[發(fā)明專利]一種機(jī)械系統(tǒng)剩余壽命預(yù)測方法及系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910230891.2
• 申請日: 2019-03-26
• 公開（公告）號: CN109948860A
• 公開（公告）日: 2019-06-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐國;徐斌;李文興;于振中;蘇丹;葉俊成;江瀚澄;張新選
• 申請（專利權(quán)）人: 哈工大機(jī)器人（合肥）國際創(chuàng)新研究院
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06K9/62;G06Q10/06
• 代理公司: 合肥市浩智運(yùn)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 34124
• 代理人: 張景云

1.一種機(jī)械系統(tǒng)剩余壽命預(yù)測方法，機(jī)械系統(tǒng)包括多個(gè)相同型號規(guī)格的設(shè)備；其特征在于：包括

先將待預(yù)測機(jī)械系統(tǒng)分成建模用設(shè)備和待預(yù)測設(shè)備，并分別對建模用設(shè)備和待預(yù)測設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，分別形成訓(xùn)練數(shù)據(jù)和預(yù)測數(shù)據(jù)；

通過訓(xùn)練數(shù)據(jù)建立系統(tǒng)退化模型，得到擬合參數(shù)和健康指示量閾值；

將預(yù)測數(shù)據(jù)融合得到健康指示量時(shí)間序列；

根據(jù)擬合參數(shù)和健康指示量閾值，通過健康指示量時(shí)間序列預(yù)測剩余壽命。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)械系統(tǒng)剩余壽命預(yù)測方法，其特征在于：還包括驗(yàn)證環(huán)節(jié)，選擇與待預(yù)測機(jī)械系統(tǒng)相同型號規(guī)格的測試用設(shè)備，已知測試用設(shè)備的實(shí)際壽命；對測試用設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集得到測試數(shù)據(jù)；利用測試數(shù)據(jù)驗(yàn)證系統(tǒng)退化模型的精度。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)械系統(tǒng)剩余壽命預(yù)測方法，其特征在于：所述訓(xùn)練數(shù)據(jù)為對建模用設(shè)備其進(jìn)行全壽命狀態(tài)檢測數(shù)據(jù)采集的數(shù)據(jù)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的機(jī)械系統(tǒng)剩余壽命預(yù)測方法，其特征在于：在建模前，先對訓(xùn)練數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，具體為：

特征篩選，先對訓(xùn)練數(shù)據(jù)進(jìn)行特征篩選，得到重要性排名符合要求的多維數(shù)據(jù)；

歸一化處理，將各維數(shù)據(jù)統(tǒng)一縮放到[0,1]之間，變化公式如下：

x_scale＝(x-min)/(max-min)，其中，

x_scale為歸一化后的訓(xùn)練數(shù)據(jù)的各維數(shù)據(jù)；x為訓(xùn)練數(shù)據(jù)的各維數(shù)據(jù)；max為訓(xùn)練數(shù)據(jù)的各維數(shù)據(jù)中的最大值，min為訓(xùn)練數(shù)據(jù)中各數(shù)據(jù)中的最小值；

對歸一化處理后的各維數(shù)據(jù)進(jìn)行降維，得到多個(gè)主成分向量，選取最大主成分作為健康指示量。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的機(jī)械系統(tǒng)剩余壽命預(yù)測方法，其特征在于：系統(tǒng)退化建模具體為：令h(t)＝H(t,θ)+ε，H代表退化理論模型，θ為模型參數(shù)，ε為噪聲；使用如下方程表示健康指示量h隨時(shí)間t變化的趨勢：

h(t)＝exp(a×t+b)+c+ε

其中a、b、c是擬合參數(shù)；

對訓(xùn)練數(shù)據(jù)中每個(gè)設(shè)備的健康指示量使用擬合技術(shù)，求解其參數(shù)a、b、c、壽命、失效時(shí)的健康指示量failure Hi，記FHi＝mean(failure Hi)，作為健康指示量閾值，其中，mean()為失效時(shí)健康指示量的均值。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的機(jī)械系統(tǒng)剩余壽命預(yù)測方法，其特征在于：壽命預(yù)測具體為：對所述預(yù)測數(shù)據(jù)進(jìn)行與訓(xùn)練數(shù)據(jù)相同的預(yù)處理：特征篩選、歸一化、降維后，得到健康指示量時(shí)間序列h(t)，對參數(shù)正常區(qū)間的某θ，計(jì)算出理論值H(t,θ)，定義損失函數(shù)Lose(θ)：

Lose(θ)＝RMSE(h(t),H(t,θ))

RMSE為均方根誤差函數(shù)；

使用超參數(shù)優(yōu)化算法，尋找最優(yōu)參數(shù)θ^*；

令H(t,θ^*)≧FHi，求解故障時(shí)間t'，記t₀為測試數(shù)據(jù)截止時(shí)間，Rul＝t'-t₀即為該設(shè)備剩余壽命。

7.一種機(jī)械系統(tǒng)剩余壽命預(yù)測系統(tǒng)，應(yīng)用于上述權(quán)利要求1至6任一所述的方法，其特征在于：包括

數(shù)據(jù)采集模塊，用以對待預(yù)測機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，形成訓(xùn)練數(shù)據(jù)和預(yù)測數(shù)據(jù)；

建模模塊，用以建立系統(tǒng)退化模型，得到擬合參數(shù)和健康指示量閾值；

數(shù)據(jù)融合模塊，訓(xùn)練數(shù)據(jù)和預(yù)測數(shù)據(jù)分別通過數(shù)據(jù)融合模塊融合得到；

預(yù)測模塊，根據(jù)擬合參數(shù)和健康指示量閾值，預(yù)測機(jī)械系統(tǒng)剩余壽命。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的機(jī)械系統(tǒng)剩余壽命預(yù)測系統(tǒng)，其特征在于：所建模模塊先對所述訓(xùn)練數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，具體為：

特征篩選，先對訓(xùn)練數(shù)據(jù)進(jìn)行特征篩選，得到重要性排名符合要求的多維數(shù)據(jù)；

歸一化處理，將各維數(shù)據(jù)統(tǒng)一縮放到[0,1]之間，變化公式如下：

xscale＝(x-min)/(max-min)

降維，對歸一化處理后的各維數(shù)據(jù)進(jìn)行降維，得到多個(gè)主成分向量，選取最大主成分作為健康指示量。