[發(fā)明專利]金屬結(jié)構(gòu)損傷剩余壽命的第二代小波支持向量機評估方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310017000.8
• 申請日: 2013-01-17
• 公開（公告）號: CN103115789A
• 公開（公告）日: 2013-05-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳雪峰;劉治汶;申中杰;何正嘉;孫闖
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: G01M99/00
• 分類號: G01M99/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 汪人和

1.一種金屬結(jié)構(gòu)損傷剩余壽命的第二代小波支持向量機評估方法，其特征在于：包括以下步驟：

1）采用經(jīng)驗?zāi)Ｊ椒纸鈱φ駝有盘栠M行分解得本征模式分量，提取本征模式分量的時頻域統(tǒng)計特征構(gòu)成全體特征集；采用特征距離評估方法從全體特征集中選取最敏感特征得最優(yōu)特征集；利用自組織神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)特征融合方法由最優(yōu)特征集訓(xùn)練出具有明顯性能退化趨勢的最小量化誤差指標；

2）通過構(gòu)造基于第二代小波變換的雙正交小波支持向量機核函數(shù)得第二代小波支持向量機的壽命預(yù)測模型；

3）經(jīng)過步驟2）后，將最小量化誤差指標作為模型輸入，通過模型輸出實現(xiàn)小子樣下機械裝備金屬結(jié)構(gòu)部件損傷剩余壽命定量評估。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種金屬結(jié)構(gòu)損傷剩余壽命的第二代小波支持向量機評估方法，其特征在于：所述步驟1）的具體方法如下：

首先，對于一個原始振動信號X(t)，采用經(jīng)驗?zāi)Ｊ椒纸鈱(t)分解得到前m個本征模式分量，m取值為2、3或4，對每個本征模式分量分別計算時域統(tǒng)計特征和頻域統(tǒng)計特征，得到全體特征集，從全體特征集中選擇大于給定閾值的特征評估指標所對應(yīng)的特征，從而構(gòu)成最優(yōu)特征集；

然后，將最優(yōu)特征集輸入到自組織特征映射神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中進行訓(xùn)練，構(gòu)建最小量化誤差指標。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種金屬結(jié)構(gòu)損傷剩余壽命的第二代小波支持向量機評估方法，其特征在于：所述構(gòu)建最小量化誤差指標的具體方法為：

首先用正常狀態(tài)的數(shù)據(jù)訓(xùn)練自組織特征映射神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，得到正常狀態(tài)的神經(jīng)元權(quán)值向量，然后將最優(yōu)特征集作為輸入向量和所有正常狀態(tài)的神經(jīng)元權(quán)值向量作比較，計算其歐氏距離，定義與輸入向量距離最小的神經(jīng)元為最佳匹配

單元，最佳匹配單元和輸入向量之間的距離本質(zhì)是輸入向量偏離正常狀態(tài)的距離，將其定義為最小量化誤差指標：

MQE＝||D-m_BMU||

式中：MQE表示最小量化誤差；D表示輸入向量；m_BMU表示最佳匹配單元的權(quán)值向量。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種金屬結(jié)構(gòu)損傷剩余壽命的第二代小波支持向量機評估方法，其特征在于：所述步驟2）的具體方法如下：

首先，利用基于支持向量機核函數(shù)條件和提升框架的第二代小波變換理論構(gòu)造基于沖擊故障信號特征的第二代小波核函數(shù)，定義如下：

K(x,x′)=K(x-x′)=Πi=1d2Σm(-1)g~-m+1φ~(2-j(xi-xi′))]]>

式中：K表示核函數(shù)；d表示維數(shù)；m=1,…，N，N為數(shù)據(jù)長度；表示低通濾波器；表示尺度函數(shù)；j表示尺度；

將所述第二代小波核函數(shù)代入到對偶優(yōu)化問題：

maxL(α,α*)=-ϵΣi=1n(αi*+αi)+Σi=1nyi(αi*-αi)-12Σi,l=1n(αi*-αi)(αl*-αl)(xi·xl)]]>

=-ϵΣi=1n(αi*+αi)+Σi=1nyi(αi*-αi)-12Σi,l=1n(αi*-αi)(αl*-αl)Πi=1d2Σm(-1)g~-m+1φ~(2-j(xi-xi′))]]>

s.t.Σi=1n(αi*-αi)=00≤αi*≤C,0≤αi≤C;i=1,2,···,n]]>

式中：C為懲罰因子；

求解出上述各系數(shù)α_i、就得到如下對未來樣本x_f的第二代小波支持向量機預(yù)測決策函數(shù)：

f(xf,αi,αi*)=Σi=1n(αi*+αi)Πi=1d2Σm(-1)g~-m+1φ~(2-j(xi-xi′))+b]]>

式中：b為偏置。