本發(fā)明涉及信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高速列車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件的狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法和裝置。

背景技術(shù)：

制動(dòng)系統(tǒng)是高速列車信息控制系統(tǒng)中的重要子系統(tǒng)，它主要由空氣供給系統(tǒng)，制動(dòng)控制系統(tǒng)及基礎(chǔ)制動(dòng)系統(tǒng)三大部分組成。高速列車制動(dòng)系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，如空氣壓縮機(jī)、電磁閥、供風(fēng)管以及壓力傳感器等，其能否穩(wěn)定可靠工作既關(guān)系到行車安全，又限制著車速提高。

因此，亟需對(duì)高速列車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件進(jìn)行實(shí)時(shí)在線的狀態(tài)監(jiān)測(cè)，保障高速列車制動(dòng)系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行?，F(xiàn)有高速列車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件的狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法的性能嚴(yán)重依賴部件模型的精度。但是，高速列車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件的實(shí)際運(yùn)行環(huán)境極其復(fù)雜多變，隨機(jī)模型不確定性相對(duì)較大。因此，為了滿足實(shí)際應(yīng)用的需要，高速列車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法需要在存在隨機(jī)模型不確定性的情況下仍能估計(jì)出部件的工作狀態(tài)。

現(xiàn)有技術(shù)的不足在于：在實(shí)際應(yīng)用過程中，高速列車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)時(shí)會(huì)出現(xiàn)隨機(jī)模型不確定性較強(qiáng)等情況，現(xiàn)有的狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法的性能嚴(yán)重依賴部件模型的精度，已經(jīng)不能滿足實(shí)際應(yīng)用的需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是在實(shí)際應(yīng)用過程中，高速列車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)時(shí)會(huì)出現(xiàn)隨機(jī)模型不確定性較強(qiáng)等情況，現(xiàn)有的狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法的性能嚴(yán)重依賴部件模型的精度，已經(jīng)不能滿足實(shí)際應(yīng)用的需求。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種高速列車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件的狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法，包括：

建立高速列車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件的離散時(shí)間狀態(tài)空間模型；

確定所述高速列車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件的當(dāng)前控制輸入數(shù)據(jù)和當(dāng)前測(cè)量輸出數(shù)據(jù)；

根據(jù)所述高速列車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件的離散時(shí)間狀態(tài)空間模型、當(dāng)前控制輸入數(shù)據(jù)以及當(dāng)前測(cè)量輸出數(shù)據(jù)，確定所述高速列車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件的狀態(tài)估計(jì)器；

利用所述狀態(tài)估計(jì)器對(duì)所述高速列車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件進(jìn)行狀態(tài)估計(jì)，并確定狀態(tài)估計(jì)相關(guān)誤差。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述建立高速列車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件的離散時(shí)間狀態(tài)空間模型，具體包括：

根據(jù)所述高速列車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件的物理結(jié)構(gòu)建立該高速列車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件的機(jī)理模型；

利用系統(tǒng)辨識(shí)技術(shù)辨識(shí)所述機(jī)理模型的模型參數(shù)；

根據(jù)采樣時(shí)間對(duì)所述機(jī)理模型的模型參數(shù)進(jìn)行離散化，得到高速列車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件的離散時(shí)間狀態(tài)空間模型。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述高速列車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件的離散時(shí)間狀態(tài)空間模型是采用表達(dá)式一和表達(dá)式二表示的，

表達(dá)式一：x(k+1)＝(A_c(k)+A_δ(k))x(k)+(B_c(k)+B_δ(k))u(k)+w(k)，

表達(dá)式二：y(k)＝(C_c(k)+C_δ(k))x(k)+v(k)，

其中，x(k)表示k時(shí)刻的狀態(tài)變量，x(k+1)表示k+1時(shí)刻的狀態(tài)變量，u(k)表示k時(shí)刻的控制輸入數(shù)據(jù)，y(k)表示k時(shí)刻的測(cè)量輸出數(shù)據(jù)，w(k)表示過程噪聲信號(hào)，v(k)表示k時(shí)刻的測(cè)量噪聲信號(hào)，A_c(k)表示第一中心參數(shù)矩陣，B_c(k)表示第二中心參數(shù)矩陣，C_c(k)表示第三中心參數(shù)矩陣，A_δ(k)表示第一模型不確定性，B_δ(k)表示第二模型不確定性，C_δ(k)表示第三模型不確定性。

在一個(gè)實(shí)施例中，w(k)和v(k)的均值為0，A_δ(k)、B_δ(k)及C_δ(k)的均值為0。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述高速列車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件的狀態(tài)估計(jì)器的增益是根據(jù)所述離散時(shí)間狀態(tài)空間模型和所述當(dāng)前控制輸入數(shù)據(jù)確定的。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述根據(jù)所述離散時(shí)間狀態(tài)空間模型和所述當(dāng)前控制輸入數(shù)據(jù)確定所述高速列車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件的狀態(tài)估計(jì)器的增益，具體包括：

確定A_c(k)、B_c(k)、C_c(k)；

確定其中，表示A_δ(k)的協(xié)方差矩陣，表示B_δ(k)的協(xié)方差矩陣，表示C_δ(k)的協(xié)方差矩陣；

確定Σ_w(k)、Σ_v(k)，其中，Σ_w(k)表示w(k)的協(xié)方差矩陣，Σ_v(k)表示v(k)的協(xié)方差矩陣；

確定估計(jì)初值、所述高速列車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件的狀態(tài)均值以及所述高速列車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件的狀態(tài)二階矩；

根據(jù)所述A_c(k)、B_c(k)、C_c(k)，所述所述Σ_w(k)、Σ_v(k)，所述估計(jì)初值、所述高速列車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件的狀態(tài)均值以及所述高速列車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件的狀態(tài)二階矩，確定所述高速列車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件的狀態(tài)估計(jì)器的增益。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述估計(jì)初值是通過下述表達(dá)式三、表達(dá)式四及表達(dá)式五中的任一表達(dá)式或者其組合確定的，

所述估計(jì)初值是通過下述表達(dá)式三、表達(dá)式四及表達(dá)式五中的任一表達(dá)式或者其組合確定的，

表達(dá)式三：

其中，表示初始狀態(tài)變量的平均值，表示常數(shù)；

表達(dá)式四：Σ_x(0)＝Σ₀，

其中，Σ_x(0)表示初始狀態(tài)變量的二階矩，Σ₀表示常數(shù)；

表達(dá)式五：P(0)＝P₀，

其中，P(0)表示初始狀態(tài)變量的協(xié)方差，P₀表示常數(shù)；

所述高速列車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件的狀態(tài)均值是通過下述表達(dá)式六確定的，

表達(dá)式六：

其中，表示k時(shí)刻的狀態(tài)變量的平均值，A_c(k-1)表示k-1時(shí)刻的第一中心參數(shù)矩陣，表示k-1時(shí)刻的狀態(tài)變量的平均值，B_c(k-1)表示k-1時(shí)刻的第二中心參數(shù)矩陣，u(k-1)表示k-1時(shí)刻的控制輸入信號(hào)；

所述高速列車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件的狀態(tài)二階矩是通過下述表達(dá)式七確定的，

表達(dá)式七：

其中，Σ_x(k)表示k時(shí)刻的狀態(tài)變量的二階矩，Σ_x(k-1)表示k-1時(shí)刻的狀態(tài)變量的二階矩，表示A_δ(k-1)與x(k-1)乘積的二階矩，A_δ(k-1)表示k-1時(shí)刻的第一模型不確定性，x(k-1)表示k-1時(shí)刻的狀態(tài)變量，Σ_u(k-1)表示u(k-1)的二階矩，表示B_δ(k-1)與u(k-1)乘積的二階矩，B_δ(k-1)表示k-1時(shí)刻的第二模型不確定性，Σ_w(k-1)表示w(k-1)的協(xié)方差矩陣，w(k-1)表示k-1時(shí)刻的過程噪聲信號(hào)。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述利用所述狀態(tài)估計(jì)器對(duì)所述高速列車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件進(jìn)行狀態(tài)估計(jì)的狀態(tài)估計(jì)值是通過表達(dá)式八確定的，

表達(dá)式八：

其中，表示k時(shí)刻的狀態(tài)變量的估計(jì)值，表示k-1時(shí)刻的狀態(tài)變量的估計(jì)值，K(k)表示k時(shí)刻的狀態(tài)估計(jì)器的增益，r(k)表示k時(shí)刻的濾波新息，表示初始時(shí)刻的狀態(tài)變量的估計(jì)值；

r(k)是通過表達(dá)式九確定的，

表達(dá)式九：

所述狀態(tài)估計(jì)相關(guān)誤差為狀態(tài)估計(jì)誤差協(xié)方差；

所述狀態(tài)估計(jì)誤差協(xié)方差是通過表達(dá)式十確定的，

表達(dá)式十：

其中，P(k)表示k時(shí)刻的狀態(tài)估計(jì)誤差協(xié)方差，表示k時(shí)刻的狀態(tài)估計(jì)誤差，表示n_x維單位矩陣，G(k)表示k時(shí)刻的一步預(yù)測(cè)誤差協(xié)方差；

G(k)是通過表達(dá)式十一確定的，

表達(dá)式十一：

其中，P(k-1)表示k-1時(shí)刻的狀態(tài)估計(jì)誤差協(xié)方差。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了一種高速列車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件的狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置，包括：

建模模塊，用于建立高速列車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件的離散時(shí)間狀態(tài)空間模型；

第一確定模塊，用于確定所述高速列車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件的當(dāng)前控制輸入數(shù)據(jù)和當(dāng)前測(cè)量輸出數(shù)據(jù)；

第二確定模塊，用于根據(jù)所述高速列車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件的離散時(shí)間狀態(tài)空間模型、當(dāng)前控制輸入數(shù)據(jù)以及當(dāng)前測(cè)量輸出數(shù)據(jù)確定所述高速列車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件的狀態(tài)估計(jì)器；

狀態(tài)估計(jì)模塊，用于利用所述狀態(tài)估計(jì)器對(duì)所述高速列車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件進(jìn)行狀態(tài)估計(jì)，并確定狀態(tài)估計(jì)誤差協(xié)方差。

在一個(gè)實(shí)施例中，建模模塊進(jìn)一步包括以下子模塊：

第一子模塊，用于根據(jù)所述高速列車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件的物理結(jié)構(gòu)建立該高速列車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件的機(jī)理模型；

第二子模塊，用于利用系統(tǒng)辨識(shí)技術(shù)辨識(shí)所述機(jī)理模型的模型參數(shù)；

第三子模塊，用于根據(jù)當(dāng)前采樣時(shí)間對(duì)所述機(jī)理模型的模型參數(shù)進(jìn)行離散化，得到高速列車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件的離散時(shí)間狀態(tài)空間模型。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例可以具有如下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明提供的方案

本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過在說明書、權(quán)利要求書以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)和獲得。

附圖說明

附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明的實(shí)施例共同用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。在附圖中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的高速列車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件的狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法的流程圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的建立高速列車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件的離散時(shí)間狀態(tài)空間模型的流程圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的高速列車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件測(cè)量輸出曲線圖；

圖4是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的高速列車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件狀態(tài)估計(jì)誤差曲線圖；

圖5是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的高速列車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件狀態(tài)估計(jì)誤差協(xié)方差跡曲線圖；

圖6是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的高速列車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件的狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)說明，借此對(duì)本發(fā)明如何應(yīng)用技術(shù)手段來解決技術(shù)問題，并達(dá)成技術(shù)效果的實(shí)現(xiàn)過程能充分理解并據(jù)以實(shí)施。需要說明的是，只要不構(gòu)成沖突，本發(fā)明中的各個(gè)實(shí)施例以及各實(shí)施例中的各個(gè)特征可以相互結(jié)合，所形成的技術(shù)方案均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

另外，在附圖的流程圖示出的步驟可以在諸如一組計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中執(zhí)行，并且，雖然在流程圖中示出了邏輯順序，但是在某些情況下，可以以不同于此處的順序執(zhí)行所示出或描述的步驟。

第一實(shí)施例

圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的高速列車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件的狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法的流程圖，下面參照?qǐng)D1，詳細(xì)說明各個(gè)步驟。

步驟S110，建立高速列車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件的離散時(shí)間狀態(tài)空間模型。

實(shí)際應(yīng)用過程中，高速列車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件的實(shí)際運(yùn)行環(huán)境極其復(fù)雜多變，隨機(jī)模型不確定性相對(duì)較大。針對(duì)高速列車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件的模型不確定性，建立數(shù)學(xué)模型描述該高速列車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件。

下面具體介紹高速列車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件的離散時(shí)間狀態(tài)空間模型的建立過程。

圖2是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的建立高速列車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件的離散時(shí)間狀態(tài)空間模型的流程圖，下面參照?qǐng)D2，詳細(xì)說明各個(gè)步驟。

需要說明的是，只要不構(gòu)成沖突，可以以不同于下述的邏輯順序執(zhí)行下面所描述的步驟。

步驟S210，根據(jù)所述高速列車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件的物理結(jié)構(gòu)建立該高速列車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件的機(jī)理模型；

步驟S220，利用系統(tǒng)辨識(shí)技術(shù)辨識(shí)所述機(jī)理模型的模型參數(shù)；

步驟S230，根據(jù)采樣時(shí)間對(duì)所述機(jī)理模型的模型參數(shù)進(jìn)行離散化，得到高速列車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件的離散時(shí)間狀態(tài)空間模型。

優(yōu)選的，所述高速列車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件的離散時(shí)間狀態(tài)空間模型是采用表達(dá)式一和表達(dá)式二表示的，

表達(dá)式一：x(k+1)＝(A_c(k)+A_δ(k))x(k)+(B_c(k)+B_δ(k))u(k)+w(k)，

表達(dá)式二：y(k)＝(C_c(k)+C_δ(k))x(k)+v(k)，

其中，x(k)表示k時(shí)刻的狀態(tài)變量，x(k+1)表示k+1時(shí)刻的狀態(tài)變量，u(k)表示k時(shí)刻的控制輸入數(shù)據(jù)，y(k)表示k時(shí)刻的測(cè)量輸出數(shù)據(jù)，w(k)表示過程噪聲信號(hào)，v(k)表示k時(shí)刻的測(cè)量噪聲信號(hào)，A_c(k)表示第一中心參數(shù)矩陣，B_c(k)表示第二中心參數(shù)矩陣，C_c(k)表示第三中心參數(shù)矩陣，A_δ(k)表示第一模型不確定性，B_δ(k)表示第二模型不確定性，C_δ(k)表示第三模型不確定性。

優(yōu)選的，w(k)和v(k)的均值為0，A_δ(k)、B_δ(k)及C_δ(k)的均值為0。

步驟S120，確定所述高速列車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件的當(dāng)前控制輸入數(shù)據(jù)和當(dāng)前測(cè)量輸出數(shù)據(jù)。

本實(shí)施例中實(shí)時(shí)在線采集k時(shí)刻高速列車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件的控制輸入數(shù)據(jù)u(k)和測(cè)量輸出數(shù)據(jù)y(k)。

圖3為根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的高速列車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件測(cè)量輸出曲線圖，如圖所述，采集了4組測(cè)量輸出數(shù)據(jù)y(k)。

步驟S130，根據(jù)所述高速列車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件的離散時(shí)間狀態(tài)空間模型、當(dāng)前控制輸入數(shù)據(jù)以及當(dāng)前測(cè)量輸出數(shù)據(jù)，確定所述高速列車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件的狀態(tài)估計(jì)器。

優(yōu)選的，所述高速列車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件的狀態(tài)估計(jì)器的增益是根據(jù)所述離散時(shí)間狀態(tài)空間模型和所述當(dāng)前控制輸入數(shù)據(jù)確定的。

采用遞推的方式計(jì)算狀態(tài)估計(jì)器的增益，具體如下：

優(yōu)選的，所述根據(jù)所述離散時(shí)間狀態(tài)空間模型和所述當(dāng)前控制輸入數(shù)據(jù)確定所述高速列車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件的狀態(tài)估計(jì)器的增益，具體包括：

確定A_c(k)、B_c(k)、C_c(k)；

確定其中，表示A_δ(k)的協(xié)方差矩陣，表示B_δ(k)的協(xié)方差矩陣，表示C_δ(k)的協(xié)方差矩陣；

確定Σ_w(k)、Σ_v(k)，其中，Σ_w(k)表示w(k)的協(xié)方差矩陣，Σ_v(k)表示v(k)的協(xié)方差矩陣；

確定估計(jì)初值、所述高速列車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件的狀態(tài)均值以及所述高速列車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件的狀態(tài)二階矩；

根據(jù)所述A_c(k)、B_c(k)、C_c(k)，所述所述Σ_w(k)、Σ_v(k)，所述估計(jì)初值、所述高速列車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件的狀態(tài)均值以及所述高速列車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件的狀態(tài)二階矩，確定所述高速列車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件的狀態(tài)估計(jì)器的增益。

優(yōu)選的，所述估計(jì)初值是通過下述表達(dá)式三、表達(dá)式四及表達(dá)式五中的任一表達(dá)式或者其組合確定的，

所述估計(jì)初值是通過下述表達(dá)式三、表達(dá)式四及表達(dá)式五中的任一表達(dá)式或者其組合確定的，

表達(dá)式三：

其中，表示初始狀態(tài)變量的平均值，表示常數(shù)；

表達(dá)式四：Σ_x(0)＝Σ₀，

其中，Σ_x(0)表示初始狀態(tài)變量的二階矩，Σ₀表示常數(shù)；

表達(dá)式五：P(0)＝P₀，

其中，P(0)表示初始狀態(tài)變量的協(xié)方差，P₀表示常數(shù)；

所述高速列車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件的狀態(tài)均值是通過下述表達(dá)式六確定的，

表達(dá)式六：

其中，表示k時(shí)刻的狀態(tài)變量的平均值，A_c(k-1)表示k-1時(shí)刻的第一中心參數(shù)矩陣，表示k-1時(shí)刻的狀態(tài)變量的平均值，B_c(k-1)表示k-1時(shí)刻的第二中心參數(shù)矩陣，u(k-1)表示k-1時(shí)刻的控制輸入信號(hào)；

所述高速列車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件的狀態(tài)二階矩是通過下述表達(dá)式七確定的，

表達(dá)式七：

其中，Σ_x(k)表示k時(shí)刻的狀態(tài)變量的二階矩，Σ_x(k-1)表示k-1時(shí)刻的狀態(tài)變量的二階矩，表示A_δ(k-1)與x(k-1)乘積的二階矩，A_δ(k-1)表示k-1時(shí)刻的第一模型不確定性，x(k-1)表示k-1時(shí)刻的狀態(tài)變量，Σ_u(k-1)表示u(k-1)的二階矩，表示B_δ(k-1)與u(k-1)乘積的二階矩，B_δ(k-1)表示k-1時(shí)刻的第二模型不確定性，Σ_w(k-1)表示w(k-1)的協(xié)方差矩陣，w(k-1)表示k-1時(shí)刻的過程噪聲信號(hào)。

步驟S140，利用所述狀態(tài)估計(jì)器對(duì)所述高速列車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件進(jìn)行狀態(tài)估計(jì)，并確定狀態(tài)估計(jì)相關(guān)誤差。

通過遞推的方式計(jì)算狀態(tài)估計(jì)值，具體如下：

優(yōu)選的，所述利用所述狀態(tài)估計(jì)器對(duì)所述高速列車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件進(jìn)行狀態(tài)估計(jì)的狀態(tài)估計(jì)值是通過表達(dá)式八確定的，

表達(dá)式八：

其中，表示k時(shí)刻的狀態(tài)變量的估計(jì)值，表示k-1時(shí)刻的狀態(tài)變量的估計(jì)值，K(k)表示k時(shí)刻的狀態(tài)估計(jì)器的增益，r(k)表示k時(shí)刻的濾波新息，表示初始時(shí)刻的狀態(tài)變量的估計(jì)值；

r(k)是通過表達(dá)式九確定的，

表達(dá)式九：

所述狀態(tài)估計(jì)相關(guān)誤差為狀態(tài)估計(jì)誤差協(xié)方差；

所述狀態(tài)估計(jì)誤差協(xié)方差是通過表達(dá)式十確定的，

表達(dá)式十：

其中，P(k)表示k時(shí)刻的狀態(tài)估計(jì)誤差協(xié)方差，表示k時(shí)刻的狀態(tài)估計(jì)誤差，表示n_x維單位矩陣，G(k)表示k時(shí)刻的一步預(yù)測(cè)誤差協(xié)方差；

圖4為根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的高速列車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件狀態(tài)估計(jì)誤差曲線圖，如圖所示，有2組狀態(tài)估計(jì)誤差數(shù)據(jù)圖5為根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的高速列車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件狀態(tài)估計(jì)誤差協(xié)方差跡曲線圖，通過這兩組狀態(tài)估計(jì)誤差數(shù)據(jù)計(jì)算狀態(tài)估計(jì)誤差協(xié)方差P(k)，狀態(tài)估計(jì)誤差協(xié)方差跡如圖5所示。

G(k)是通過表達(dá)式十一確定的，

表達(dá)式十一：

其中，P(k-1)表示k-1時(shí)刻的狀態(tài)估計(jì)誤差協(xié)方差。

新息協(xié)方差

通過本方法可以不依賴高速列車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件模型的精度，在存在隨機(jī)模型不確定性的情況下仍能估計(jì)出高速列車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件的工作狀態(tài)。

綜上所述，本實(shí)施例的高速列車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件的狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法，在工程監(jiān)測(cè)中具有實(shí)際的指導(dǎo)意義。

第二實(shí)施例

基于同一發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明實(shí)施例中還提供了一種高速列車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件的狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置，由于這些設(shè)備解決問題的原理與一種方法相似，因此這些設(shè)備的實(shí)施可以參見方法的實(shí)施，重復(fù)之處不再贅述。

圖6為根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的高速列車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件的狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，下面根據(jù)圖詳細(xì)說明該系統(tǒng)的各組成部分。

建模模塊610，用于建立高速列車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件的離散時(shí)間狀態(tài)空間模型；

第一確定模塊620，用于確定所述高速列車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件的當(dāng)前控制輸入數(shù)據(jù)和當(dāng)前測(cè)量輸出數(shù)據(jù)；

第二確定模塊630，用于根據(jù)所述高速列車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件的離散時(shí)間狀態(tài)空間模型、當(dāng)前控制輸入數(shù)據(jù)以及當(dāng)前測(cè)量輸出數(shù)據(jù)確定所述高速列車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件的狀態(tài)估計(jì)器；

狀態(tài)估計(jì)模塊640，用于利用所述狀態(tài)估計(jì)器對(duì)所述高速列車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件進(jìn)行狀態(tài)估計(jì)，并確定狀態(tài)估計(jì)誤差協(xié)方差。

優(yōu)選的，建模模塊進(jìn)一步包括以下子模塊：

第一子模塊，用于根據(jù)所述高速列車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件的物理結(jié)構(gòu)建立該高速列車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件的機(jī)理模型；

第二子模塊，用于利用系統(tǒng)辨識(shí)技術(shù)辨識(shí)所述機(jī)理模型的模型參數(shù)；

第三子模塊，用于根據(jù)采樣時(shí)間對(duì)所述機(jī)理模型的模型參數(shù)進(jìn)行離散化，得到高速列車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件的離散時(shí)間狀態(tài)空間模型。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明白，上述本發(fā)明的各模塊或各步驟可以用通用的計(jì)算裝置來實(shí)現(xiàn)，它們可以集中在單個(gè)的計(jì)算裝置上，或者分布在多個(gè)計(jì)算裝置所組成的網(wǎng)絡(luò)上，可選的，它們可以用計(jì)算裝置可執(zhí)行的程序代碼來實(shí)現(xiàn)，從而，可以將它們存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置中由計(jì)算裝置來執(zhí)行，或者將它們分別制作成各個(gè)集成電路模塊，或者將它們中的多個(gè)模塊或步驟制作成單個(gè)集成電路模塊來實(shí)現(xiàn)。這樣，本發(fā)明不限制于任何特定的硬件和軟件結(jié)合。

雖然本發(fā)明所揭露的實(shí)施方式如上，但所述的內(nèi)容只是為了便于理解本發(fā)明而采用的實(shí)施方式，并非用以限定本發(fā)明。任何本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明所揭露的精神和范圍的前提下，可以在實(shí)施的形式上及細(xì)節(jié)上作任何的修改與變化，但本發(fā)明的專利保護(hù)范圍，仍需以所附的權(quán)利要求書所界定的范圍為準(zhǔn)。