[發(fā)明專利]一種基于PSO-SVR的軸承剩余使用壽命預測方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011401437.8
• 申請日: 2020-12-03
• 公開（公告）號: CN112699502A
• 公開（公告）日: 2021-04-23
• 發(fā)明（設計）人: 李軍;程光皓;徐康民;王茂琦;李浩
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/25;G06F17/16;G06F119/04
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 薛云燕

1.一種基于PSO-SVR的軸承剩余使用壽命預測方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、獲取原始振動數(shù)據(jù)，對原始振動數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)預處理和歸一化，去除不規(guī)則數(shù)據(jù)和填補缺失數(shù)據(jù)并做平滑處理；

步驟2、提取數(shù)據(jù)的時域特征和頻域特征，利用PCA進行數(shù)據(jù)降維和數(shù)據(jù)融合以替代原始特征指標；

步驟3、構建SVR模型，初始化SVR的初始參數(shù)，包括懲罰系數(shù)C和核函數(shù)寬度g；

步驟4、設置PSO算法的初始參數(shù)，對SVR參數(shù)進行尋優(yōu)，求取最優(yōu)解，得到最優(yōu)參數(shù)C和g；

步驟5、使用最優(yōu)參數(shù)C和g訓練SVR，輸入測試數(shù)據(jù)進行SVR預測。

2.根據(jù)權利要求1所述的基于PSO-SVR的軸承剩余使用壽命預測方法，其特征在于，步驟1所述的獲取原始振動數(shù)據(jù)，對原始振動數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)預處理和歸一化，去除不規(guī)則數(shù)據(jù)和填補缺失數(shù)據(jù)并做平滑處理，具體如下：

步驟1.1、去除奇異值：設置閾值，剔除振動信號中加速度值超過閾值的點；

步驟1.2、去除趨勢項：為防止傳感器自身缺陷和外界干擾引起的信號基線偏離零點的現(xiàn)象，對振動信號進行去除趨勢項處理；

步驟1.3、平滑處理：采用五點三次平滑法，取振動信號中相鄰的5個數(shù)據(jù)點，并用這5個點擬合出一條3次的曲線，然后用這條3次曲線上相應位置的數(shù)據(jù)值作為新的值，對振動信號進行平滑處理。

3.根據(jù)權利要求1所述的基于PSO-SVR的軸承剩余使用壽命預測方法，其特征在于，步驟2所述的提取數(shù)據(jù)的時域特征和頻域特征，利用PCA進行數(shù)據(jù)降維和數(shù)據(jù)融合以替代原始特征指標，具體如下：

步驟2.1、提取數(shù)據(jù)的如表1中的7個時域特征和表2中的16個頻域特征；

表1

其中，X_max＝max{|x_i|}，X_min＝min{|x_i|}，i＝1,2,…,N；N為樣本點數(shù)，x_i為軸承加速度信號；

頻域指標具體如表2所示：

表2

其中N₀是振動信號樣本點總個數(shù)，x(i)是軸承加速度信號，F(xiàn)_s是傳感器的采樣頻率，s(m)是x(i)的頻譜，M為譜線總個數(shù)，v_m是第m條譜線的頻率值，F(xiàn)₁用來描述頻域振動能量的大小，F(xiàn)₂-F₄，F(xiàn)₆，F(xiàn)₁₀-F₁₂用來描述頻譜聚集或擴散程度的大小，F(xiàn)₅，F(xiàn)₇-F₉用來描述主頻帶位置的變化；

步驟2.2、PCA數(shù)據(jù)降維，具體如下：

步驟2.2.1、數(shù)據(jù)特征共有23個，從軸承的振動信號中提取出m個23維的特征向量作為數(shù)據(jù)樣本集，其中m為樣本集合中的樣本數(shù)，構建m*n的樣本矩陣D_ki如下：

步驟2.2.2、構建23*23的協(xié)方差矩陣C_ij如下：

步驟2.2.3、計算協(xié)方差矩陣C_ij的特征值λ'＝{λ_i,i＝1,2,...,p}，p為降維后的維度，并計算每個特征值對應的特征向量e＝{e_i,i＝1,2,...,n}；

步驟2.2.4、將協(xié)方差矩陣C_ij的n個特征值進行排序，選取靠前的p個特征值對應的特征向量構建m*p的模式矩陣E；

降維后的矩陣F為F＝[E^T×A^T]^T，A是中心化矩陣，該矩陣是由樣本矩陣D_ki的每一維數(shù)據(jù)減去該維均值后得到的數(shù)據(jù)。