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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