作为中国名片的高速列车在给人们提供便利的同时,其安全保障问题也被大家关注。牵引电机作为高铁的动力核心,它的稳定性关乎着高铁的安全。对牵引电机进行快速准确地故障诊断是高铁安全运行的保证,因此研究对高速列车的牵引电机进行故障检测和估计无论从理论层面还是工程应用上均十分有价值。因为高速列车牵引电机非线性、变量多和耦合强等特征,这就对诊断算法作出了更高的要求。本论文将基于区间观测器的故障检测和故障估计方法应用到CRH5型高铁牵引电机(6FJA3257A)模型上。首先,从课题意义和背景介绍了高速列车故障诊断,然后介绍了针对牵引电机故障诊断几种常用的算法和国内外学者对这些算法的应用延伸,通过经常用到的故障诊断观测器向读者介绍运用观测器进行故障诊断的研究现状,分析了本论文所采用的区间观测器方法的国内国外情况,紧接着介绍高速列车牵引电机系统、牵引电机动力学模型、常用坐标系以及坐标变换,给出dq坐标系下电机模型。其次,建立了定转子发生绕组故障的模型,然后将基于区间观测器的相关算法引入到牵引电机的故障检测中。提出的基于区间观测器设计方法有如下的特点:稳定运行的系统在没有故障发生的前提下始终位于区间观测器上下界中,进而使电机稳定运行后区间观测器可以实时跟踪原系统,一旦牵引电机系统发生故障,原系统便不再介于区间观测器的上下界中,偏离出区间观测器。在不满足区间观测器设计条件时提出线性变换的方法解决。最后通过MATLAB/SIMULINK模块对本论文所设计的故障诊断算法进行验证,在仿真时对电机系统分别注入定子故障和转子故障。再次,考虑牵引电机发生q轴定子电流传感器故障,在前面故障检测的基础上继续研究故障估计算法。为了应用状态估计的方法实现故障估计,这里把系统的状态量和传感器故障增广成为一个新的向量,简化模型后得到一个等价的状态方程,在增广模型上进而设计未知输入观测器,其优点是在设计时从结构上将扰动完全隔离。然后设计区间观测器对状态进行跟踪,通过故障估计算法以达到对q轴定子电流传感器故障的估计,在增广后等价误差系统不满足正系统设计条件时,运用线性变换的方法构造正系统,同时研究了如何提升故障估计性能。进一步,针对高速列车牵引电机设计一个基于可调参数的区间故障估计观测器,通过添加可调项来增强故障估计性能。所提出的方法与增广故障估计设计具有相同的应用范围,但与增广故障估计设计相比,在故障估计器设计中更灵活。然后在增广模型的基础上构造上界与系统以及下界与系统误差动态方程,进一步理论证明区间观测器的存在性,再将牵引电机系统和区间观测器通过等价变换,使之符合正系统的设计条件,在仿真部分引入常值故障和时变故障,在圆域配置相同的情况下改变可调参数以研究对故障估计效果的影响,在可调参数一致的情况下研究不同的圆域配置对结果的影响,然后通过MATLAB/SIMULINK仿真进行验证。最后,总结了本论文所研究的全部内容,并对该课题提出了展望,指出了研究尚有待加强的地方。