[發明專利]一種基于摩擦信號遞歸特性的摩擦學狀態在線辨識方法

有效

• 申請號: 202011301798.5
• 申請日: 2020-11-19
• 公開（公告）號: CN112525749B
• 公開（公告）日: 2023-05-12
• 發明（設計）人: 孫國棟;張超;張瑩
• 申請（專利權）人: 揚州大學
• 主分類號: G01N3/56
• 分類號: G01N3/56;G01H17/00;G06F17/11;G06F17/15;G06F17/18;G06F18/24
• 代理公司: 揚州蘇中專利事務所(普通合伙) 32222
• 代理人: 許必元

1.一種基于摩擦信號遞歸特性的摩擦學狀態在線辨識方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1、開展摩擦磨損過程試驗，采集試驗過程中產生的摩擦振動信號序列表示為x＝[x(1),x(2),…,x(t),…,x(n)]，n表示信號長度；

S2、建立摩擦信號遞歸特征參數集，根據已建立的摩擦信號遞歸特征參數集，結合特征參數自組織預測模型與多項式擬合方程，預測對應試驗條件下穩定磨損階段的摩擦振動信號遞歸特征參數；

S3、對采集到的摩擦振動信號進行非線性特征提取，采用滑動窗口法將提取的具有非線性特性的信號劃分為多個連續的計算窗口，對各窗口內的摩擦信號利用坐標延遲法重構得到摩擦信號的混沌吸引子，并提取對應遞歸特征參數；

S4、對比分析特征參數實際計算結果與預測結果，結合特征參數自身變化規律對未知磨損狀態下的信號進行分類，以實現摩擦學狀態的在線辨識。

2.根據權利要求1所述的一種基于摩擦信號遞歸特性的摩擦學狀態在線辨識方法，其特征在于，步驟S2中摩擦信號遞歸特征參數集的建立包括以下步驟：

(1)采用相同的切削參數加工得到一批具有相同初始輪廓特征的滑動摩擦副初始表面，在相同的工況條件下開展不同時長的摩擦磨損試驗；

(2)對分階段試驗得到的磨損表面形貌進行分形特征提取，并計算其分形維數值；

(3)截取每組試驗結束前一段具有相同序列長度的摩擦振動信號序列，對其進行非線性特征提取并重構得到混沌吸引子，提取的定量遞歸特征參數包括：

其中，RR為遞歸度；R_i,j為遞歸矩陣中的元素；N為重構相空間的相點個數；DET為確定度；P(l)為平行于主對角線中長度為l的線段的概率分布；l_min為對角線結構中所取的最小長度值，取l_min＝2；L_max為最長對角線長度；N_l為對角線結構的元素個數；ENT為熵；p(l)為平行于主對角線中長度為l的線段的概率分布密度；L為對角線長度均值；DIV為分歧度；LAM為層狀度；P(v)為長度為v的豎直線段的概率分布；v_min為豎直線段結構中所取的最小長度值，取v_min＝2；V_max為最長豎直長度；N_v為豎直線段結構的元素個數；TT為豎直線段長度均值；

(4)基于摩擦信號與磨損表面形貌演化的相關性與一致性，以磨損表面形貌分形參數值作為目標特征，選用最大相關最小冗余特征選擇算法度量摩擦信號遞歸特征參數的相關性，對摩擦信號遞歸特征參數進行特征選擇與降維約簡。

3.根據權利要求2所述的一種基于摩擦信號遞歸特性的摩擦學狀態在線辨識方法，其特征在于，所述步驟(4)中，選用的最大相關最小冗余特征選擇算法，是一種基于互信息理論的特征子集選擇方法，所確定的子集中每一個特征與目標特征具有最大相關性，與其他被選特征存在最小相關性。

4.根據權利要求1所述的一種基于摩擦信號遞歸特性的摩擦學狀態在線辨識方法，其特征在于，所述步驟S2中，利用自組織數據挖掘理論及數據組合處理方法訓練不同工況條件下的摩擦信號遞歸特征參數，得到信號遞歸特征參數集內各特征參數值相對于工況參數的系統依賴性模型及多項式擬合方程。

5.根據權利要求4所述的一種基于摩擦信號遞歸特性的摩擦學狀態在線辨識方法，其特征在于，所述自組織預測模型及多項式擬合方程的建立步驟如下：

(1)改變摩擦學系統工況參數，開展不同條件下得到的摩擦振動時間序列信號；

(2)對采集到的摩擦振動信號進行非線性特征提取，并重構得到混沌吸引子；根據摩擦振動信號幅值及吸引子相軌跡初步識別摩擦磨損狀態；

(3)截取信號幅值平穩且重構吸引子相軌跡基本不變時對應的摩擦振動信號序列，計算其遞歸特性表征參數集；

(4)應用自組織數據挖掘理論的數據組合處理方法建立摩擦振動遞歸特征參數相對于工況參數的系統依賴性模型，并計算得到各特征參數的多項式擬合方程。