的智能监测与故障检测系统。

本文首先针对轨道交通发展的迅速进行了介绍，以及因为作为为制动供能的风源系统的结构复杂，所以目前故障检测的难点，以及风源系统中常见的几个故障。针对风源系统中最为常见的三个故障（温度过高、润滑油乳化以及漏气）提出了本文主要的研究内容^[2]。

随后阐述了系统的总体设计，由检测模块、数据处理模块、故障分析模块以及故障报警模块组成。针对三个常见故障，温度、润滑油乳化以及漏气分别提出了相应的设计方案，同时介绍了在各个方案中所用到的硬件以及原理。

在介绍完整体的设计后对各检测的故障类型中使用的算法以及检测的流程进行了详细的阐述。对漏气故障的检测中提出了一种实时监测、适时分析的方法对其进行故障分析。利用麦克风环境音量对于进行实时监测，若音量分贝值发生了突变，则通过SVM分类器对于采集到声音波形进行分析分类，判别是否有漏气这一故障的发生。

硬件电路的设计以及软件界面的开发放在了倒数第二部分，其中包括了利用PCAP01和STM32对润滑油乳化程度以及温度测量的下位机的电路的设计，以及参数程序的配置，还包括了利用QT designer对软件界面的开发流程的介绍。

最后，对整个研究设计进行了总结与展望。总结了已经完成的工作，以及在这之中仍然存在的不足，同时针对其中的不足展望了接下来所要做的工作以及可能克服不足所要使用的方法。

关键词：风源系统，数据驱动，分类器，漏气故障

Abstract

This paper has designed and researched the intelligent monitoring and fault detection system of the wind source system. The wind source system is the braking force source of the train in modern rail transit. With the modernization of the city, the rail transit is also in more and more cities. In the development of China, the speed of trains is also increasing day by day. This places higher requirements on the operating conditions of wind source systems. However, most of the wind source systems are still in the development stage of electromechanical systems and lack an intelligent, automated wind source system. The monitoring and detection system, this article is precisely for this situation, analysis and design of the wind source system intelligent monitoring and fault detection system.

In this paper, the rapid development of rail transit is first introduced, and because the structure of the wind source system for braking is complex, the difficulty in fault detection and several common faults in the wind source system. The main research content of this paper is proposed for the three most common faults in the wind source system (overheating temperature, lubricating oil and gas leakage).

After that, the overall design of the system is described. It consists of a detection module, a data processing module, a failure analysis module, and a fault alarm module. Aiming at three common faults, the corresponding design schemes for temperature, lubricating oil emulsification, and air leakage were put forward respectively. At the same time, the hardware and principles used in each scheme were introduced.

After introducing the design of the complete body, the algorithm used in the type of fault detected and the flow of the detection are elaborated. A real-time monitoring and timely analysis method is proposed to detect the failure of air leakage. Using the ambient volume of the microphone for real-time monitoring, if the volume decibel value mutates, the SVM classifier analyzes and classifies the collected sound waveform to determine whether or not there is a failure of the air leakage.

The design of the hardware circuit and the development of the software interface are placed in the penultimate part, which includes the design of the circuit of the lower computer using the PCAP01 and STM32 for emulsification and temperature measurement of the lubricating oil, as well as the configuration of the parameter program, including the use of QT designer introduces the software interface development process.

Finally, the entire study design was summarized and prospected. Summarizes the work that has been completed and the deficiencies that still exist in it. At the same time, we look at the deficiencies and look forward to the work that will be done next and the methods that will be used to overcome the deficiencies.

KEY WORDS: wind source system , data drive , classifier , leakage failure

目 录

摘 要 III

Abstract IV

第一章 概述 1

1.1 研究背景 1

1.1.1 轨道交通的发展 1

1.1.2 风源系统的应用 1

1.1.3 故障检测的难点 1

1.2 研究现状 2

1.3 研究内容与章节安排 3

1.3.1 研究内容 3

1.3.2 章节安排 3

第二章 系统总体设计 5

2.1 设计框架 5

2.2 油质检测设计 5

2.2.1 油质检测原理 5

2.2.2 油质检测元件 6

2.3 温度检测设计 7

2.3.1 温度检测原理 7

2.3.2 温度检测元件 7

2.4 漏气检测设计 8

2.4.1 漏气检测原理 8

2.4.2 漏气检测元件 9

2.5 本章小结 10

第三章 漏气故障诊断方法 11

3.1 温度及油质检测算法 11

3.2 漏气声音预处理 12

3.2.1 语谱图的生成 12

3.2.2 LBP特征提取 15

3.3 利用SVM分类器进行故障诊断 17

3.3.1 支持向量分类机 17

3.3.2 Libsvm的使用 18

3.3.3 训练过程 18

3.3.4 故障诊断成果 21

3.4 本章小结 23

第四章 硬件及界面设计 24

4.1 温度与油质检测电路 24

4.1.1 检测模块设计方案 24

4.1.2 PCAP01测量电路 24

4.1.3 STM32数据处理电路 28

4.2 数据通讯 31

4.3 软件界面设计 33

4.3.1 相关软件及库的介绍 33

4.3.2 设计流程 33

4.4 本章小结 36

第五章 总结与展望 37

5.1 总结 37

5.2 展望 37

致 谢 39

参考文献 40

概述

研究背景

轨道交通的发展

交通秩序混乱、道路拥挤、车辆阻塞的现象普遍存在于我国各个大小城市，这些现状已经成为了限制城市发展的瓶颈问题。而发展城市轨道交通不仅能有效的缓解上述问题，更能适应人们越来越快的生活节奏。到目前为止，城市轨道交通网络已经在国内数十个城市中建立了起来，随着现代化的进程，相关轨道交通的建设也会伴随越来越多的城市发展而进行^[1]。

中国内地城市的轨道交通的发展是全世界范围内发展最为迅速的，目前建设起来的的规模也成为了世界前端水平。从本世纪初的城市轨道交通的发展开始，目前，北上广深这四个城市共计开通了45条运营线路，全长达到了1200km^[1]。不仅在数量和里程上达到了一个很高的高度，也在设备的种类上也有着丰富的发展。譬如在东北长春出于对当地温度得到考虑，轻轨型列车；在山城重庆，由于地势的起伏，使用的是跨坐式单轨；还有在许多城市的机场线上使用的直线电机型。对于大部分城市而言，一般的轨道线路使用的的列车速度为80~120公里每小时。

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