【黄岛讲坛(第19期)】周东华教授讲述大数据驱动下高速列车信息控制系统实时故障诊断技术

报告会现场 杨安摄影

周东华教授讲述大数据驱动下高速列车信息控制系统实时故障诊断技术 杨安摄影

  【本站讯】3月16日,山东科技大学教育部长江学者特聘教授周东华做客第19期“黄岛讲坛”,向在场师生介绍大数据驱动下的高速列车信息控制系统实时故障诊断技术。现场400余名师生听取报告。

  周东华讲述大数据故障诊断技术不断发展的背景,介绍高速列车信息控制系统故障诊断的困难,并从大数据分析故障信息密度低、受环境和结构影响大等特点入手,提出关于大数据驱动下高铁故障诊断的研究方向及相关成果。

  中国高铁经过长期发展,其技术和应用水平已居世界领先地位。“目前我国高铁营运里程2.5万公里,占世界的2/3。到2020年,中国时速在200公里以上的高速铁路总里程将会达到3万公里,相当于欧洲国家的总和。”据周东华介绍,如今中国在高铁发展速度、系统技术、集成能力、营运里程、营运速度、在建规模等六个领域居世界第一,其安全运行显得愈发重要。然而,我国对于高速列车的故障诊断技术却一直处于相对落后的状态。

  “安全运行是高速列车系统研发和应用的首要问题,任何安全隐患若不能实时诊断并得到有效处理,都可能引发连锁反应,最终导致灾难性后果。”周东华指出,高速列车安全运行的关键是列车的“信息控制系统”,而信息控制系统中的牵引变流系统、制动控制系统和列车网络系统就如同人体的心脏、大脑和神经,左右着列车的安全。故障诊断技术则是高速列车信息控制系统安全可靠运行的核心技术。如今高速列车已采取了超限报警等故障检测措施,列车运行的安全性有了很大提高,但是故障诊断的实时性、闭环系统的故障诊断以及复合故障的诊断问题仍然属于世界性难题。

  针对这些难题,周东华提出了需要重点解决的三个关键科学问题:大数据与知识相结合的故障建模理论与方法,闭环系统的故障传播机制与故障的可诊断性理论以及高速列车信息控制系统的可靠性实时评估理论。周东华介绍:“以往的故障诊断都是基于模型的,但是高铁是不存在模型的,只有大量的数据以及专家经验,基于模型的诊断就变成了纸上谈兵。”因此,首先要解决的就是数据加知识的故障建模理论。

  周东华团队就这几个世界难题选择局部突破,他们研究的内容包括基于大数据和知识的高速列车信息控制系统建模、高速列车信息控制系统微小和复合故障的实时诊断理论与预测方法、高速列车信息控制系统间歇故障实时诊断理论与方法、高速列车信息控制系统可靠性实时评估理论与方法、高速列车信息控制系统应用验证平台与故障测试技术五个方面。“间歇故障诊断是最难啃的‘骨头’,通信网络、牵引系统等中都包含间歇故障。种类多、偶然性大,研究起来相当困难。”周东华团队与全国权威大学重点实验室及研究所进行了合作,他们在实验室乃至高铁现场进行了应用验证,“实验高铁上没有故障,那就自己造故障”,压力之大可见一斑。

  最后,周东华展示了研究团队取得的7大进展,包括动车组制动缸系统的故障检测和分离、动车组制动系统压力传感器微小故障诊断、微小故障检测的递推变元统计分析方法、数据驱动的制动系统暂态过程的故障检测方法、闭环系统故障诊断理论与方法、含时变参数扰动的随机动态系统执行器间歇故障鲁棒检测方法、含未知扰动的随机动态系统传感器间歇故障鲁棒检测故障。针对微小故障检测问题,周东华团队提出了一种“数据驱动的递推变元统计分析方法”,利用“单步滑动时间窗”提取正交的变元,充分利用其各阶统计信息用于故障检测,并在Automatica上发表了第一篇系统性分析数据驱动方法对传感器故障和过程故障可检测性的论文。

  讲坛结束后,师生们对“不同种类数据之间的融合”等方面提出相关问题,周东华进行详细解答,并指出目前故障诊断领域所存在的难点,为师生指明了故障诊断研究未来的发展方向。

  周东华,山东科技大学教授,清华大学教授(双聘)。第六届中国青年科技奖、国家杰出青年科学基金获得者,教育部长江学者特聘教授、“新世纪百千万人才工程”国家级人选、全国优秀科技工作者。山东省泰山学者优势特色学科人才团队领军人才,国家“万人计划”领军人才。主要研究方向是控制系统故障诊断、容错控制与运行安全性评估理论等。主持国家973课题,863项目,国家自然科学基金重大、重点、重大国际合作项目等国家和省部级科研项目20余项。出版学术专著6部,在国际学术刊物发表论文180余篇。获国家自然科学二等奖、国家科技进步二等奖、国家级优秀教学成果二等奖各1项。目前学术兼职有:IFAC 技术过程故障诊断与安全性技术委员会委员,教育部高等学校自动化类教学指导委员会主任,第七届“控制科学与工程”国务院学科评议组成员,中国自动化学会副理事长、技术过程故障诊断与安全性专业委员会主任等。


 


【作者:杨安 徐文华 刘振杰 蒋晨 孙伟    来自:新闻中心 大学生传媒中心 科技处    责任编辑:姜洪明     审核:蒋大森】
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