WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 12 |

Принцип построения и структура распознающих классификаторов состояний рельсовых линий Распознавание образов – это процесс принятия решения, устанавливающий принадлежность распознаваемого образа (совокупности информативных признаков в каждый момент времени) к определенному заранее классу.

Преимущества методов распознавания состояний рельсовых линий заключаются в значительном расширении функциональных возможностей классификатора состояний рельсовых линий за счет существенного увеличения глубины распознавания состояний рельсовой линии посредством множества информативных признаков и решающих функций, и разбиения состояний на множество классов (с отдельным выделением III класса – класса неисправного состояния рельсовой линии); в организации внутренней логики развития с иерархической структурой, позволяющей, путем усложнения алгоритма классификации, повысить точность распознавания; в организации диагностики и прогнозирования состояния элементов рельсовой цепи; в относительной инвариантности к возмущающим воздействиям и живучести системы, а, в целом, в более высокой надежности и безопасности.

В работах [15 – 20] сформулированы принципы распознавания для построения распознающих классификаторов состояний рельсовых линий.

Суть их в том, что с помощью предварительно обученной решающей функции микропроцессорное решающее устройство предварительно разделяет множество образов, характеризующихся совокупностью первичных информативных признаков, на непересекающие классы, соответствующие режимам функционирования и диагностики элементов, а затем, в каждый момент времени, достоверно определяет принадлежность предъявляемого образа к конкретному классу (состоянию). Определение состояний рельсовой линии связано в основном с решением задач выделения информативных признаков и синтезом правил, на основе которых будет осуществляться разделение множества образов на классы.

На рис. 1.7 приведена структурная схема распознающей системы автоматической классификации состояний рельсовых линий.

Изменение состояния рельсовых линий отражается на изменении & & величин первичных признаков m{U1,U2, I&1}, информация которых поступает в блок предварительной обработки.

БПР ZБП A B C D Z Рельсовая линия обучение РЦ & U& БПО РУ Uклассы I&1 состояний X Рис. 1.7. Структурная схема распознающей системы автоматической классификации состояний рельсовых линий:

БПР – блок принятия решения; БП – блок памяти; БПО – блок предварительной & &обработки; РЦ – рельсовая цепь; РУ – решающее устройство; X=f (U1, I&1, U ) – & & обобщенные признаки; U1, I&1, U – первичные информативные признаки Задача, решаемая БПО, состоит в выделении характерных признаков, описывающих состояния рельсовой линии. Первой операцией на этом пути является операция устранения случайных искажений и сглаживания шумов, сопровождающих входную, первичную информацию, поступающую в различные моменты времени. На этом этапе используется операция фильтрации, т.е. выделение сигнала из шума. Если рассматривать частотную область, то под этим понимается выделение тех энергетических составляющих, которые наиболее чувствительны к изменению состояний рельсовых линий. В процессе фильтрации из спектра выделяются отдельные частоты или полосы частот, несущие существенную информацию о состоянии рельсовой линии. Эти спектральные составляющие связаны с характерными признаками рельсовой линии или, точнее, составляющими вектора признаков.

Результатом операций, выполняемых в БПО, является получение характерных признаков, связанных с составляющими многомерного вектора исходных измерений. Выходные сигналы (X) БПО используются в качестве входных для устройства классификации.

Каждое состояние рельсовой линии отображается образом (X) в векторном пространстве. Полезный сигнал сопровождается шумами различного происхождения (помехи от электротяги, от блуждающих токов, колебания величины напряжения источника питания и т.д.). Поэтому в процессе измерений появляются погрешности и ошибки. Это приводит к тому, что одно и тоже семейство предъявленных образов в действительности представляется как некоторое «облако» точек.

Решающее устройство, используя заранее определенную решающую функцию, классифицирует все образы на классы состояний (класс образов нормального, шунтового и контрольного режимов) по заранее выбранным правилам. Наиболее эффективно при распознавании состояний рельсовых линий использование единственной решающей функции с предварительным обучением с «учителем».

Задача синтеза перспективных классификаторов может быть успешно решена в первую очередь наличием математической модели чувствительного элемента первичного датчика состояний – рельсовых линий. И эту задачу можно решить представлением схемы замещения рельсовых линий в виде четырехполюсной или многополюсной схемы.

Вопросы и упражнения для самопроверки 1. Какие функции выполняют рельсовые цепи 2. Перечислите виды рельсовых цепей в зависимости от сигнального тока и режима питания.

3. Каковы основные требования к рельсовым цепям 4. Назовите режимы работы рельсовых цепей и их первичные параметры.

5. Каковы особенности рельсовых цепей при электротяге 6. Какие рельсовые цепи применяют при электротяге постоянного и переменного тока 7. Принципы относительной оценки параметра выходного сигнала.

8. Расскажите о принципе построения инвариантных классификаторов состояний.

9. Расскажите о принципе построения распознающих классификаторов состояний.

2. ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛИНИЙ С РАСПРЕДЕЛЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ 2.1. Общие сведения о линиях с распределенными параметрами Электрические свойства рельсовых линий полностью характеризуются первичными параметрами. По физической природе параметры рельсовых линии аналогичны параметрам колебательных контуров, составленных из элементов r, L, C. Различие заключается лишь в том, что в контурах эти параметры являются сосредоточенными, а в рельсовых линиях они равномерно распределены по всей длине. Удельные параметры r и L продольной цепи образуют полное сопротивление рельсовой петли Z0 = r + jL, а удельные параметры g и С (поперечные) – полную проводимость межрельсовой изоляцииY0 = g + jC. Из указанных четырех параметров лишь r и g обусловливают потери энергии: первый – тепловые потери в рельсах и других металлических частях; второй – потери в изоляции.

Под удельным сопротивлением рельсовой петли Z0 понимают сопротивление обеих нитей со стыковыми соединителями и накладками с учетом межрельсовой взаимной индуктивности, отнесенное к 1 км рельсового пути. По существующим нормам сопротивление стыка не должно превышать сопротивление трех метров целого рельса.

При протекании по рельсам переменного тока необходимо учитывать поверхностный эффект, проявляющийся в ослаблении электромагнитного поля в радиальном направлении и, как следствие, уменьшения эффективной площади его поперечного сечения. Глубина проникновения магнитного поля оценивается величиной =, µ где = 2f, µ = µ0µ1, = 4,76 106, Ом м для рельсовой стали: µ1 =100 (в области малых напряженностей магнитного поля).

Расчеты показывают, что = 3,3 10-3 м.

Таким образом, сопротивление рельса переменному току зависит не от площади поперечного сечения, а от его периметра и частоты.

В некоторых случаях приходится учитывать нелинейность сопротивления балласта, которое уменьшается с увеличением приложенного напряжения.

2.2. Гармонические режимы в рельсовых линиях Рельсовые линии являются двухпроводными линиями с распределенными параметрами, для которых характерно множество состояний. В работе рассмотрены условия и характер распространения сигнала по рельсовым линиям в справочной форме, так как по данному вопросу имеются многочисленные публикации [21 – 24].

Уравнения двухпроводной длинной линии. Рассмотрим длинную линию, в которой в качестве проводников используются рельсы, и продольными параметрами являются удельное сопротивление и индуктивность рельсовой петли, а в качестве поперечных параметров выступают проводимость между рельсами и емкость между ними. Бесконечно малый участок РЛ представляется принципиальной схемой, изображенной на рис. 2.1.

Рис. 2.1. Схема замещения дискретного участка РЛ малой длины Полагая, что на входе рельсовой цепи действует источник гармонического напряжения, запишем следующие выражения для распределения напряжений и токов вдоль рельсовой линии (в дальнейшем...

для удобства будем использовать обозначения U = U (x), I = I(x) ) dU - = Z0I;

(2.1) dx dI - = Y0U, (2.2) dx dI где – скорость изменения тока в направлении х;

dx dU – скорость изменения напряжения в направлении х.

dx Комплексные параметры рельсовой линии на единицу длины имеют вид j j Z = Z0e = r + jL Ом/км; Y = Y0e = g + jC См/км. (2.3) 0 Для решения уравнений (2.1 и 2.2) относительно U и I исключим сначала величину I из первого уравнения, взяв первую производную d U dI - = (r + jL), dx dxи подставим в это выражение (2.2), тогда d U =U(r + jL)(g + jC).

dxОбозначим = (r + jL)(g + jC) (2.4) и получим d U = U.

dxОбщее решение приведенного уравнения можно записать в виде суммы прямых (падающих) и обратных (отраженных) бегущих волн с напряжением U =Uпр +Uобр = A1ex + A2e-x. (2.5) Дифференцируя полученное уравнение, получим выражение dU = A1ex - A2e-x = (A1ex - A2e-x).

dx Подставим это уравнение в (2.1) и получим I(r + jL)= (A1ex - A2e-x) или, обозначив Zв = (r + jL)/ = (r + jL)/(g + jC), (2.6) найдем IZв = -A1ex + A2e-x. (2.7) Таким образом, имеем два уравнения (2.5) и (2.6) с двумя неизвестными А1 и А2. Для их определения воспользуемся значениями тока и напряжения в начале рельсовой линии (при х = 0) U1 и I1. Тогда уравнения (2.5) и (2.7) примут вид U1 = A1 + A2; I1Zв = -A1 + A2.

Отсюда A1 = (U1 - I1Zв )/ 2; A2 = (U1 + I1Zв )/ 2. (2.8) Подставляя (2.8) в (2.5) и (2.7), получаем U = [(U1 - I1Zв )/ 2]ex + [(U1 + I1Zв )/ 2]e-x;

I1Zв = -[(U1 - I1Zв )/ 2]ex + [(U1 + I1Zв )/ 2]e-x.

С учетом того, что chx =(ex + e-x)/2 и shx =(ex - e-x)/2, получим значения напряжения Uх и тока Iх в любой точке рельсовой линии х U =U chx - I Z shx;

x 1 1 в (2.9) I = I chx - (U / Z )shx.

x 1 1 в В конце линии, при х = l имеем U =U chl - I Z shl;

l 1 1 в (2.10) I = I chl - (U / Z )shl.

l 1 1 в В рельсовых цепях, как правило, известны величина сопротивления нагрузки (реле), а также величина напряжения U2 или тока I2 его срабатывания.

Зависимость напряжения и тока в начале рельсовой линии от напряжения U2 и тока I2 в ее конце находится решением системы (2.10) относительно U1 и IU1 =U2chl - I2Zвshl;

(2.11) I1 = I2chl + (U1 / Zв )shl.

Уравнения (2.9 – 2.11) представлены в общем виде и устанавливают взаимную связь токов и напряжений с параметрами линии r, L, C и g или и Zв и позволяют определить напряжения и токи в произвольной координате при любой длине рельсовой линии в зависимости от значений напряжений и токов в начале или в конце ее. Эти уравнения справедливы при любых нагрузках (Z0 и Zн) на концах рельсовой линии.

Из приведенных формул следует, что распространение энергии по рельсовой линии, ток и напряжение в любой точке линии описываются аналитически с помощью гиперболических функций от комплексных аргументов.

2.3. Первичные и вторичные параметры рельсовых линий В периодических (квазистационарных) и в переходных режимах линии с распределенными параметрами могут характеризоваться двумя группами параметров – первичными и вторичными.

Для рельсовой линии, представленной длинной линией по рис. 2.1, первичные параметры, взятые на единицу длины, следующие:

Индуктивность рельсов L(Гн/км) характеризует способность цепи накапливать энергию в магнитном поле Wм = LI / 2, а также определяет соотношение между током в рельсах и потокосцеплением: L = / I.

Емкость C(Ф/км) оценивает способность цепи накапливать энергию электрического поля Wэ = СU / 2 и связывает заряды на рельсах с напряжением между ними: С = q /.

Сопротивление рельсов r(Ом/км) характеризует потери энергии в проводах Wr = rI и активное падение напряжения на них Ur = rI.

Проводимость изоляции g(См/км) между рельсами – величина, обратная сопротивлению изоляции, определяет потери энергии Wg = gU в балластном материале между рельсами и ток утечки I = gU.

y В приложении 1 представлены нормативные значения удельного j p сопротивления рельсовой линии Z e при различных частотах сигнального p тока.

К вторичным параметрам рельсовых линий относятся: волновое сопротивление и коэффициент распространения.

Волновое, или характеристическое, сопротивление, обозначаемое Zв,– это отношение комплексных действующих значений (или амплитуд) напряжения и тока прямой или обратной волн Zв = Uпр / Iпр = Uобр / Iобр. (2.12) Согласно (2.4) и (2.2) jв Zв = Z0 /Y = zвe.

Так как Z0 = r + jL, а Y0 = g + jL выражение для волнового сопротивления длинной линии имеет вид r + jL Z =.

(2.13) в g + jC Коэффициент распространения = + j, как следует из выражения (2.6), характеризует изменение модуля и аргумента действующего значения (или амплитуды) бегущей гармонической волны, например, для прямой (x2-x1). (2.14) Uпр(x2)/Uпр(x1)= Iпр(x2)/ Iпр(x1)e Километрический коэффициент затухания – показывает степень убывания амплитуды напряжения или тока бегущей по рельсовой линии волны на расстоянии 1 км, измеряется в неперах (Нп) или в децибелах (дБ) на километр. Например, для прямой волны н к = lnU /U Нп/км, (2.15) пр пр или н к = 20lgU /U дБ/км, (2.16) пр пр н к где U, U – напряжение прямой волны в начале и в конце линии.

пр пр Из выражений (2.15), (2.16)следует, что 1 дБ 0,115 Нп, или 1 Нп = 8,686 дБ.

Коэффициент фазы измеряется в радианах на метр.

Для рельсовой линии по формуле (2.1) = Z Y = (r + jL)(g + jC). (2.17) 0 Выделив в формуле (2.17) действительную и мнимую составляющие, получим 2 2 2 2 = [gr - CL + (r2 + L2)(g + C )];

(2.18) 2 2 2 2 = [ CL - gr + (R2 + L2)(g + C )].

(2.19) На основании выражений (2.3) z + z + y y = Z0Y0 cos ; = Z0Y0 sin.

Коэффициент распространения волны и его зависимость от частоты характеризуют возможную дальность передачи сигнала, определяя его затухание и искажения.

Важное значение при моделировании рельсовой линии имеют еще две величины.

Фазовая скорость v – скорость перемещения какой-либо фазы напряжения или тока синусоидальной электромагнитной волны, бегущей вдоль рельсовой линии. В цепях с постоянными параметрами v = const и = dx/dt = /, (2.20) где = 2f.

Длина волны – расстояние между двумя точками, взятыми в направлении распространения волны, фазы колебания в которых различаются на 2:

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 12 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.