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全矢融合的二元PELCD样本熵列车故障诊断

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噪声与振动控制 2024年第3期44卷 125-131页

作者：郑航李刚李德仓兰州交通大学机电技术研究所兰州730070 兰州交通大学甘肃省物流及运输装备信息化工程技术研究中心兰州730070 兰州交通大学甘肃省物流与运输装备行业技术中心兰州730070

长期高速运行的服役状态会造成高速列车转向架关键部件性能蜕化甚至发生故障等情况,所导致的安全事件将造成严重的经济损失甚至人员伤亡。考虑到高速列车振动信号的特性,将部分集成的局部特征尺度分解方法拓展至二元信号处理领域,同时... 详细信息

长期高速运行的服役状态会造成高速列车转向架关键部件性能蜕化甚至发生故障等情况,所导致的安全事件将造成严重的经济损失甚至人员伤亡。考虑到高速列车振动信号的特性,将部分集成的局部特征尺度分解方法拓展至二元信号处理领域,同时结合全矢谱理论对同阶分量信号进行信息融合,得到更加完备的数据特征,并对融合后的数据进行样本熵特征提取,得到列车的故障特征;采用灰狼优化算法对支持向量机进行参数寻优,通过实验对比单一故障工况、复合故障工况以及部件性能退化下的故障识别率,验证所提方法的有效性、优越性。

关键词：故障诊断二元部分集成的局部特征尺度分解方法全矢理论灰狼优化算法支持向量机

强风自然灾害致突发事件下高速列车动态调度方法

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灾害学 2024年第3期39卷 66-71页

作者：李德仓贾若谷李文昊雷斌陈晓强胥如迅兰州交通大学机电技术研究所甘肃兰州730070 甘肃省物流及运输装备信息化工程技术研究中心甘肃兰州730070 甘肃省物流与运输装备行业技术中心甘肃兰州730070

针对强风自然灾害致突发事件发生时高速列车调度问题,该文以晚点列车在各站到发时刻与原时刻表误差之和为目标函数,建立以速度、时间和变量取值等为约束条件的高速列车非线性动态调度模型,提出采用非线性收敛因子及自适应权重改进的鲸... 详细信息

针对强风自然灾害致突发事件发生时高速列车调度问题,该文以晚点列车在各站到发时刻与原时刻表误差之和为目标函数,建立以速度、时间和变量取值等为约束条件的高速列车非线性动态调度模型,提出采用非线性收敛因子及自适应权重改进的鲸鱼优化算法(NAWOA)实现对目标函数的求解。以国内某铁路区段部分站点及运行的高速列车等数据为例,对模型的有效性进行检验。仿真结果表明:所提改进算法与传统鲸鱼优化算法、粒子群算法和遗传算法相比,对目标函数求解精度分别提升了16%,14%和36%,不但能够有效实现列车遭遇强风致突发事件时的动态调度,而且算法收敛速度较快,使得列车运行快速恢复正常,从而有效降低强风灾害致突发事件造成的列车大面积延误影响,提升高速列车的运行效率。

关键词：强风动态调度鲸鱼优化算法高速列车突发事件

基于RIME-VMD的高速列车横向减振器故障诊断

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铁道科学与工程学报 2024年

作者：秦永峰李刚齐金平王建帅兰州交通大学机电技术研究所甘肃省物流及运输装备信息化工程技术研究中心甘肃省物流与运输装备行业技术中心

为解决变分模态分解（VMD）在高速列车横向减振器故障诊断中特征提取较为困难的问题，提出一种基于霜冰算法（RIME）以最小包络熵作为适应度函数优化变分模态分解（VMD）的特征提取方法。首先，使用霜冰算法（RIME）优化VMD在不同故障... 详细信息

为解决变分模态分解（VMD）在高速列车横向减振器故障诊断中特征提取较为困难的问题，提出一种基于霜冰算法（RIME）以最小包络熵作为适应度函数优化变分模态分解（VMD）的特征提取方法。首先，使用霜冰算法（RIME）优化VMD在不同故障状态下模态（IMF）分量的个数和惩罚因子的最优参数组合。其次，计算各个IMFs分量的峭度值与相关性系数，再分别选取峭度值较大的前4阶IMF分量，并在峭度值较大的4个IMFs分量中选取相关性系数较高的前3阶IMFs进行信号重构降噪。最后，计算多尺度的奇异熵、样本熵、排列熵作为故障特征值，并结合t分布随机近邻嵌入（tSNE）算法降维去除冗余特征信息，将降维融合后的特征矩阵逐一输入到支持向量机（SVM）中，从而实现对高速列车横向减振器不同故障部位的识别。仿真实验结果表明：相较于灰狼算法（GWO）优化变分模态分解（VMD）的方法，RIME-VMD方法利用霜冰算法高效的搜索与开发能力，可以更快速寻得高速列车不同工况下，变分模态分解中分解层数和惩罚因子参数的全局最优组合，提高了VMD分解信号的鲁棒性，采用信号重构的方法可以有效提取故障特征，实现高速列车横向减振器故障的高效、准确识别。原始变分模态分解（VMD）方法虽然分解速度较快，但原始VMD参数的人工试错成本更高，不能满足高速列车故障诊断的要求。研究结果为高速列车横向减振器故障诊断和安全运营进一步优化提供参考。

关键词：转向架变分模态分解霜冰算法故障诊断多尺度奇异熵

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强风环境下高速列车横向振动控制方法研究

铁道标准设计 2024年

作者：李文昊李德仓赵传徽闫荣佳贾若谷甘肃省物流与运输装备行业技术中心甘肃省物流及运输装备信息化工程技术研究中心兰州交通大学机电技术研究所

随着我国高速列车轻量化设计以及运行速度的逐渐提高，强风环境导致高速列车车体横向振动愈加严重。高速列车在强风作用下的横向振动控制是一个耦合性强且高度非线性的过程，对车辆悬架系统振动控制的要求也变得越来越高。据此建立在不... 详细信息

随着我国高速列车轻量化设计以及运行速度的逐渐提高，强风环境导致高速列车车体横向振动愈加严重。高速列车在强风作用下的横向振动控制是一个耦合性强且高度非线性的过程，对车辆悬架系统振动控制的要求也变得越来越高。据此建立在不稳态气动载荷和轨道激励作用下的车辆动力学模型，根据Cooper理论和叠加原理获得强风下的不稳态气动载荷，并分析在气动载荷作用下的高速列车横向振动特性；进一步建立基于二系主动悬挂系统的高速列车车体横向1/4车辆动力学模型，提出基于模型预测控制（MPC）的主动控制方法，以实现对轨道和气动载荷激励下的车体侧向振动的主动控制；针对模型预测控制(MPC)在解决高速列车横向控制过程中偏差过大、计算时间长的问题，提出一种基于粒子群（PSO）算法的高速列车横向振动模型预测控制方法，并利用粒子群算法对模型预测控制的控制步长n和预测步长p进行优化，提高MPC的控制精度，减少控制器的迭代次数；利用MATLAB/SIMLINK软件建立高速列车动力学模型进行仿真验证，仿真结果表明：相较于被动控制和MPC控制，基于PSO算法优化后的MPC控制器能将车体横向振动加速度的RMS降低大约13%，对抑制高速列车车体横向振动有显著效果，增强了列车在横风条件下的运行稳定性、行驶舒适性和安全性。

关键词：高速列车横风激励主动悬架横向振动模型预测控制粒子群算法优化

基于IBES-XGBoost的高速铁路沿线风速预测模型

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灾害学 2024年第1期39卷 57-63页

作者：孟建军江相君孟高阳李德仓兰州交通大学机电技术研究所甘肃兰州730070 甘肃省物流及运输装备信息化工程技术研究中心甘肃兰州730070 甘肃省物流与运输装备行业技术中心甘肃兰州730070 兰州交通大学机电工程学院甘肃兰州730070

为保证高速铁路沿线风灾预警信息具有较高时效性,需要进行高速铁路沿线超短期风速的提前多步预测。针对众多预测模型在预测中可能存在较大误差的问题,采用Tent混沌映射和BFGS拟牛顿法对秃鹰搜索算法进行改进,并用改进的秃鹰搜索算法(IB... 详细信息

为保证高速铁路沿线风灾预警信息具有较高时效性,需要进行高速铁路沿线超短期风速的提前多步预测。针对众多预测模型在预测中可能存在较大误差的问题,采用Tent混沌映射和BFGS拟牛顿法对秃鹰搜索算法进行改进,并用改进的秃鹰搜索算法(IBES)对XGBoost的初始参数进行优化。在构建IBES-XGBoost模型时,加入风速以外的其他气象特征,以提高预测精度。实验结果表明:(1)改进的秃鹰算法相比其他智能优化算法有更好的寻优能力,与其他模型相比IBES-XGBoost在超短期风速的提前多步预测上有着较高的精度和较好的拟合效果。(2)Tent混沌映射和BFGS拟牛顿法对秃鹰算法有着较好的改进效果。(3)IBES-XGBoost能为高速铁路规范下的大风预警提供可靠的提前多步预测结果。

关键词：高速铁路风灾风速预测机器学习秃鹰搜索算法

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基于客户满意度的低碳冷链多式联运路径优化

包装工程 2024年第13期45卷 268-275页

作者：孟建军石坤刘亚彤李德仓姜泰华蒋小一刘潇兰州交通大学机电技术研究所兰州730070 甘肃省物流及运输装备信息化工程技术研究中心兰州730070 甘肃省物流与运输装备行业技术中心兰州730070

目的实现生鲜产品的高效配送,尽可能提高客户满意度。方法分析多式联运和冷链物流的特点,选择最优物流路径。在路径选择模型的建立中,结合客户对生鲜产品的质量及到货时间的满意程度,引入顾客满意度参数。同时响应国家“碳中和”政策的... 详细信息

目的实现生鲜产品的高效配送,尽可能提高客户满意度。方法分析多式联运和冷链物流的特点,选择最优物流路径。在路径选择模型的建立中,结合客户对生鲜产品的质量及到货时间的满意程度,引入顾客满意度参数。同时响应国家“碳中和”政策的号召,在模型构建中考虑了低碳策略,以总成本最小、客户满意度最大为目标函数。以15个枢纽城市及公路、铁路、水路3种方式的冷链运输为例,将目前较新的帝企鹅算法与传统的启发式算法(遗传算法、粒子群算法)进行对比,并针对转运时间进行灵敏度分析。结果最优联运路线对应的客户满意度为0.96,转运时间的增加导致总成本上升、客户满意度下降和最优路径发生变化。结论帝企鹅算法在求解多式联运问题上具有较好的收敛速度和收敛精度,为多式联运承运人的决策提供了依据。转运时间的波动导致适应度函数发生变化,因此在兼顾客户满意度的前提下,选择合适的运输方式和路径,减少非必要的转运。

关键词：多式联运冷链物流客户满意度帝企鹅优化算法路径优化

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基于双注意力和GSSN轻量化的钢轨扣件缺陷检测

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计算机工程 2024年

作者：张元吕德芳孟建军祁文哲兰州交通大学机电工程学院甘肃省物流及运输装备信息化工程技术研究中心兰州交通大学机电技术研究所甘肃省物流与运输装备行业技术中心

铁路钢轨扣件的缺陷检测是铁道安全巡检中极为重要的工作之一，为提高钢轨扣件维护工作的效率，将实施基于深度学习的方式进行巡检。而使用当前主流的目标检测模型进行钢轨扣件缺陷的检测时，由于模型体积大、参数量多造成无法同时平衡... 详细信息

铁路钢轨扣件的缺陷检测是铁道安全巡检中极为重要的工作之一，为提高钢轨扣件维护工作的效率，将实施基于深度学习的方式进行巡检。而使用当前主流的目标检测模型进行钢轨扣件缺陷的检测时，由于模型体积大、参数量多造成无法同时平衡检测准确度和速度。本文对YOLO v5模型进行改进，采用SE和CA组成的双注意力机制；重新设计网络，选用MobileNet v3为主干网络，同时引入含有GSConv模块的Slim-Neck结构和轻量级上采样算子，降低计算成本；最后，将YOLO v5的坐标损失函数修改为SIoU，提升训练时的收敛速度，使得模型更加轻量化。使用改进后的模型在钢轨扣件数据集上进行测试，结果显示，单张扣件图片的检测时间为53.8ms，速度为17.9FPS，并且模型大小仅有8.3MB，符合模型体积小、检测效果佳的要求。

关键词：钢轨扣件目标检测 YOLO v5 注意力机制卷积网络轻量化

横风作用下基于PSO寻优的高速列车PID主动悬挂控制器设计

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铁道标准设计 2024年

作者：程凯祁文哲李德仓兰州交通大学机电技术研究所兰州交通大学机电工程学院甘肃省物流与运输装备行业技术中心甘肃省物流及运输装备信息化工程技术研究中心

针对横风作用下高速列车车体横向和侧滚角振动加速度过大的问题，提出一种基于粒子群算法(PSO)寻优的高速列车PID主动悬挂控制器，以提升高速列车运行平稳性。首先，基于AR模型，利用平均风指数律和Kaimal脉动风速谱，结合风场空间相关... 详细信息

针对横风作用下高速列车车体横向和侧滚角振动加速度过大的问题，提出一种基于粒子群算法(PSO)寻优的高速列车PID主动悬挂控制器，以提升高速列车运行平稳性。首先，基于AR模型，利用平均风指数律和Kaimal脉动风速谱，结合风场空间相关性，模拟得到列车随机风模型；其次，运用多体动力学仿真软件SIMPACK建立50自由度列车多体动力学模型，考虑风荷载和轨道不平顺的影响，创建了较为完善的风-车系统模型；最后，以PID控制理论为基础，针对PID控制方法繁琐且主观性强的缺陷，设计了基于PSO算法寻优的PID主动悬挂控制器。该控制器以列车横向振动量为控制器输入变量，横向控制力为传感器输出变量。通过PSO算法对PID控制参数迭代优化，使主动悬挂处于最优状态。为验证控制器的优越性，将控制器与风-车系统模型进行联合仿真分析。结果表明，车体横向和侧滚角加速度振动能量集中在0～10Hz，与被动悬挂相比，基于PSO寻优的PID主动悬挂可使车体横向和侧滚角加速度最大值分别降低36.20%和9.82%，车体横向和侧滚角加速度均方根值分别降低40.40%和7.57%，横向平稳性指数减小12.07%。

关键词：高速列车横风作用风-车模型主动悬挂 PSO寻优 PID控制多体动力学

高速列车主动悬架超磁致伸缩位移放大致动器的设计与仿真研究

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机械设计 2024年

作者：刘潇孟建军刘洋窦文略汤瑞兰州交通大学机电工程学院甘肃省物流与运输装备行业技术中心兰州交通大学机电技术研究所甘肃省物流及运输装备信息化工程技术研究中心

随着高速列车的行进速度逐年提高，车体在运行过程中的振动也随之愈演愈烈，故将超磁致伸缩致动器应用于列车主动悬架系统实现减振已成为了近些年的新发展方向。为此，本文设计了一种采用聚合物黏接复合材料（CMPC）和Galfenol材料二者... 详细信息

随着高速列车的行进速度逐年提高，车体在运行过程中的振动也随之愈演愈烈，故将超磁致伸缩致动器应用于列车主动悬架系统实现减振已成为了近些年的新发展方向。为此，本文设计了一种采用聚合物黏接复合材料（CMPC）和Galfenol材料二者镶嵌的超磁致伸缩材料（GMM），并与液压式位移放大机构相结合的高速列车主动悬架超磁致伸缩位移放大致动器，借助COMSOL软件确定了致动器关键部件的结构参数，并利用MATLAB 2022a/Simulink软件搭建了基于致动器的主动悬架仿真模型和模糊PID控制器仿真模型，仿真验证了基于致动器的主动悬架相对于被动悬架的优良减振性能，验证了致动器应用于主动悬架的可行性。

关键词：列车主动悬架超磁致伸缩位移放大致动器机械设计仿真研究