[發明專利]一種基于穩態子空間分析多維信號的刀具狀態監測方法

有效

• 申請號: 201710383715.3
• 申請日: 2017-05-26
• 公開（公告）號: CN107253094B
• 公開（公告）日: 2018-12-28
• 發明（設計）人: 周余慶;孫兵濤;鐘永騰;湯何勝;任燕;向家偉
• 申請（專利權）人: 溫州大學
• 主分類號: B23Q17/09
• 分類號: B23Q17/09
• 代理公司: 溫州名創知識產權代理有限公司 33258
• 代理人: 陳加利

1.一種基于穩態子空間分析多維信號的刀具狀態監測方法，其特征在于，所述方法包括：

在已測刀具的歷史數據中，獲取刀具狀態的種類及各種刀具狀態下所得的一維振動時域信號，采用預設的非線性復自相關函數法將各種刀具狀態下所得的一維振動時域信號擴展為對應的多維時域信號，并從各種刀具狀態下所擴展的多維時域信號中分別對應截取連續采樣數為T的不重疊的N組信號，且進一步將所述截取到的各種刀具狀態下各自對應的N組信號分別作為當前N組期望信號依次進入預設的穩態子空間分析模型中計算，得到已測刀具各種刀具狀態分別對應的數學分析值；其中，T和N均為大于1的正整數；

采集待測刀具的一維振動時域信號，采用所述預設的非線性復自相關函數法將待測刀具所得的一維振動時域信號擴展為多維時域信號，并從待測刀具所擴展的多維時域信號中對應截取連續采樣數為T的不重疊的N組信號，且進一步將所述截取到的待測刀具所得對應N組信號作為當前N組期望信號進入所述預設的穩態子空間分析模型中計算，得到待測刀具的數學分析值；

在所述得到的已測刀具各種刀具狀態分別對應的數學分析值中，篩選出與所述待測刀具的數學分析值之差的絕對值為最小，并將所篩選出差的絕對值為最小時已測刀具所對應刀具狀態種類作為所述待測刀具的故障類別。

2.如權利要求1所述的基于穩態子空間分析多維信號的刀具狀態監測方法，其特征在于，所述當前N組期望信號進入所述預設的穩態子空間分析模型中計算的具體步驟包括：

計算當前N組期望信號的均值和協方差，并根據所述計算出的當前N組期望信號的均值和協 方差，利用KL散度計算出當前N組期望信號的非平穩正態分布和標準正態分布的散度值，且進一步構造以非平穩映射向量為優化參數的目標函數后，求解當前N組期望信號所對應目標函數的最優非平穩映射；

將當前N組期望信號以其對應求解到的最優非平穩映射進行優化，得到優化后的當前N組期望信號；

確定所得優化后的當前N組期望信號需計算的共同特征參數項并計算，且進一步得到由優化后的當前N組期望信號對應所述共同特征參數項所得特征值形成的特征參數集；

對所述得到的特征參數集采用Fisher線性判別分析，得到特征參數集的類均值和總均值，并根據所述得到的特征參數集的類均值和總均值，計算出特征參數集的類間離散度矩陣和類內離散度矩陣，且進一步根據所述計算出的特征參數集的類間離散度矩陣和類內離散度矩陣構建離散矩陣后，求解所述離散矩陣的最大特征值及其對應的最大特征向量；

根據所述求解得到的最大特征值及最大特征向量以及所述優化后的當前N組期望信號對應所述共同特征參數項所得特征值，得到所述優化后的當前N組期望信號的映射值，并根據所述映射值，計算出當前N組期望信號的映射均值，且進一步將所述計算出的映射均值作為數學分析值輸出；其中，當所述當前N組期望信號為已測刀具中某一種刀具狀態下所截取的N組信號時，則所述輸出的數學分析值為已測刀具對應種類刀具狀態下的數學分析值；當所述當前N組期望信號為待測刀具所截取的N組信號時，則所述輸出的數學分析值為待測刀具的數學分析值。

3.如權利要求2所述的基于穩態子空間分析多維信號的刀具狀態監測方法，其特征在于，所述以非平穩映射向量為優化參數的目標函數通過公式

來實現；其中，D_KL表示當前N組期望信號對應的非平穩正態分布和標準正態分布N(0，I)的散度值；Bⁿ為非平穩映射向量；為當前N組期望信號的均值；為當前N組期望信號的協方差。

4.如權利要求3所述的基于穩態子空間分析多維信號的刀具狀態監測方法，其特征在于，所述求解當前N組期望信號所對應目標函數的最優非平穩映射是通過梯度下降法或擬牛頓法來實現。

5.如權利要求1所述的基于穩態子空間分析多維信號的刀具狀態監測方法，其特征在于，所述刀具狀態的種類包括正常、中等磨損、嚴重磨損和破損。

6.如權利要求1所述的基于穩態子空間分析多維信號的刀具狀態監測方法，其特征在于，所述預設的非線性復自相關函數法是通過公式

來實現；

其中，f(a)＝1+a+a²+…+a^m-1；x_i為當前一維振動時域信號；m為當前一維振動時域信號擴展為多維時域信號的維數，且m為大于1的正整數；Z為當前一維振動時域信號采集的信號點數，固定為4096；t為延遲時間；i為當前一維振動時域信號采集次數。