；同時通過對各故障工況下的故障樣本數(shù)據(jù)分析，建 立各故障工況下溫度測量值與溫度真實值之間的關(guān)系模型，由關(guān)系模型即可重構(gòu)或估計 出溫度真實值以進行控制和保護，從而實現(xiàn)有效的溫度傳感器故障診斷、定位及容錯估計 TSDEM(Temperature Sensor Diagnosis and fault-tolerant Evaluation Module)〇
[0040] 如圖3所示，本實施例所采用的溫度信號采集電路包括恒流源、電壓跟隨器以及 同相比例運算放大電路，待診斷溫度傳感器PT100的電源輸入兩端分別為AU A2端，溫度 信號傳輸兩端分別為BK B2端，待診斷溫度傳感器PT100通過AU A2端接入電流源，輸出 Uin的溫度信號；溫度采集電路通過BK B2端接入U ιη溫度信號作為差分輸入電壓，U ιη溫 度信號經(jīng)過電壓跟隨器生成單端電壓信號Uin'，由同比例運算放大電路生成滿足傳動控制 單元TCU (Traction Control Unit，傳動控制單元）中模數(shù)轉(zhuǎn)換單元ADC (Analog Digital Convertor，模數(shù)轉(zhuǎn)換單元）采樣所需的電壓信號U，電壓信號U經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換單元ADC轉(zhuǎn)換 后即得到所需的溫度測量值。
[0041 ] 若設(shè)同相比例運算放大電路的放大倍數(shù)為K，則溫度傳感器PT100采集的溫度值T 與溫度信號采集電路輸出電壓值U之間的關(guān)系如式（1)所示：
[0042] U = (0· 385*T+100)*0. 0049*K (I)
[0043] 其中系數(shù)（本實施例為0· 385、0· 0049)由具體采用的溫度信號采集電路結(jié)構(gòu)確 定。
[0044] 則實際溫度值T可根據(jù)溫度采樣電路輸出電壓值U推導得出，計算公式如下所 示：
[0046] 傳統(tǒng)的溫度傳感器故障診斷中僅是設(shè)定溫度值T的有效范圍[Τ_，Τ_]，若采集到 的溫度不在有效范圍內(nèi)，則判定發(fā)生故障。相比于傳統(tǒng)的溫度傳感器故障診斷方法，本實施 例上述方法，由溫度信號采集電路當前輸出的輸出電壓值U可判斷待診斷溫度傳感器是否 處于故障狀態(tài)，同時還能夠定位具體故障工況類型以及重構(gòu)或估計出溫度真實值，有效提 高故障診斷的有效性以及系統(tǒng)的可用性。
[0047] 本實施例中，故障工況包括待診斷溫度傳感器與溫度采集電路之間的電源輸入兩 端、溫度信號傳輸兩端中，一端故障或其中兩端同時故障，具體為一端或兩端斷線，或兩端 短路，或兩端反接等。每種故障工況下所得到的溫度測量值特征不同，因而可根據(jù)溫度信號 特征分析故障工況與溫度測量值之間的關(guān)系。
[0048] 如圖3所示，本實施例由電源輸入兩端Α1、Α2,以及溫度信號傳輸兩端Β1、Β2具體 劃分為以下十種故障工況：
[0049] 表1 :十種故障工況
[0051] 預(yù)先在上述十種故障工況下獲取不同溫度時溫度采集電路輸出的溫度測量值進 行分析，即可分別得到十種故障工況與溫度測量值之間的對應(yīng)關(guān)系，由對應(yīng)關(guān)系建立每種 故障工況的故障判定規(guī)則。
[0052] 本實施例中，通過對每種故障工況下溫度測量值與溫度真實值之間關(guān)系進行分 析，來建立溫度測量值與溫度真實值之間的關(guān)系模型，由建立的關(guān)系模型即可重構(gòu)或估計 出溫度測量值所對應(yīng)的溫度真實值。關(guān)系模型建立中，若目標故障工況下溫度測量值與溫 度真實值呈線性關(guān)系，則通過將目標故障工況下不同溫度時的溫度測量值進行曲線擬合， 建立目標故障工況的線性關(guān)系模型，則由線性關(guān)系模型可直接重構(gòu)出對應(yīng)故障工況下的溫 度真實值；若目標故障工況下溫度測量值與溫度真實值不呈線性關(guān)系，則可通過建立溫度 真實值估計模型得到關(guān)系模型，由溫度測量值與溫度真實值估計模型確定溫度測量值與溫 度真實值之間的關(guān)系。溫度真實值估計模型具體可采用灰度模型。
[0053] 本實施例中，曲線擬合具體采用最小二乘算法，擬合實現(xiàn)簡單且擬合精度高，也可 以根據(jù)實際需求采用其他曲線擬合方法。
[0054] 本實施例當需要對待診斷溫度傳感器進行故障診斷及容錯估計時，實時獲取溫度 采集電路輸出的當前溫度測量值，對當前溫度測量值首先進行有效性判斷，以診斷有無故 障發(fā)生。機車中溫度傳感器根據(jù)不同測量功能，通常所需檢測的溫度會在一定范圍值內(nèi)，因 而根據(jù)該范圍即可確定溫度測量值的有效范圍，由溫度測量值的有效性判斷診斷溫度傳感 器是否發(fā)生故障。
[0055] 本實施例中，步驟2)中判斷當前溫度測量值是否為有效檢測值的具體步驟為：
[0056] 2. 1)根據(jù)待診斷溫度傳感器所需檢測的溫度范圍計算溫度測量值的有效范圍；
[0057] 2. 2)判斷當前溫度測量值是否在溫度測量值的有效范圍內(nèi)，如果是，則判定為有 效檢測值，否則判定不是有效檢測值。
[0058] 若診斷溫度傳感器處于正常狀態(tài)時，則直接由當前溫度測量值作為溫度真實值輸 出；若診斷為處于故障狀態(tài)，則進行具體故障工況的定位以及溫度真實值的重構(gòu)或估計。由 基于故障工況判斷規(guī)則的專家診斷判斷當前溫度測量值所對應(yīng)的故障工況，即可確定故障 工況的類型，確定故障工況類型后由故障工況對應(yīng)的關(guān)系模型來重構(gòu)或估計溫度真實值。
[0059] 本實施例步驟3)中根據(jù)關(guān)系模型重構(gòu)或估計出對應(yīng)的溫度真實值的具體步驟 為：
[0060] 3. 1)根據(jù)當前溫度測量值所確定的故障工況獲取對應(yīng)的關(guān)系模型，判斷關(guān)系模型 是否為線性，如果是，轉(zhuǎn)入執(zhí)行步驟3. 2)，否則轉(zhuǎn)入執(zhí)行步驟3. 3);
[0061] 3. 2)根據(jù)關(guān)系模型重構(gòu)出當前溫度測量值對應(yīng)的溫度真實值；
[0062] 3. 3)獲取待診斷溫度傳感器在正常狀態(tài)時的歷史溫度測量值，根據(jù)歷史溫度測量 值估計出當前溫度真實值。
[0063] 本實施例當故障工況對應(yīng)的溫度測量值與溫度真實值之間關(guān)系模型為線性時，即 溫度測量值與溫度真實值呈線性關(guān)系，則可直接通過預(yù)先建立的線性關(guān)系模型重構(gòu)出溫度 真實值；當關(guān)系模型不為線性時，即溫度測量值與溫度真實值之間不呈線性關(guān)系時，則不能 直接通過關(guān)系模型重構(gòu)出溫度真實值，本實施例則利用溫度傳感器在正常狀態(tài)下得到的溫 度測量值作為歷史數(shù)據(jù)，由歷史數(shù)據(jù)來估計出溫度真實值，從而使得在各種故障工況下均 能夠通過重構(gòu)或估計獲得溫度真實值，提高系統(tǒng)的可用性。
[0064] 本實施例中，步驟3. 3)具體通過灰度模型估計出當前溫度真實值，通過灰度模型 能夠準確的實現(xiàn)溫度真實值的估計。本實施例具體是以溫度傳感器在正常狀態(tài)下時得到的 歷史溫度測量值作為輸入，通過GM(2, 1)灰度模型估計出當前溫度真實值，可進一步提高 估計精度。
[0065] 以下以機車傳動系統(tǒng)中牽引變流器水冷系統(tǒng)的溫度傳感器故障診斷及容錯估計 為例，進一步說明本發(fā)明。
[0066] 由于機車傳動系統(tǒng)牽引變流器水冷系統(tǒng)中的入溫信號正常范圍為_60°C~80°C， 即待診斷溫度傳感器的溫度值T的有效范圍為_60°C~80°C，取入口水溫信號采集電路的 比例運算放大器倍數(shù)K為14,則根據(jù)公式（1)即可得到入口水溫信號采集電路輸出的溫度 測量值U的理論有效范圍為5. 275~8. 973V。
[0067] 步驟1 :對應(yīng)關(guān)系及關(guān)系模型預(yù)先建立
[0068] 步驟I. 1)故障樣本數(shù)據(jù)庫建立以及故障樣本數(shù)據(jù)變化特性確定
[0069] 預(yù)先通過待診斷溫度傳感器分別在各種故障工況下（如表1所示Fl~FlO故障 工況）檢測機車傳動系統(tǒng)牽引變流器水冷系統(tǒng)中不同入溫（_60°C~80°C )，獲取入口水溫 信號采集電路輸出的溫度測量值U，得到不同溫度下各種故障工況時溫度采集電路輸出的 溫度測量值U建立故障樣本數(shù)據(jù)庫，故障樣本數(shù)據(jù)庫如表2所示；由故障樣本數(shù)據(jù)庫得到如 圖4所示正常工況與故障工況下溫度測量值U的變化曲線，確定不同故障工況時故障樣本 數(shù)據(jù)變化特性，其中橫坐標為真實溫度值（實際溫度值）、縱坐標為輸出電壓，圖中正常工 況的溫度計算值與實測值基本重合，表明為有效值。
[0070] 表2 :不同溫度下各種故障工況時溫度采集電路輸出電壓值（故障樣本數(shù)據(jù)庫）
[0072] 步驟1. 2)故障工況與溫度測量值對應(yīng)關(guān)系獲取
[0073] 對步驟I. 1)得到的故障樣本數(shù)據(jù)庫以及故障樣本數(shù)據(jù)變化狀況進行分析，得到 如圖5所示的正常工況以及故障工況時溫度測量值U的范圍，建立故障工況與溫度測量值 之間的對應(yīng)關(guān)系。由圖4、5可知，正常工況和各種故障工況下的溫度測量值范圍相互獨立， 因此可利用測量值范圍與故障工況類型間的關(guān)系建立故障樣本知識庫。
[0074] 由圖4、5可以看出，F(xiàn)2、F4和F8故障工況時，溫度測量值將偏離正常值且與實際 溫度成線性關(guān)系，即對應(yīng)關(guān)系包括不同溫度時溫度測量值呈線性關(guān)系，對應(yīng)為電源輸入兩 端中負端斷線故障，或?qū)?yīng)為溫度信號傳輸兩端中負端斷線故障，或?qū)?yīng)為電源輸入兩端 反接故障。
[0075] 當F5或F6故障