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第1章 系统的故障与可靠性问题 1

1.1概述 1

1.2系统的故障与失效 5

1.2.1故障的特性 7

1.2.2故障的四要素 8

1.3系统的RAMS问题 12

1.4小结 15

第2章 系统的可靠性原理 18

2.1概述 18

2.2RAMS要素的定义及其相互关系 19

2.2.1可靠性 19

2.2.2可维修性 21

2.2.3可用性 30

2.2.4安全完整性 33

2.2.5全寿命费用 33

2.3RAMS的相关标准 35

2.4RAMS与可靠性模型、分析与计算 38

2.4.1事件发生的概率 38

2.4.2可靠度与故障的分布函数 41

2.4.3可靠性框图的建立示例 44

2.4.4地铁列车牵引系统供应商的可靠性应用示例 49

2.5小结 53

第3章 风险与安全完整性问题 54

3.1概述 54

3.2与安全相关的若干基本问题 55

3.3风险 56

3.4风险管理 57

3.5安全与安全完整性 64

3.6安全完整性等级的确定 68

3.7安全性的若干问题 75

3.7.1危险侧失效与安全侧失效 75

3.7.2安全相关系统的故障-安全属性 76

3.7.3安全完整性等级的使用 76

3.7.4系统安全、安全寿命与认证维护 77

3.8城轨车辆系统集成商的安全性管理实例 79

3.8.1基本原则 79

3.8.2危害识别及其管理 79

3.8.3风险评估方法 81

3.8.4安全性综合分析报告 83

3.8.5安全管理流程图 83

3.8.6故障报告、分析及纠正措施系统 83

3.8.7文件资料/可交付的文件 85

3.9小结 86

第4章 全生命周期及其相关因素 87

4.1概述 87

4.2因素评估 88

4.3人的因素 89

4.4系统的生命周期 91

4.5系统生命周期各个阶段的任务说明 95

4.5.1第1阶段：概念 95

4.5.2第2阶段：系统定义和应用条件 96

4.5.3第3阶段：风险分析 98

4.5.4第4阶段：系统需求 99

4.5.5第5阶段：系统需求的分配 101

4.5.6第6阶段：设计和实现 103

4.5.7第7阶段：制造 104

4.5.8第8阶段：安装 105

4.5.9第9阶段：系统确认（包括安全验收和调试） 106

4.5.10第10阶段：系统验收 107

4.5.11第11阶段：运营和维修 108

4.5.12第12阶段：性能监控 109

4.5.13第13阶段：修改与更新 109

4.5.14第14阶段：停用及处置 110

4.5.15生命周期RAMS流程内的责任 111

4.6RAMS规范概要与规划 111

4.6.1RAMS规范概要 111

4.6.2RAMS规划建设 113

4.6.3工具清单 114

4.7小结 116

第5章 系统RAM工程的用户需求 119

5.1概述 119

5.2RAMS的总体要求 119

5.3系统安全性要求 121

5.4风险分析及危害（隐患）登记要求 122

5.4.1危害（隐患）和可操作性研究 122

5.4.2接口危害（隐患） 123

5.4.3安全原则及规范要求的符合性评估 124

5.4.4量化风险评估 124

5.4.5故障树分析要求 124

5.4.6可容忍的危害（隐患）发生率 125

5.4.7安全关键项清单 125

5.5可靠性、可用性及可维修性指标要求 125

5.5.1故障定义 125

5.5.2可靠性指标 126

5.5.3可用性指标 126

5.5.4可维修性指标 127

5.5.5RAM全寿命分析和管理 128

5.5.6RAM指标分配 128

5.6可靠性、可用性及可维修性证明及报告 131

5.7故障认定与故障审查委员会 133

5.8关联责任故障与非关联责任故障 133

5.9可维护性技术要求 134

5.10用户需求信息的格式化附件 136

第6章 系统RAM工程的供应商行为 151

6.1概述 151

6.2牵引系统的RAMS工程 154

6.2.1车辆牵引系统的基本描述（供应商建议） 154

6.2.2产品功能及组成建议说明 155

6.2.3主要部件的维护建议 156

6.2.4可靠性指标要求 162

6.2.5牵引系统可靠性建模 164

6.2.6牵引系统可靠性分配 167

6.2.7质保期内RAMS验证 171

6.3车辆系统的RAMS工程 173

6.3.1车辆系统供应商的一般建议说明 173

6.3.2可靠性、可用性及可维护性的建议要求 174

6.3.3供应商将提供的相关资料 179

6.3.4车辆系统建议的保证计划 180

6.4小结：应用示例 183

第7章 系统RAMS工程的低压电器实践 185

7.1概述 185

7.2低压电器可靠性问题的研究 187

7.2.1美国情况 187

7.2.2日本情况 190

7.2.3其他国家的低压电器可靠性工作 198

7.2.4IEC的可靠性标准及其低压电器标准中的可靠性要求 198

7.3国内低压电器的可靠性工作发展 200

7.4可靠性指标确定 201

7.4.1可靠性指标确定 201

7.4.2保护类电器的可靠性指标 201

7.4.3控制类电器可靠性指标 203

7.5低压电器的可靠性特征参数与失效分布 204

7.5.1低压电器的可靠性特征参数 204

7.5.2失效分布类型及确定方法 206

7.5.3可靠性特征参数的估计方法 207

7.6可靠性试验 207

7.6.1抽样试验 208

7.6.2可靠性测定试验 211

7.6.3可靠性验证试验 211

7.6.4可靠性验证试验的方法介绍 212

7.6.5保护类电器（低压断路器）可靠性验证试验方案 219

7.6.6控制类电器（接触式继电器）可靠性验证方案 223

7.7可靠性分析方法 227

7.7.1失效分析 227

7.7.2数理分析方法 229

7.8小结 233

第8章 故障状态诊断的数学基础 235

8.1概述 235

8.2傅里叶变换 235

8.2.1傅里叶变换的形式 236

8.2.2离散傅里叶级数 238

8.2.3离散傅里叶变换 239

8.3快速傅里叶变换 245

8.3.1直接计算DFT的问题及改进的途径 245

8.3.2时间抽取基-2FFT算法 246

8.3.3频率抽取基-2DFT算法 253

8.4快速小波变换 257

8.5小波变换及小波分析 264

8.5.1小波变换 264

8.5.2小波分析的基本理论 272

8.5.3多分辨率分析 274

8.5.4小波包变换 275

8.5.5小波包的频带分析技术 276

8.6小结 277

第9章 故障诊断与可诊断问题基础 278

9.1概述 278

9.2故障诊断 279

9.2.1故障诊断的要素 280

9.2.2系统的状态迁移 281

9.2.3故障诊断的任务与意义 282

9.2.4技术诊断的过程 283

9.3诊断机问题 284

9.3.1有限自动机问题 284

9.3.2诊断机问题 287

9.3.3诊断过程 292

9.4可诊断问题概述 293

9.5系统描述 294

9.6系统的状态可诊断问题 296

9.7实际可诊断 301

9.8状态故障的可分离问题 302

9.9存在过程扰动时状态故障可分离问题 305

9.9.1存在过程扰动时基于观测器方式的线性系统状态故障可分离 305

9.9.2存在过程扰动时基于观测器方式的非线性系统状态故障可分离 307

9.10基于投影算子方法的故障可分离性条件 310

9.10.1实现故障分离的投影算子方法 310

9.10.2投影算子存在的条件 312

9.11小结 313

第10章 诊断中的检测控制与传感器诊断技术 314

10.1概述 314

10.2诊断信息获取方法 316

10.3传感器的基本特征 317

10.4诊断信息处理 322

10.4.1故障信号处理 324

10.4.2传感器的匹配 324

10.4.3基本的信号处理 327

10.5诊断信息的量度 331

10.6检测控制策略问题 333

10.7测量策略问题求解 335

10.8检测控制技术实践 337

10.9传感器分布优化方法 339

10.9.1传感器分布优化方法概述 339

10.9.2基于诊断重要度的传感器分布方法 339

10.9.3实例 340

10.10融合部件的测试代价 341

10.10.1费用诊断重要度 341

10.10.2融合了测试代价的诊断决策算法 342

10.11传感器自身故障问题的提出 342

10.11.1传感器故障类型 343

10.11.2传感器故障数学模型 343

10.11.3传感器故障常用的诊断技术 345

10.12基于分析性冗余的传感器故障诊断技术 347

10.12.1基于分析性冗余的传感器故障诊断推理 348

10.12.2说明 349

10.13基于鲁棒观测器的解析性冗余传感器故障诊断 350

10.13.1基于冗余关系的鲁棒观测原理 350

10.13.2基于鲁棒观测器的解析冗余诊断技术 353

10.14小结 355

第11章 基于状态观测的控制系统诊断问题 356

11.1概述 356

11.2控制系统的故障问题 359

11.3连续线性系统的诊断观测器问题 360

11.3.1诊断中的观测器问题 360

11.3.2诊断系统的观测器设计 361

11.3.3观测器的收敛性及稳定性条件 363

11.4离散系统诊断观测器的结构与设计 364

11.4.1基于Kalman滤波器的残差计算 364

11.4.2基于自适应滤波器的残差计算算法 365

11.5基于神经网络的故障诊断问题 367

11.5.1基于构造式神经网络的诊断观测器模型 368

11.5.2基于系统模型的构造型补偿神经网络观测器 369

11.5.3串联补偿结构的构造式神经网络状态观测器设计 371

11.6传动系统的诊断实践 372

11.7小结 375

第12章 牵引变流器系统故障分析与诊断 377

12.1概述 377

12.2故障诊断分析及故障特征提取 377

12.2.1故障类型及机理分析 377

12.2.2故障诊断要求和方法 378

12.2.3变流器故障检测方法 379

12.2.4牵引变流器故障特征提取 382

12.3IGBT器件的故障分析与诊断 384

12.4牵引变流器系统的故障分析实践 388

12.4.1典型变流系统介绍 389

12.4.2牵引变流器系统的故障分析、诊断与处理 392

12.5牵引变流器故障诊断与识别 399

12.5.1基于神经网络的牵引变流器故障识别 399

12.5.2基于支持向量机的牵引变流故障诊断实践 406

12.5.3基于故障树的牵引变流器故障识别 409

12.6机车牵引变流器故障诊断处理系统 410

12.6.1传动控制单元硬件介绍 410

12.6.2牵引变流器故障典型案例介绍 414

12.7小结 422

第13章 电机的故障分析与诊断 423

13.1概述 423

13.1.1电动机机械故障 423

13.1.2电动机电气故障 425

13.1.3从引起的原因看电动机的故障 426

13.2电动机的故障诊断技术概述 427

13.3电动机继电保护和故障诊断原理 429

13.3.1定子绕组匝间短路故障诊断原理 429

13.3.2转子断条故障诊断原理 430

13.4电动机故障诊断方法综述 431

13.4.1定子绕组匝间短路故障诊断 431

13.4.2转子断条研究故障诊断 434

13.5基于Petri网的电动机的离线故障诊断实例 436

13.5.1离线故障诊断问题 436

13.5.2Petri网 436

13.5.3系统的输入信息 439

13.5.4专家知识的概括 441

13.5.5专家知识的表示 444

13.5.6基于Petri网的离线故障诊断模型 445

13.5.7离线故障诊断测试 447

13.6基于FNN的电动机的在线故障诊断实例 448

13.6.1模糊神经网络 448

13.6.2故障特征信号的提取 451

13.6.3试验系统及样本的选取 455

13.6.4网络构建及仿真应用 457

13.7小结 464

第14章 机车走行部件的故障诊断 465

14.1概况 465

14.2机械故障诊断技术 466

14.2.1滚动轴承的振动监测技术 466

14.2.2故障诊断的原理与仿真 474

14.3机车走行部件故障诊断系统设计 481

14.3.1系统方案设计 481

14.3.2工作原理 486

14.3.3车载软件结构 495

14.3.4地面分析软件 498

14.4地面机车轴承故障诊断系统 500

14.4.1工作原理 501

14.4.2硬件设计 502

14.4.3软件设计 504

14.4.4试验验证 507

14.5机车走行部件故障诊断实例 508

14.5.1某机务段DF11G-0165机车踏面故障分析 508

14.5.2某机务段SS4G-0446机车振动报警数据分析 510

14.5.3某机务段SS9G-0210机车轴承故障分析 511

14.6小结 512

参考文献 513