地铁机车牵引电路故障诊断系统是一种基于波形识别的地铁机车牵引电路系统，测试地铁机车牵引电路的输出加载与标准负载，嵌入式工控机从标准负载的两端拾取电压输入，标准负载的端电压输入至嵌入式工控机中最前沿的数据采集器数据输入端口。数据采集器的输出端与A/D转换器输入端连接，A/D转换器的输出端与数据缓存器的写入口连接，数据缓存器的读出口与中央处理器的读入口连接，被测电路故障数据库模块、记录标志缓存、基于波形识别算法软件包模块均通过数据总线与中央处理器实现数据与指令的双向交互，中央处理器的输出通过VGA与显示输出器连接。

该系统在由被测地铁机车牵引电路插槽、半实物模拟仿真标准负载（离线检测时使用）、数据采集器、A/D转换器、数据缓存器、中央处理器（CPU）、被测电路故障数据库、记录标志缓存器、基于波形识别算法软件包、显示输出器所构成的硬件平台上，通过软件平台实现对地铁机车牵引电路故障的诊断与定位。软件平台通过建立被测地铁机车牵引电路故障数据库，对被测地铁机车牵引电路进行全工况测试，运行基于波形识别算法软件包，逐一读取数据缓存中的波形数据与故障波形集合中的元素进行识别匹配，在确定的相似度范围内能够准确识别被测地铁机车牵引电路的故障类型与性质，并对故障进行准确定位。

基于波形识别的地铁机车牵引电路故障诊断系统包括被测地铁机车牵引电路、标准负载、嵌入式工控机，被测地铁（或高铁）机车牵引电路的输出加载（或标准负载），嵌入式工控机从标准负载的两端拾取电压输入（见图3-14）。

图3-14　机车牵引电路故障诊断系统结构

嵌入式工控机包含数据采集器、A/D转换器、数据缓存器、中央处理器、被测电路故障数据库模块、记录标志缓存器、基于波形识别算法软件包模块、显示输出器。标准负载的端电压输入至嵌入式工控机中最前沿的数据采集器输入端口，数据采集器的输出端与A/D转换器输入端连接，A/D转换器的输出端与数据缓存器的写入口连接，数据缓存器的读出口与中央处理器的读入口连接，被测电路故障数据库模块、记录标志缓存器、基于波形识别算法软件包模块均通过数据总线与中央处理器实现数据与指令的双向交互，中央处理器的输出通过VGA与显示输出器连接。

在离线检测时，标准负载作为被测地铁机车牵引电路的检测负载，按照标准的工作环境对被测地铁机车牵引电路上电，嵌入式工控机从标准负载的两端检测，获得被测地铁机车牵引电路的输出电压波形。标准负载为半实物模拟仿真负载，依据机械惯性与电机传动特性的相似原理制作而成，利用半实物模拟仿真标准负载，能够全模拟被测地铁机车牵引电路在列车运行工况下的工作状态。在线监测时，则无须再加接标准负载，而直接检测主电路输出端口的电压。(www.daowen.com)

在线检测过程中，被机车牵引电路“加载负载”是机车电力传动装置。输出电压波形首先由数据采集器予以采集，经A/D转换器后转入数据缓存器，在数据采集器采集输出波形全部结束后，中央处理器调用基于波形识别算法软件包，并从数据缓存器中读取输出波形数据进行集中处理。

基于波形识别算法软件包模块将输出电压波形与被测电路故障数据库模块中的故障波形进行匹配，在确定的相似度允许范围内，计算获得相似度最大者，即认定被测地铁机车牵引电路时出现的故障属于数据库中该记录所显示的故障类型和性质，并准确指出故障点的位置（包括器件与线路）。

数据采集器承担对信号的调理与滤波，以获得高信噪比的被测电压波形信号。在对运行现场进行在线检测时，数据采集器并行输入接口，直接接受来自机车被测电路的输出信号。

数据缓存器是为了将数据采集与波形识别运算分开进行，即将含信号调理与滤波的数据采集与A/D转换作为信号前处理，波形识别作为后处理程序运行，因此能够大大提高数据采集的速度，保证了列车运行工况下信息拾取的完整性，进而提高波形识别与故障诊断的准确率。

被测电路故障数据库模块的数据结构包含字段变量：输出波形、故障类型与性质、故障定位。事先根据被测地铁机车牵引电路的研发机构和生产厂家所积累的该电路特性及其故障检测参数、曲线与波形进行整理和数字化与特征值提取，按照上述数据结构存放被测地铁机车牵引电路的所有已故障特征参数。同时，被测电路故障数据库模块具有记录空间自动扩容功能，能够使得在使用该软件包的过程中，通过自学习功能，在专家系统的辅助下增添与充实被测电路故障数据库的记录。

记录标志缓存器是为识别过程临时存放记录标志而使用的缓冲存储器。一般来说，地铁机车牵引电路的故障具有多样性与复杂性。使用等步长采样逐一将被测输出波形与数据库中的所有记录进行识别匹配将会耗费大量的运算时间，这是不现实的，也是不适用的，因此需要采用变步长的方式进行运算，即“先粗后细”。每当进行一次大步长粗筛选后，将符合该次筛选所对应的记录“打上标志”，即将这些记录序列号存入记录标志缓存器中，以便在下一次调小步长时，对“打上标志”的记录进一步筛选，以避免不必要的重复计算。

波形识别算法软件包模块包括故障识别模块、标记模块、弥补模块、显示模块，这些模块之间的连接与信号处理关系如下：故障识别模块专施对被测电压波形的识别，一旦被测电压波形被认为可能属于某记录故障，则通知标记模块，标记模块即将该记录“打上标志”，接着转入下一轮识别运算（细选鉴别，对故障予以准确判定与定位），否则（在现有数据库中没有相似故障时），故障识别模块输出运算转移指令，将运算任务移交弥补模块，由弥补模块对未知信号特征实施判定。故障识别模块、标记模块、弥补模块与显示模块采用并行链接，显示模块可以实时跟踪前三者的运算过程与结果，将结果按显示输出协议输出至显示输出器［45］。