[發(fā)明專利]一種基于堆疊去噪自編碼器的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)性能退化評(píng)估方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810565712.6
• 申請(qǐng)日: 2018-06-04
• 公開（公告）號(hào): CN109000930B
• 公開（公告）日: 2020-06-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙光權(quán);王少軍;劉小勇;劉月峰;姜澤東;高永成;胡聰;彭喜元
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01M15/14
• 分類號(hào): G01M15/14
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 楊立超

1.一種基于堆疊去噪自編碼器的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)性能退化評(píng)估方法，其特征在于，該方法的具體步驟為：

步驟一、利用N個(gè)監(jiān)控單元獲取渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的所有傳感器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；觀察、并篩選出監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)存在變化的傳感器的數(shù)據(jù)x_k，k＝1,2,…,Q，Q是監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)存在變化的傳感器個(gè)數(shù)；

步驟二、將步驟一篩選出的每個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)x_k分別歸一化至[0,1]區(qū)間內(nèi)；將篩選后的一部分監(jiān)控單元的傳感器數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練集數(shù)據(jù)，另一部分監(jiān)控單元的傳感器數(shù)據(jù)作為測(cè)試集數(shù)據(jù)；

步驟三、建立由4個(gè)去噪自動(dòng)編碼機(jī)組成的堆疊去噪自編碼器網(wǎng)絡(luò)用于對(duì)訓(xùn)練集數(shù)據(jù)和測(cè)試集數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取，其中，第一去噪自編碼機(jī)和第二去噪自編碼機(jī)構(gòu)成堆疊去噪自編碼器網(wǎng)絡(luò)的編碼網(wǎng)絡(luò)，第三去噪自編碼機(jī)和第四去噪自編碼機(jī)構(gòu)成堆疊去噪自編碼器網(wǎng)絡(luò)的解碼網(wǎng)絡(luò)；

將步驟二確定的訓(xùn)練集數(shù)據(jù)輸入堆疊去噪自編碼器網(wǎng)絡(luò)的編碼網(wǎng)絡(luò)中，使訓(xùn)練集數(shù)據(jù)依次經(jīng)過編碼網(wǎng)絡(luò)的第一去噪自編碼機(jī)和第二去噪自編碼機(jī)的無監(jiān)督預(yù)訓(xùn)練，得到編碼網(wǎng)絡(luò)的第一去噪自編碼機(jī)的編碼參數(shù)θ1＝{W₁,b₁}，第二去噪自編碼機(jī)的編碼參數(shù)θ2＝{W₂,b₂}；

設(shè)置解碼網(wǎng)絡(luò)的第三去噪自編碼機(jī)的編碼權(quán)值W₃為W₂的轉(zhuǎn)置，第四去噪自編碼機(jī)的編碼權(quán)值W₄為W₁的轉(zhuǎn)置；預(yù)訓(xùn)練完成后，利用BP算法對(duì)堆疊去噪自編碼器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進(jìn)行微調(diào)；利用微調(diào)后的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)得到編碼網(wǎng)絡(luò)輸出的單個(gè)節(jié)點(diǎn)值；

所述步驟三的具體過程為：

堆疊去噪自編碼器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)包括輸入層、編碼網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)隱含層、編碼網(wǎng)絡(luò)的輸出層、解碼網(wǎng)路的一個(gè)隱含層和解碼網(wǎng)絡(luò)的輸出層；

堆疊去噪自編碼器網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進(jìn)行隨機(jī)初始化后，訓(xùn)練集數(shù)據(jù)依次經(jīng)過編碼網(wǎng)絡(luò)中的第一去噪自編碼機(jī)和第二去噪自編碼機(jī)的無監(jiān)督預(yù)訓(xùn)練；第一去噪自編碼機(jī)預(yù)訓(xùn)練完成后保留隱含層的輸出并將隱含層的輸出作為第二去噪自編碼機(jī)的輸入，完成訓(xùn)練集數(shù)據(jù)在編碼網(wǎng)絡(luò)中的無監(jiān)督預(yù)訓(xùn)練；

以訓(xùn)練集的原始數(shù)據(jù)作為標(biāo)簽，利用BP算法對(duì)堆疊去噪自編碼器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進(jìn)行微調(diào)的具體過程為：

假設(shè)訓(xùn)練集的原始數(shù)據(jù)為其中，是訓(xùn)練集原始數(shù)據(jù)的第m個(gè)原始樣本，m的取值范圍是1～M；則堆疊去噪自編碼器網(wǎng)絡(luò)的第一去噪自編碼機(jī)的隱含層輸出為將第一去噪自編碼機(jī)的隱含層輸出作為第二去噪自動(dòng)編碼機(jī)的輸入，則第二去噪自編碼機(jī)的隱含層輸出為以此類推，堆疊去噪自編碼器網(wǎng)絡(luò)的第四去噪自動(dòng)編碼機(jī)的輸出為

將訓(xùn)練集的原始樣本作為標(biāo)簽值，計(jì)算誤差函數(shù)φ(Θ)

其中，Θ＝{θ₁,θ₂,θ₃,θ₄}，參數(shù)更新方式為其中α為參數(shù)微調(diào)過程中的學(xué)習(xí)速率；

利用微調(diào)后的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)提取出編碼網(wǎng)絡(luò)輸出的單個(gè)節(jié)點(diǎn)值；

步驟四、將步驟三提取出的單個(gè)節(jié)點(diǎn)值作為渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)處的健康因子值，構(gòu)建出訓(xùn)練集上的健康因子曲線；

步驟五、將測(cè)試集數(shù)據(jù)輸入到步驟三訓(xùn)練好的堆疊自編碼器網(wǎng)絡(luò)中，通過多個(gè)隱含層提取單個(gè)節(jié)點(diǎn)值；利用步驟四的方法構(gòu)建測(cè)試集上的健康因子曲線；

步驟六、分別對(duì)步驟四和步驟五中構(gòu)建好的健康因子曲線進(jìn)行平滑處理，得到平滑處理后的訓(xùn)練集健康因子曲線和測(cè)試集健康因子曲線；

步驟七、分別計(jì)算訓(xùn)練集健康因子曲線和測(cè)試集健康因子曲線的時(shí)間關(guān)聯(lián)性和單調(diào)性；利用平滑處理后的測(cè)試集健康因子曲線來評(píng)估渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)性能退化情況。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于堆疊去噪自編碼器的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)性能退化評(píng)估方法，其特征在于，所述步驟二中每個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)歸一化的過程為：

歸一化方式為x_k^*＝(x_k-x_k,min)/(x_k,max-x_k,min)，其中x_k^*是每個(gè)傳感器數(shù)據(jù)x_k歸一化后的值，x_k,max和x_k,min分別對(duì)應(yīng)于每個(gè)傳感器在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)各個(gè)循環(huán)的最大值和最小值。