专利名称：谱互相关系数的弓网匹配性能评估方法
技术领域：
本发明涉及的是一种高速铁路接触网与受电弓的匹配性能的评估方法。具体说就是一种接触网和受电弓动态抬升量连续频谱皮尔逊互相关系数的弓网匹配性能评估方法。
背景技术：
弓网关系是高铁系统三大关键技术之一，弓网匹配问题长期制约高铁提速和铁路安全运行。目前对于弓网匹配还未有有效地评价方法，由于弓网匹配不良造成受电弓损坏严重、受流质量不佳，造成了巨大的经济损失和运营可靠性问题，因此亟需找到有效地弓网匹配评价方法来指导弓网选型及优化工作。目前对于弓网动态特性评估主要采用欧标中定义的时域平稳均值、方差等统计参数。这些评价指标假设弓网数据具有广义平稳性，无法适应高速下弓网动态数据的分析要求，且单一统计值也难以对弓网匹配性能进行有效评估。更有效的弓网特性评估一方面可以通过研究更为符合高速弓网数据特性的时域统计参数实现，但暂未见相关报道；另一方面可尝试从频域/时频域进行弓网特性分析，该种方法已经有不少有益尝试。如梅桂明等利用频谱分析了受电弓线性模型与非线性模型的差别[梅桂明，张卫华.受电弓/接触网系统动力学模型及特性[J].交通运输工程学报，2002，2 (01) :20-25.]。陈康利用三维受电弓模型分析了受电弓固有特性与频率的关系[陈康.电力机车受电弓的三维多体动力学模型研究[J].机车电传动，2006，(05) :11-14.]。周宁等分析了受电弓弹性体模型的动态频谱响应，认为弹性体模型可以更准确进行弓网特性模拟[周宁，张卫华.基于受电弓弹性体模型的弓网动力学分析[J].铁道学报，2009，31 (06) :26-32.]。Tong-Jin Park等在频域内分析了高速铁路弓网动态敏感性问题[Park T, Han C, Jang J. Dynamic sensitivityanalysis for the pantograph of a high-speed rail vehicle[J]. Journal of Sound &Vibration, 2003, 266(2) :235-260. ]。Barmada等利用小波时频方法分析了弓网电弧特性[Barmada S,Landi A,Papi M,et al. Wavelet multiresolution analysis for monitoringthe occurrence of arcing on overhead electrified railways[J]. Proceedings ofthe Institution of Mechanical Engineers — Part F —Journal of Rail & RapidTransit, 2003, 217 (3) :177-187. ]。Shintaro Kudo等分析了利用小波分析接触线故障的可行性并利用双谱分析了接触压力低频成分[Kudo S, Honda S, Ikeda M. Contact forcesignal analysis of current collecting with bispectrum and wavelet[C]//SICE.Proceedings of the 41st SICE Annual Conference. _Tokyo Soc.1nstrument & ControlEng，2002 :2478-2482. ]。Stefano Bruni等重点分析了弓网系统的中高频特性，找到了造成中高频振动的弓网物理系统原因，为弓网优化提供了参考[Bruni S，Bucca G, CollinaA, et al. Pantograph-Catenary dynamic interaction in the medium-high frequencyrange [J]. Vehicle System Dynamics, 2004, 41 :697-706.]。但目前利用频域进行弓网匹配关系的研究未见相关报道。
发明内容
本发明的目的在于提出一种高速铁路弓网匹配性能的评估方法。该方法通过构造接触网和受电弓动态抬升量连续频谱，计算弓网抬升谱的皮尔逊互相关系数量化评估弓网匹配性能。该方法能克服单一时域统计值难以证明弓网匹配优劣成因的问题，对高速铁路弓网选型具有指导意义。本发明采用的手段是谱互相关系数的弓网匹配性能评估方法，在高速铁路弓网选型中评估不同类型的弓网匹配的性能，通过构造接触网和受电弓动态抬升量连续频谱，计算弓网抬升谱的皮尔逊互相关系数量化评估弓网匹配性能以明确弓网选型构造参数，其具体工作步骤包含A、接触网和受电弓动态抬升量数据的预处理a.检验原始数据是否符合本方法要求应用于本方法的实测或仿真的接触网和受电弓动态抬升量数据，其实测或仿真时弓网运行的距离应不少于所选铁道线路十跨的距离；b.剔除接触网和受电弓抬升量数据中残差超过标准差3倍的数据；B、自回归AR(Auto Regressive)模型法构造接触网和受电弓动态抬升量连续频谱接触网或受电弓抬升量数据为离散数据，其AR模型可用如下差分方程表示
权利要求
1.谱互相关系数的弓网匹配性能评估方法，在高速铁路弓网选型中评估不同类型的弓网匹配的性能，通过构造接触网和受电弓动态抬升量连续频谱，计算弓网抬升谱的皮尔逊互相关系数量化评估弓网匹配性能以明确弓网选型构造参数，其具体工作步骤包含 A、接触网和受电弓动态抬升量数据的预处理 a.检验原始数据是否符合本方法要求应用于本方法的实测或仿真的接触网和受电弓动态抬升量数据，其实测或仿真时弓网运行的距离应不少于所选铁道线路十跨的距离； b.剔除接触网和受电弓抬升量数据中残差超过标准差3倍的数据； B、自回归AR(Auto Regressive)模型法构造接触网和受电弓动态抬升量连续频谱接触网或受电弓抬升量数据为离散数据，其AR模型可用如下差分方程表示
2.根据权利要求1所述的谱互相关系数的弓网匹配性能评估方法，其特征在于所述B步AR模型法构造接触网和受电弓动态抬升量连续频谱的具体做法为 式(2)中AR模型参数σ 2和ak的求解采用Burg算法，在确定了 AR模型阶数p的情况下，设Burg算法的算法阶数为m，在其算法过程中m取值为I，2，L，p依次进行运算，算法中计算m阶预测误差的递推公式为
全文摘要
本发明公开了一种谱互相关系数的高速铁路弓网匹配性能评估方法。针对高速铁路接触网和受电弓选型问题，提出一种接触网和受电弓动态抬升量连续频谱皮尔逊互相关系数的弓网匹配性能评估方法。本发明对弓网运行的动态抬升量数据进行预处理，剔除异常数据，保证数据可靠性；使用自回归模型法构造接触网和受电弓动态抬升量连续频谱，利用抬升谱对比分析弓网匹配性能产生差别的原因；计算弓网抬升谱皮尔逊互相关系数，量化弓网匹配性能优劣的指标，最终对弓网匹配性能优劣做出判断。分析表明，使用本发明方法可直观比较不同类型弓网匹配特性的差异，明确造成匹配性能不佳的频带范围，定量比较弓网匹配性能，为高速铁路弓网选型提供了一种新的评估方法。
文档编号G06F19/00GK103020430SQ20121049622
公开日2013年4月3日 申请日期2012年11月28日 优先权日2012年11月28日
发明者刘志刚, 韩志伟, 汪宏睿, 宋洋 申请人:西南交通大学