[發(fā)明專利]基于慢特征分析和隱馬爾科夫的健康狀態(tài)評估方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011187702.7
• 申請日: 2020-10-30
• 公開（公告）號: CN112348072A
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 程超;王萌;王艷
• 申請（專利權(quán)）人: 長春工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G06K9/62
• 分類號: G06K9/62;G06F17/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種基于慢特征分析與隱馬爾科夫模型相結(jié)合的健康狀態(tài)評估模型方法，具體屬于自動檢測技術(shù)領(lǐng)域。本方法分為數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)分析與狀態(tài)評估三部分：在數(shù)據(jù)處理過程中，首先對影響控制因素進(jìn)行了分析，并對數(shù)據(jù)去燥處理；接著在數(shù)據(jù)分析過程中，利用慢特征分析對數(shù)據(jù)進(jìn)行降維并篩選出最慢度特征，同時(shí)基于慢特征細(xì)化引入相關(guān)度函數(shù)擬合以達(dá)到特征選擇的目的；狀態(tài)評估過程主要是基于歷史數(shù)據(jù)信息與專家經(jīng)驗(yàn)知識對數(shù)據(jù)進(jìn)行指標(biāo)規(guī)劃與健康分類，通過建立隱馬爾科夫健康狀態(tài)評估模型完成對慢特征的建模，完成對數(shù)據(jù)訓(xùn)練與評估的目的。經(jīng)案例仿真分析發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明所提方法達(dá)到了對系統(tǒng)健康狀態(tài)評估的目的。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于自動檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于慢特征分析和隱馬爾科夫的健康狀態(tài)評估方法

背景技術(shù)

隨著高速列車等大型復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)在交通運(yùn)輸中的重要性不斷提升，安全可靠性是其運(yùn)營需要考慮的第一要素，對其控制系統(tǒng)的精度要求越來越高。而隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)受惡劣環(huán)境與過載的影響加重，致使需要對其組成器件健康狀況進(jìn)行精確掌握，進(jìn)而保障乘坐人員的人身及財(cái)產(chǎn)安全。

慢特征分析是使用來自時(shí)間信號的信息學(xué)習(xí)不變特征的線性因子模型，近年來多被用來進(jìn)行過程監(jiān)控，深層圖像識別，慢特征分析利用“慢性原則”不僅可以對數(shù)據(jù)分析降維，也可以根據(jù)數(shù)據(jù)的特征得出慢度變化，并保留其物理意義。作為統(tǒng)計(jì)模型，隱馬爾可夫通常在過程監(jiān)控中，可以根據(jù)概率值與歷史數(shù)據(jù)狀態(tài)信息，提取并評估系統(tǒng)健康狀態(tài)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對上述的問題，提出了一種基于慢特征分析的健康狀態(tài)評估模型，在方法上對數(shù)據(jù)進(jìn)行慢特征分析并應(yīng)用于隱馬爾可夫模型上。

本發(fā)明具體采用如下技術(shù)方案：

一種基于慢特征分析和隱馬爾科夫的健康狀態(tài)評估方法，包括以下步驟：

11、數(shù)據(jù)處理階段，具體為：

111、采集特征歷史數(shù)據(jù)，建立數(shù)據(jù)集，如式(1)得到數(shù)據(jù)均值方差，并進(jìn)一步數(shù)據(jù)歸一化處理，

112、如式(2)中x(k)形式得到數(shù)據(jù)：

12、數(shù)據(jù)分析階段，具體為：

121、為了達(dá)到對數(shù)據(jù)的降維的目的，采用慢特征分析方法對數(shù)據(jù)進(jìn)行慢度分析，慢特征分析(Slow feature analysis，SFA)方法，從數(shù)據(jù)中提取緩慢變化的LV，對故障檢測的精準(zhǔn)度進(jìn)行提升。

122、優(yōu)化問題定義如式(3)：

s＝Wx (3)

123、在本研究中，我們的目的就是找到一個(gè)矩陣表示系數(shù)向量，放大走行部特征數(shù)據(jù)的可能性與之間的關(guān)聯(lián)性，即：

W＝[w₁ w₂ ... w_m]^T (4)

124、進(jìn)行第一次奇異值分解并經(jīng)式(5)式(6)轉(zhuǎn)化得到預(yù)處理之后的白化數(shù)據(jù)：

xx^T_t＝UΛU^T (5)

z＝Λ^-1/2U^Tx＝Qx (6)

125、定義：

zz^T_t＝Qxx^T_tQ^T＝I (7)

轉(zhuǎn)換問題為找到矩陣P：S＝Pz＝PQx，findP＝WQ^-1