1.一种多工况下的非马尔科夫退化系统剩余寿命预测方法,其特征在于:包括如下步骤:步骤1:读入M组状态监测数据,记为X1,X2,…,Xm,…,XM;其中,步骤2:根据多阶段退化模型,初始化参数集其中,xm(t)为第m个设备在t时刻的退化数据,j=1,2,…,D,D为变点个数, 为第m个设备的第j个变点, N为监测时刻的总数,δ为采样间隔, 表示跳变, 为漂移系数,σ(j+1)为扩散系数,BH(t)为标准分数布朗运动,对于第一阶段有步骤3:利用野生二值分割方法检测变点时刻步骤4:通过小波离散二阶导数算法估计模型的赫斯特指数H;
步骤5:利用分层极大似然方法分别估计模型的群体参数 和个体参数
步骤6:基于分形布朗运动的弱收敛准则求取剩余寿命的概率密度函数fm,k(Δm,k);
步骤7:分别计算性能指标SICpop,SICind和MSE,即SICpop=-2l(Ωpop|X)+Υpopln N (15);
其中,l(Ωpop|X)为群体参数的对数似然函数, 为第m个设备的个体参数的对数似然函数,Υpop和Υind分别为群体参数和个体参数的数量,为Δm,k时刻剩余寿命的真值;
步骤8:根据三个性能指标值检验模型的预测效果,并最终输出概率密度函数fm,k(Δm,k)。
2.根据权利要求1所述的多工况下的非马尔科夫退化系统剩余寿命预测方法,其特征在于:在步骤3中,具体包括如下步骤:步骤3.1:针对第m个设备,给出如下累积和统计量其中,κ=e-s+1表示区间间隔,e是终止时刻,s是起始时刻,τ的取值在e与s之间;
步骤3.2:任意选取P个子区间 其中,p=1,2,…,P,同时,[s1,e1]=[s,e],则有如下检测逻辑其中, 为第p个区间内变点的估计值,δ为采样间隔, 为步骤3.1中的累积和统计量 在第p个区间下各个监测时刻的取值;
将阈值设定为 其中,MAD为xm(t)的绝对中位差,C取1或
1.3,则当 时,认定 为系统的一个变点,然后分别在 和上重复步骤3.2的变点检测过程,即在拆分后的子区间内利用公式(3)进一步估计变点的位置,变点的最终取值为P次估计的均值。
3.根据权利要求1所述的多工况下的非马尔科夫退化系统剩余寿命预测方法,其特征在于:在步骤4中,具体包括如下步骤:步骤4.1:构造如下形式的二次变分
其中,ai表示由Symlet小波滤波器生成的第i个选定序列,q为各个序列的最大长度;
步骤4.2:对步骤4.1中的公式(4)进行线性回归求取赫斯特指数H;或者利用MATLAB提供的wfbmesti工具函数求解此问题,输出向量的第二个元素即为赫斯特指数H的估计值。
4.根据权利要求1所述的多工况下的非马尔科夫退化系统剩余寿命预测方法,其特征在于:在步骤5中,具体包括如下步骤:步骤5.1:记群体参数集为 根据前面给出的退化模型的定义,进一步记
重写分段观测向
量为 显然, 其
中, 表示 的协方差矩阵;则Ωpop的对数似然函数为:步骤5.2:对 求偏导并将导数置为零,可得步骤5.3:将式(6)代回式(5),对应的剖面对数似然函数为其中, 为第m个设备在第j阶段的长度;
步骤5.4:利用序列二次规划方法求解式(7)的最大化问题,即可得到两类群体参数和σ(1:D+1)的估计值,分别记作 和 再将其代入式(6)即可求得剩余的群体参数 的最终结果,记作步骤5.5:记个体参数集为 针对第m个设备,给出该设备对应的个体参数 的对数似然函数
步骤5.6:令m=1,2,…,M,采用序列二次规划方法求解式(8)的最大化问题,即可求得各个设备的个体参数 的极大似然估计值,记作
5.根据权利要求1所述的多工况下的非马尔科夫退化系统剩余寿命预测方法,其特征在于:在步骤6中,令 表示独立同分布的随机变量,且有E(ρ0)=0, 构造如下随机过程H-1.5
其中,[·]为向下取整符号,当i>0,bi=(H-0.5)i ,当i≤0,bi=0;
当r→∞时,yH,r(t)弱收敛于 且有则BH(t)可近似为B(h(t)), 因此,RULm,k的概率密度函数可表示为
其中,
表示tk时刻下的阈值,且有
结合多阶段模型的特性对RULm,k的概率密度函数,即式(11)进行修正:当令 来计算 Δm,k等价于 的求和,i=j+1,j+2,…,D+1;假定 相互独立,则fm,k(Δm,k)的修正值可由 依次卷积进一步给出。