[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于主元相似性分析的多模態(tài)過(guò)程模態(tài)辨識(shí)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810204240.1
• 申請(qǐng)日: 2018-03-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108490912B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-08-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭英;秦泗釗;王楊;張洪
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G05B23/02
• 分類(lèi)號(hào): G05B23/02
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專(zhuān)利中心 42201
• 代理人: 李智;曹葆青

1.一種基于主元相似性分析的多模態(tài)過(guò)程模態(tài)辨識(shí)方法，其特征在于，包括：

(1)獲取不同模態(tài)的數(shù)據(jù)，組成待識(shí)別模態(tài)的數(shù)據(jù)集；

(2)根據(jù)待識(shí)別模態(tài)的數(shù)據(jù)集，選取窗口大小h、窗口移動(dòng)的長(zhǎng)度L和PCA相似性因子的控制限值；

(3)窗口在待識(shí)別模態(tài)的數(shù)據(jù)集中移動(dòng)時(shí)，將第一個(gè)窗口的數(shù)據(jù)作為初始模態(tài)的數(shù)據(jù)，基于初始模態(tài)的數(shù)據(jù)計(jì)算初始模態(tài)的相似性指標(biāo)統(tǒng)計(jì)量的控制限值；

(4)根據(jù)當(dāng)前窗口的數(shù)據(jù)，得到當(dāng)前窗口與當(dāng)前模態(tài)之間的PCA相似性因子和當(dāng)前窗口的相似性指標(biāo)統(tǒng)計(jì)量，分別與PCA相似性因子的控制限值和當(dāng)前模態(tài)的相似性指標(biāo)統(tǒng)計(jì)量的控制限值比較，判斷當(dāng)前窗口的模態(tài)，所述當(dāng)前模態(tài)為已經(jīng)辨識(shí)出來(lái)的最近一個(gè)非過(guò)渡模態(tài)；

(5)若當(dāng)前窗口屬于當(dāng)前模態(tài)，將當(dāng)前窗口的數(shù)據(jù)并入當(dāng)前模態(tài)的數(shù)據(jù)后，得到當(dāng)前模態(tài)的相似性指標(biāo)統(tǒng)計(jì)量的新的控制限值，利用新的控制限值更新當(dāng)前模態(tài)的相似性指標(biāo)統(tǒng)計(jì)量的控制限值；若當(dāng)前窗口的數(shù)據(jù)不屬于當(dāng)前模態(tài)，根據(jù)前一個(gè)窗口的模態(tài)判斷當(dāng)前窗口是否為新的模態(tài)；

(6)若當(dāng)前窗口為新的模態(tài)，根據(jù)當(dāng)前窗口的數(shù)據(jù)計(jì)算新的模態(tài)的相似性指標(biāo)的控制限值，并將當(dāng)前窗口的數(shù)據(jù)作為新的模態(tài)的數(shù)據(jù)；

(7)重復(fù)步驟(4)～(6)，直至待識(shí)別模態(tài)的數(shù)據(jù)集中所有數(shù)據(jù)模態(tài)辨識(shí)完成。

2.如權(quán)利要求1所述的一種基于主元相似性分析的多模態(tài)過(guò)程模態(tài)辨識(shí)方法，其特征在于，所述窗口大小h大于等于窗口移動(dòng)的長(zhǎng)度L。

3.如權(quán)利要求1或2所述的一種基于主元相似性分析的多模態(tài)過(guò)程模態(tài)辨識(shí)方法，其特征在于，所述PCA相似性因子的控制限值的取值范圍是0.7-0.8。

4.如權(quán)利要求1或2所述的一種基于主元相似性分析的多模態(tài)過(guò)程模態(tài)辨識(shí)方法，其特征在于，所述步驟(3)包括：

(3.1)窗口在待識(shí)別模態(tài)的數(shù)據(jù)集中移動(dòng)時(shí)，將第一個(gè)窗口的數(shù)據(jù)作為初始模態(tài)的數(shù)據(jù)，根據(jù)初始模態(tài)的數(shù)據(jù)計(jì)算初始模態(tài)的均值向量和標(biāo)準(zhǔn)差向量；

(3.2)利用初始模態(tài)的均值向量和標(biāo)準(zhǔn)差向量對(duì)初始模態(tài)的數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理；

(3.3)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化處理后的初始模態(tài)的數(shù)據(jù)的協(xié)方差矩陣進(jìn)行特征值分解，將初始模態(tài)的數(shù)據(jù)分為主元空間和殘差空間；

(3.4)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化處理后的初始模態(tài)的數(shù)據(jù)，根據(jù)下式計(jì)算初始模態(tài)的相似性指標(biāo)統(tǒng)計(jì)量的控制限值τ²：

其中，F(xiàn)_{l，s-l，1-α}是具有自由度l和s-l，置信度為1-α的F分布值，s為初始模態(tài)的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)，l是主元個(gè)數(shù)。

5.如權(quán)利要求1或2所述的一種基于主元相似性分析的多模態(tài)過(guò)程模態(tài)辨識(shí)方法，其特征在于，所述步驟(4)包括：

(4.1)根據(jù)當(dāng)前窗口i的數(shù)據(jù)，得到當(dāng)前窗口i的相似性指標(biāo)統(tǒng)計(jì)量

其中，P為當(dāng)前窗口i的數(shù)據(jù)的主元空間的載荷矩陣，Λ為對(duì)角矩陣，x為待識(shí)別模態(tài)的數(shù)據(jù)集中的每一行，相似性指標(biāo)統(tǒng)計(jì)量用于衡量?jī)蓚€(gè)不同數(shù)據(jù)集之間的一階矩差異，且相似性指標(biāo)統(tǒng)計(jì)量超過(guò)當(dāng)前模態(tài)的相似性指標(biāo)統(tǒng)計(jì)量的控制限值時(shí)，二者一階矩差異明顯；

(4.2)對(duì)于當(dāng)前窗口的數(shù)據(jù)D₁和當(dāng)前模態(tài)的數(shù)據(jù)D₂，分別對(duì)其進(jìn)行PCA分解，相應(yīng)的主元個(gè)數(shù)分別為k₁和k₂，令k＝max(k₁，k₂)，則當(dāng)前窗口與當(dāng)前模態(tài)之間的PCA相似性因子由下式得出：

其中，θ_ij是D₁中第i個(gè)載荷向量Pi，₁和D₂中第j個(gè)載荷向量P_j，2之間的夾角，λ_i，1和λ_j，2分別是D₁和D₂中主元相對(duì)應(yīng)的特征值；

(4.3)將當(dāng)前窗口與當(dāng)前模態(tài)之間的PCA相似性因子和當(dāng)前窗口的相似性指標(biāo)統(tǒng)計(jì)量，分別與PCA相似性因子的控制限值和當(dāng)前模態(tài)的相似性指標(biāo)統(tǒng)計(jì)量的控制限值比較，判斷當(dāng)前窗口的模態(tài)，所述當(dāng)前模態(tài)為已經(jīng)辨識(shí)出來(lái)的最近一個(gè)非過(guò)渡模態(tài)。