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专利号: 2019100999278
申请人: 西安理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于多变量关联数据的设备剩余寿命预测方法,其特征在于,具体按照以下步骤实施:步骤1、分析设备状态监测数据与剩余寿命之间的相关性;

步骤2、对具有相关性的状态监测数据选用主成分分析算法进行降维处理;

步骤3、采用长短时记忆网络搭建剩余寿命预测模型并进行剩余寿命预测。

2.根据权利要求1所述的基于多变量关联数据的设备剩余寿命预测方法,其特征在于,所述步骤1具体为:步骤1.1、采集设备的状态监测量和对应的剩余寿命,假设设备有n个状态监测量,共监测t个时刻的状态特征,则状态监测量X表示为:X={x1,x2,...,xn}

其中,xi=[xi1,xi2,...,xit]T,i=1,2,....n,即状态监测量X可以表示为:设备的状态监测量对应的剩余寿命Y表示为:

Y=[y1,y2,...,yt]T;

其中,yj表示j时刻的设备剩余寿命,j=1,2,...,t;

步骤1.2、判断多种监测量X={x1,x2,...,xn}和剩余寿命Y=[y1,y2,...,yt]T之间的相关性,采用计算Spearman系数的方法判断相似性,相关系数ρ计算公式为:其中,xi为第i个状态监测序列, 为状态监测序列xi的均值,Y为与xi相对应的剩余寿命, 为时间序列Y的均值;

步骤1.3、选取出具有相关性的监测量:当相关系数越接近1或者-1,状态监测量和剩余寿命之间相关性越强;相关系数越接近0,状态监测量和剩余寿命之间相关性越弱,据此选取和剩余寿命具有相关性的状态监测量。

3.根据权利要求1所述的基于多变量关联数据的设备剩余寿命预测方法,其特征在于,所述步骤2具体为:步骤2.1、对步骤1中的监测数据 进行标准化处理;

步骤2.2、计算监测数据的相关系数矩阵,R样本相关系数矩阵表示各个指标之间的相关性,该系数矩阵是对称矩阵,相关系数矩阵表示如下:其中,rnn为监测数据X中第n列与第n列的相关系数,其他的以此类推;

步骤2.3、计算特征值λi和特征向量;通过特征方程|R-λE|=0求解特征值λi,i=1,

2,...,n,将特征根按从小到大排列λ1≥λ2≥...≥λn,求出相应的特征向量Li=(Li1,Li2,...,Lin)T,其中Lin表示特征向量中第n个元素的值,其他的以此类推;

步骤2.4、求贡献率和累积贡献率,第k个主成分的贡献率为 累积贡献率为

提取累积贡献率E≥85%的特征值λ1,λ2,...,λm(m<n);

步骤2.5、计算成分载荷矩阵:成分载荷矩阵为各个指标在每个主成分中所占的比例;

步骤2.6、计算主成分矩阵:

设zi为综合指标,Fij为载荷因子,Xi为指标变量,则:zi=fi1X1+fi1X2+...+fimXm,i=1,2,...,m步骤2.7、计算主成分得分,并对指标体系进行评价。

4.根据权利要求1所述的基于多变量关联数据的设备剩余寿命预测方法,其特征在于,所述步骤3具体为:步骤3.1、长短时记忆网络结构中共有三个门,分别为输入门、遗忘门和输出门:遗忘门公式为:

f(t)=σ(Wfx(t)+Wfh(t-1)+bf)输入门公式为:

i(t)=σ(Wix(t)+Wih(t-1)+bi)g(t)=tanh(Wgx(t)+Wgh(t-1)+bg)将先前的内部状态 更新为当前状态

s(t)=gt×i(t)+s(t-1)×f(t)输出门公式为:

o(t)=σ(Wox(t)+Woh(t-1)+bo)h(t)=tanh(s(t))×o(t)

其中,x(t)是t时刻的输入层,即采用主成分分析法进行降维处理后的数据序列;h(t-1)是t-1时刻的隐层;Wf,Wi,Wo分别为遗忘门、输入门、输出门的权重矩阵,bf,bi,bo分别是遗忘门、输入门、输出门的偏置项;σ和tanh均为激活函数,其中,σ为sigmoid函数,tanh为双曲正切函数;

步骤3.2、采取小批量梯度下降算法MBGD对长短时记忆网络进行训练:首先采用随机初始化权重和偏置的方式进行网络初始化,然后运用小批量梯度下降算法进行参数更新,即在每次更新参数时只使用一部分样本进行,给定最小批量m个训练样本执行梯度更新,从而获得更加准确的剩余寿命预测模型;

步骤3.3、将新的状态监测值X'={x1',x2',...,xn'},输入到剩余寿命预测模型中,从而得到对应的剩余寿命,其中,xi'=[xi(t+1)',xi(t+2)',...,xi(t+q)']T,i=1,2,....n,q为预测长度。