[發明專利]一種基于兩分類Fisher判別分析的故障診斷方法

在審

• 申請號: 201710234404.0
• 申請日: 2017-04-01
• 公開（公告）號: CN107103125A
• 公開（公告）日: 2017-08-29
• 發明（設計）人: 藍艇;童楚東;史旭華
• 申請（專利權）人: 寧波大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于兩分類Fisher判別分析的故障診斷方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)收集生產過程正常運行狀態下的采樣數據，組成數據矩陣X₀∈R^n×m，收集生產過程在不同故障操作狀態下的采樣數據，組成不同的參考故障數據集其中，n為訓練樣本數，m為過程測量變量數，下標號c＝1，2，…，C表示第c種參考故障類型，N_c為第c種故障的可用樣本數，R為實數集，R^n×m表示n×m維的實數矩陣；

(2)對矩陣X₀進行標準化處理，得到均值為0，標準差為1的新數據矩陣并利用矩陣X₀的均值向量與標準差向量對進行同樣的標準化處理，得到矩陣

(3)利用遺傳算法找出第c種故障類型數據最能區別于正常數據的特征變量集，記做θ_c；

(4)利用特征變量集θ_c從矩陣與中選出相應的變量(即矩陣的列)，對應組成新矩陣與

(5)利用Fisher判別分析算法建立與之間的兩分類判別模型，并保留模型參數集Θ_c以備調用；

(6)重復步驟(3)～(5)直至得到所有故障類型的特征變量集θ₁，θ₂，…，θ_C，和兩分類Fisher判別模型參數集Θ₁，Θ₂，…，Θ_C；

(7)當系統已有的故障檢測系統觸發故障警報后，對新采集到的故障樣本z∈R^1×m實施故障分類診斷。

2.根據權利要求1所述的一種基于兩分類Fisher判別分析的故障診斷方法，其特征在于：所述步驟(3)中利用遺傳算法實施變量選擇的的具體實施過程如下所示：

①初始化遺傳算法的各個參數：主要包括初始化I＝1，設置最大迭代次數I_max＝1000、種群個數P＝40、交叉概率以及變異概率τ＝0.1，并隨機產生P個，長度為m的二進制代碼；

②計算每個種群(即二進制代碼)所對應的適應度函數值f₁，f₂，…，f_P，并記錄最大適應度值f_best及其對應的種群b，計算適應度函數值的詳細實施過程如下所示：

(A)初始化a＝1；

(B)根據第a個種群二進制代碼中的非零元素所在位置，對應選取矩陣與中相應的列，組成新矩陣與

(C)分別計算矩陣與的行均值向量(即將矩陣中各行相加后除以行個數)，記為與并計算總體行均值向量

(D)按照如下所示公式計算矩陣S₁與S₂：

S1=n(x0a-x‾)T(x0a-x‾)+Nc(xca-x‾)T(xca-x‾)---(1)]]>

S2=Σxi∈X‾0a(xi-x0a)T(xi-x0a)+Σxj∈X‾ca(xj-xca)T(xj-xca)---(2)]]>

上兩式中，表示x_i為矩陣中的行向量，表示x_j為矩陣中的行向量，上標號T表示矩陣或向量的轉置；

(E)求解如下所示廣義特征值問題：

S₁β＝λS₂β (3)

得出最大特征值λ，該特征值即為第a個種群的適應度函數值f_a；

(F)置a＝a+1，判斷a≤P？若是，返回②(B)計算下一個種群的適應度函數值；若否，則執行③；

③對P個種群進行選擇遺傳操作得到P個新種群，具體操作過程如下所示：

(A)按照公式R_p＝(f₁+f₂+…+f_p)/F計算每個種群的概率，并初始化q＝1，這些概率值顯然滿足條件：R₁＜R₂＜…＜R_P，其中F＝f₁+f₂+…+f_P，p＝1，2，…，P表示第p個種群標號；

(B)隨機產生一個位于區間(0，1]中的隨機數γ_i，并從概率值R₁，R₂，…，R_P中找出滿足條件R_p＞γ_i的最小概率值所對應的種群，將該種群保留并記為第i個新種群；

(C)置i＝i+1后，判斷i＜P？若是，則返回③(B)；若否，則將種群b保留并記錄為第P個新種群，初始化j＝1并執行④；

④對P個新種群進行交叉遺傳操作更新這P個新種群，具體的操作過程如下所示：

(A)置交叉位置φ為小于m/2的最大整數，隨機產生一個位于區間(0，1]中的隨機數ε_j；

(B)判斷若是，則對第j個新種群與第j+1個新種群對應的二進制代碼實施交叉遺傳操作(即將兩條代碼的前φ個二進制數進行交換)；若否，則不對第j個新種群與第j+1個新種群進行任何操作；

(C)置j＝j+2后，判斷j＜P？若是，則返回④(A)；若否，則將種群b保留并記錄為第P個新種群，初始化k＝1并執行⑤；

⑤對P個新種群進行變異操作更新這P個新種群，具體的操作過程如下所示：

(A)置變異位置ω為1至m之間任一隨機整數，隨機產生一個位于區間(0，1]中的隨機數ξ_k；

(B)并判斷ξ_k＜τ？若是，則對j個新種群中的第ω個二進制數實施變異遺傳操作(即將0變為1或將1變為0)；若否，則不對j個新種群采取任何措施；

(C)置k＝k+1后，判斷k＜P？若是，則返回⑤(A)；若否，則置I＝I+1并執行⑥；

⑥判斷I≤I_max？若是，則將經過選擇、交叉、變異操作的新種群取代原種群，并返回②；若否，則根據最大適應度值所對應的種群b中的非零元素位置，選取相應的變量記錄為特征變量集θ_c。