基于Petri網的地鐵車輛遠程故障診斷

　　摘 要： 針對當前地鐵車輛故障，特別是電氣故障判斷的自動化需求，結合Petri網故障樹判斷方法，對某型號的地鐵車輛故障進行判斷。先對Petri網進行簡單的概述，然后構建電氣系統的Petri網模型，并定義相關的規則，最后搭建Petri網模型驗證平臺，對上述的地鐵車輛傳動系統故障進行判斷，結果通過地面服務器展示出來。

　　關鍵詞： 模糊Petri網; 故障樹; 地鐵車輛

　　0 引言

　　隨著我國城市地鐵建設步伐的加快，使得我國開始逐步步入地鐵化的時代。地鐵作為現代城市的標志，具有速度快、干擾小等特點，受到城市管理者的歡迎。但是地鐵車輛上，包含各種類型的電氣設備，一旦其中的某個電氣設備出現問題，勢必嚴重影響車輛的運行，嚴重的甚至引發事故。因此，加強對電氣系統的故障診斷，是保障地鐵車輛安全穩定運行的關鍵。本文則在以往研究的基礎上，提出一種基于Petri網的地鐵車輛故障診斷模型，并搭建試驗平臺對其可行性進行驗證。

　　1 模糊Petri網概述

　　Petri網是一種數學表示，主要用以對離散并行系統進行表示。Petri網提出于上世紀60年代，由當時著名物理學家卡爾·A·佩特里發明并提出，主要適應于異步、并發計算機模型的描述。傳統Petri網主要包含四元組，分別為庫所、變遷、輸入函數以及輸出函數。在這樣的四元組上，任何圖像都能被成功映射。在此基礎上，Petri網若是能夠與當前先進的人工智能理論進行結合，將會使Petri網能夠描述系統靜態結構與動態性質這一優勢發揮到極致，從而對更加復雜的問題進行解決。模糊Petri網FPN概念是在知識表示不確定性的情況下被提出，目前已成為Petri網研究領域中一大重點研究方向。相較于傳統經典Petri網，模糊Petri網在開展物理系統并行及并發行為的描述與分析時，其思維模式更加貼近于人們的認知方式。同時，模糊Petri網還具備描述結構直觀清晰等優勢。與經典Petri網的四元組不同，模糊Petri網通常被定義為八元組，如式(1)。

　　在式(1)中，P代表庫所節點的有限集合，P={p1，p2，…，pn};T代表變遷節點的有限集合，T={t1，t2，…，tm};D代表命題的有限集合，D={d1，d2，…，dn};I為輸入函數，主要是對庫所至變遷之間的關系進行映射;O為輸出函數，主要代表變遷與庫所之間的映射;f為關聯函數，是變遷至0，1之間的實數值映射;α為庫所至0，1之間的實數值映射;β代表庫所至命題之間的所有映射。

　　2 地鐵車輛電氣系統故障模型構建

　　2.1 研究具體結構

　　為進一步研究模糊Petri網在地鐵車輛故障診斷問題，本文以該型號地鐵車輛電氣系統為例，通過Petri網實現對地鐵車輛電氣系統故障的診斷。具體結構如圖1所示。

　　該地鐵車輛結構中，采用6輛編組型式，配置有4M2T的動力分散性裝置。牽引傳動系統主要采用VMF逆變器-異步牽引電動機，構成交流傳動系統。這種牽引傳動系統內部由受電弓、牽引逆變器以及牽引電機等多項設備構成，主要包含了兩個牽引單元，這兩個牽引單元之間的關系為相對獨立。各牽引單元中包含了受電弓1臺、高速斷路器與牽引逆變器各兩臺以及牽引電機8臺。

　　2.2 電氣系統故障樹表示機制

　　地鐵車輛牽引傳動系統故障模型的建立必須依靠FTA(故障樹分析)中部分常用符號，將這些符號作為故障模型的建模元語言。由于本文僅選用故障樹分析當中的符號進行地鐵車輛牽引傳動系統故障模型的構建，因此，后續建立起的牽引傳動系統故障模型并非故障樹。筆者之所以選取故障分析符號為建模元語言，主要是出于對故障診斷領域中故障樹應用基礎地位的考慮，其應用目的在于使牽引傳動系統故障模型能夠擺脫各項故障診斷算法。具體建模符號表如表1所示。