[發(fā)明專利]一種聯(lián)合收割機(jī)零部件載荷分布的非參數(shù)估計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010188430.6
• 申請(qǐng)日: 2020-03-17
• 公開（公告）號(hào): CN111488649B
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 才福友;牛文鐵;付景靜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/15
• 分類號(hào): G06F30/15;G06F30/20
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 李素蘭

1.一種載荷分布的非參數(shù)估計(jì)方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟一、聯(lián)合收割機(jī)各個(gè)零部件的實(shí)測(cè)載荷統(tǒng)計(jì)處理及數(shù)據(jù)篩選，具體步驟為：

第一步，對(duì)聯(lián)合收割機(jī)各個(gè)零部件的實(shí)測(cè)載荷信號(hào)進(jìn)行雙參數(shù)雨流計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)處理，生成每一個(gè)零部件的二維數(shù)據(jù)矩陣M(M_m,M_a)，式中M_m表示載荷循環(huán)均值，所述的載荷循環(huán)均值為每一次載荷循環(huán)過程中零部件承受的載荷的最大值和最小值的平均值，M_a表示載荷循環(huán)幅值，所述的載荷循環(huán)幅值為每一次載荷循環(huán)過程中零部件承受的載荷的最大值減去最小值；

第二步，采用公式M_anM_a(max)*10％對(duì)每一個(gè)零部件的二維數(shù)據(jù)矩陣M(M_m,M_a)中的數(shù)據(jù)M_a進(jìn)行判斷，M_a(max)代表全部載荷循環(huán)過程中載荷循環(huán)幅值的最大值；然后將符合要求的載荷循環(huán)均值和載荷循環(huán)幅值對(duì)從矩陣M(M_m,M_a)中提取出來，組成新的矩陣M_n(M_mn,M_an)，式中M_mn表示符合要求的載荷循環(huán)均值，M_an表示符合要求的載荷循環(huán)幅值；

第三步，以M_an為橫坐標(biāo)、M_mn為縱坐標(biāo)將新的矩陣M_n(M_mn,M_an)繪制成載荷循環(huán)均幅值散點(diǎn)圖；

步驟二、利用四叉樹算法對(duì)所述的載荷循環(huán)均幅值散點(diǎn)圖區(qū)域進(jìn)行分割處理，包括以下步驟：

第一步，將新的矩陣M_n(M_mn,M_an)中的各個(gè)載荷循環(huán)均值和載荷循環(huán)幅值對(duì)數(shù)據(jù)導(dǎo)入Matlab并將載荷循環(huán)均幅值散點(diǎn)圖設(shè)置成當(dāng)前需要進(jìn)行四叉樹分割的數(shù)據(jù)區(qū)域；

第二步，將當(dāng)前需要進(jìn)行四叉樹分割的數(shù)據(jù)區(qū)域等分成四個(gè)矩形區(qū)域；

第三步，計(jì)算四等分的每個(gè)區(qū)域中均幅值數(shù)據(jù)散點(diǎn)的個(gè)數(shù)，記為n_p；計(jì)算等分的每個(gè)區(qū)域矩形的邊長(zhǎng)，記為L(zhǎng)(p)；L(p)＝L_side/2ⁿ，其中L_side為進(jìn)行第一次四叉樹分割的數(shù)據(jù)區(qū)域邊長(zhǎng)的長(zhǎng)度值，所述長(zhǎng)度值等于新的矩陣M_n(M_mn,M_an)中的M_an(max)-M_an(min)，2ⁿ中的n為進(jìn)行四叉樹分割的次數(shù)，n的初始值為1，每增加一次四叉樹分割n的值在初始值上加1，n的最大值為5；

第四步，判斷四等分后的一個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)域中的n_p是否大于N_max，N為步驟一中第二步選出來的符合條件的載荷循環(huán)總數(shù)；如果n_p＞N_max成立，則繼續(xù)判斷該區(qū)域的邊長(zhǎng)L(p)是否大于不再進(jìn)行四叉樹分割的區(qū)域邊長(zhǎng)的最小值L_min，L_min＝L_side/32；若L_(p)＞L_min，則將上述兩個(gè)條件同時(shí)滿足的數(shù)據(jù)區(qū)域設(shè)置為當(dāng)前需要再次進(jìn)行四叉樹分割的數(shù)據(jù)區(qū)域，記錄下當(dāng)前需要再次進(jìn)行四叉樹分割的數(shù)據(jù)區(qū)域的每一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的載荷循環(huán)幅值和載荷循環(huán)均值、每一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)在M_n(M_mn,M_an)矩陣中的位置i和數(shù)據(jù)點(diǎn)的個(gè)數(shù)n_p，跳轉(zhuǎn)至本步驟的第二步；若n_p≤N_max或者L(p)≤L_min，則此區(qū)域不再進(jìn)行四叉樹分割操作，記錄下當(dāng)前不再進(jìn)行四叉樹分割操作的數(shù)據(jù)區(qū)域的每一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的載荷循環(huán)幅值和載荷循環(huán)均值、每一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)在M_n(M_mn,M_an)矩陣中的位置i和數(shù)據(jù)點(diǎn)的個(gè)數(shù)n_p，跳轉(zhuǎn)至第五步；

第五步，采用步驟二第四步相同的方法，逐個(gè)完成經(jīng)每一次四等分后的各個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)域的四叉樹分割并記錄每次四叉樹分割形成的各個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)域的每一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的載荷循環(huán)幅值和載荷循環(huán)均值、每一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)在M_n(M_mn,M_an)矩陣中的位置i和數(shù)據(jù)點(diǎn)的個(gè)數(shù)n_p；

步驟三、用自適應(yīng)帶寬核密度估計(jì)進(jìn)行載荷概率分布擬合得到載荷循環(huán)幅值分布與載荷循環(huán)均值分布非參數(shù)估計(jì)的擬合效果圖，具體步驟為：

第一步，計(jì)算步驟二得到的每個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)域載荷循環(huán)數(shù)據(jù)的幅值標(biāo)準(zhǔn)差σ_xi和均值標(biāo)準(zhǔn)差σ_yi；

第二步，通過公式

計(jì)算得到步驟二的每個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)域的載荷循環(huán)均幅值概率密度函數(shù)再通過公式計(jì)算總的數(shù)據(jù)區(qū)域的載荷循環(huán)均幅值概率密度函數(shù)

其中

式中：N為進(jìn)行核密度估計(jì)載荷循環(huán)的總個(gè)數(shù)，即M_n(M_mn,M_an)矩陣中均幅值數(shù)據(jù)對(duì)的個(gè)數(shù)；i表示M_n(M_mn,M_an)矩陣中均幅值數(shù)據(jù)對(duì)的位置；為二維高斯核函數(shù)，其中x是表示單次載荷循環(huán)幅值的變量，y是表示單次載荷循環(huán)均值的變量，x_i表示M_n(M_mn,M_an)矩陣中第i個(gè)載荷循環(huán)均值和載荷循環(huán)幅值對(duì)中的載荷循環(huán)幅值，y_i表示M_n(M_mn,M_an)矩陣中第i個(gè)載荷循環(huán)均值和載荷循環(huán)幅值對(duì)中的載荷循環(huán)均值；h_ji為相應(yīng)數(shù)據(jù)區(qū)域進(jìn)行核密度估計(jì)的帶寬，d為維數(shù)，d＝2，j＝x時(shí)，h_xi表示第i個(gè)載荷循環(huán)均值和載荷循環(huán)幅值對(duì)中的載荷循環(huán)幅值的帶寬，j＝y(tǒng)時(shí)，h_yi表示第i個(gè)載荷循環(huán)均值和載荷循環(huán)幅值對(duì)中的載荷循環(huán)均值的帶寬，n_p為步驟二記錄的每個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)域內(nèi)載荷循環(huán)數(shù)據(jù)點(diǎn)的個(gè)數(shù)。