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专利号: 2016108634288
申请人: 宁波大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 控制;调节
更新日期:2024-04-03
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于非高斯相似度匹配的故障分类诊断方法,其特征在于,包括以下步骤:(1):收集生产过程正常运行状态下的采样数据,组成数据矩阵X0∈Rn×m,收集生产过程在不同故障操作状态下的采样数据,组成不同的参考故障数据集 其中,n为训练样本数,m为过程测量变量数,下标号c=1,2,…,C表示第c种参考故障类型,Nc为第c种故障的可用样本数,R为实数集,Rn×m表示n×m维的实数矩阵;

(2):对矩阵X0进行标准化处理,得到均值为0,标准差为1的新数据矩阵 并利用矩阵X0的均值向量与标准差向量对 进行同样的处理,得到矩阵(3):利用ICA算法对 进行分析处理,得到分离矩阵W∈Rd×m与独立成分矩阵其中d为保留的独立成分个数,上标号T表示矩阵或向量的转置;

(4):根据如下所示公式利用分离矩阵W对各参考故障数据矩阵 进行投影变换:

对应可得到独立成分矩阵S1,S2,…,SC,并初始化c=1与i=1;

(5):按下式计算S0中第i个独立成分与Sc中第i个独立成分的变化差异:

上式中,与 分别为矩阵S0与Sc中的第i列,符号|| ||表示计算向量的长度;

(6):令i=i+1,若满足条件i≤d,返回至步骤(5);反之,将得到的d个独立成分间的变化差异值组成向量Jc=[J1,J2,…,Jd],并执行步骤(7);

(7):再次初始化i=1后,从向量Jc中找出数值大于Q(Jc)的所有元素,将这些元素所对应的独立成分标号组成第c种参考故障类型的特征集Fc,并利用Fc从矩阵Sc中挑选出相应列组成新参考故障独立成分矩阵 其中,Q(Jc)表示计算向量Jc的较大四分位数,即Jc中所有数值由小到大排列后第75%的数值,f表示矩阵 的列数,也为特征集Fc中标号的个数;

(8):令c=c+1,若c≤C,返回至步骤(5);反之,保存得到的C个特征集F1,F2,…,FC以及新参考故障独立成分矩阵 并执行步骤(9);

(9):当在线检测到的故障数据样本数积累到w时,先利用矩阵X0的均值向量与标准差向量对该在线故障数据窗口矩阵Yw进行标准化处理得到 后利用分离矩阵W将 变换成独立成分矩阵(10):先利用特征集F1,F2,…,FC对Zw分别进行特征选择得到矩阵 后分别从各参考故障独立成分矩阵 中选择前w行样本组成相应的参考故障窗口矩阵(11):先分别计算两对应窗口矩阵 与 间的互信息相似度,得到 然后将 中的最大值所对应的参考故障类型判别为当前故障数据的故障类型,其中c=1,2,…,C;

(12):当在线检测出下一个故障数据样本时,数据窗口长度变为w=w+1,重复步骤9~

11再次识别故障类型。

2.根据权利要求1所述的一种基于非高斯相似度匹配的故障分类诊断方法,其特征在于:所述步骤(3)的具体实现过程如下所示:①计算 的协方差矩阵

②计算矩阵Φ的所有实数特征值和特征向量,并剔除小于0.0001的特征值及其对应的m×d特征向量,得到特征向量组成的矩阵P=[p1,p2,…,pM]∈R 以及相应特征值组成的对角矩阵D=diag(λ1,λ2,…,λd)∈Rd×d;

③对 进行白化处理得到 并初始化j=1;

④选取单位矩阵I∈Rd×d中的第j列作为向量bj的初始值;

⑤按照下式更新向量bj:

bj←E{Zg(bjTZ0)}-E{g′(bjTZ0)}bj    (3)上式中,g和g′分别是函数G(u)=logcosh(u)的一阶和二阶导数,u代表函数G的自变量,E{}表示求取期望值;

⑥对更新后的向量bj依次按照下式进行正交化处理:

bj←bj/||bj||    (5)

⑦重复步骤⑤~⑥直至向量bj收敛,并保存向量bj;

⑧令j=j+1,若j≤d,则返回至步骤④;反之,则将所有d个向量组成矩阵B=[b1,b2,…,bd];

⑨计算分离矩阵W=BTD-1/2PT与独立成分矩阵

3.根据权利要求1所述的一种基于非高斯相似度匹配的故障分类诊断方法,其特征在于:所述步骤(11)中计算互信息相似度的具体实现过程如下所示:①将窗口矩阵 与 合并成成一个矩阵 选取距离近邻个数r=3并初始化p=1,;

②计算矩阵A中第p行向量与A中第q=1,2,…,w行向量之间的距离,然后按数值大小做升序排列,并记录第r+1个数值αp;

③计算矩阵 中第p行向量与 中第q=1,2,…,w行向量之间的距离 然后记录距离大小满足条件 的个数βp;

④计算矩阵 中第p行向量与 中第q=1,2,…,w行向量之间的距离 然后记录距离大小满足条件 的个数δp;

⑤利用记录的βp与δp计算其相应的Digamma函数ψ(βp)与ψ(δp),其中Digamma函数满足条件ψ(x+1)=ψ(x)+1/x,x为函数自变量,当x=1时,ψ(1)=-0.57721…;

⑥令p=p+1,若p≤w,则返回至②;反之,则分别求取ψ(β1),ψ(β2),…,ψ(βw)与ψ(δ1),ψ(δ2),…,ψ(δw)的平均值,记为μ与ξ;

⑦按照下式计算窗口矩阵 与 间的互信息:

那么,窗口矩阵 与 间的相似度为