[發明專利]一種半潛船主推進系統半監督故障診斷方法

有效

• 申請號: 202011639968.0
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112706901B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發明（設計）人: 洪曉斌;張斌
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: B63B79/10
• 分類號: B63B79/10;B63B79/30
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍;江裕強

1.一種半潛船主推進系統半監督故障診斷方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、利用不同傳感器實時監測半潛船主推進系統的狀態信號，獲取多傳感器監測信號數據；

S2、利用卷積編碼網絡對多傳感器監測信號進行重構降維，實現不同傳感器監測信號維度對齊；

S3、利用變分自編碼網絡對多傳感器監測信號進行概率重構，將重構誤差作為當前半潛船主推進系統整體運行狀態的故障程度指標，當故障程度指標大于所設閾值時視為故障狀態。

2.根據權利要求1所述的一種半潛船主推進系統半監督故障診斷方法，其特征在于，步驟S1中，實時監測的半潛船主推進系統的狀態信號包括推進電機的振動加速度信號、減速齒輪箱的振動加速度信號、長軸系的轉速信號、推進電機的溫度信號、減速齒輪箱的溫度信號、減速齒輪箱的油壓信號、推進電機輸入及輸出的電壓、電流信號；獲取的多傳感器監測信號需要進行濾波降噪的信號預處理，隨后將其退化特征數據集作為變分自編碼網絡的輸入用以故障識別，將輸入信號的網絡重構誤差作為當前半潛船主推進系統整體運行狀態的故障程度指標。

3.根據權利要求2所述的一種半潛船主推進系統半監督故障診斷方法，其特征在于，振動加速度信號利用三向加速度傳感器分別在減速齒輪箱和推進電機的殼體、基座、電機圓柱體表面、減速齒輪箱軸承座位置獲取，溫度信號通過非接觸式紅外測溫傳感器獲取，推進電機輸入及輸出的電信號通過電流電壓傳感器獲取，長軸系轉速信號通過編碼器方式進行采集。

4.根據權利要求2所述的一種半潛船主推進系統半監督故障診斷方法，其特征在于，對獲取的多傳感器監測信號進行信號預處理，具體如下：

通過三層小波濾波對監測信號進行降噪處理，母小波采用morlet小波，降噪之后將所有信號歸一化至[-1,1]。

5.根據權利要求1所述的一種半潛船主推進系統半監督故障診斷方法，其特征在于，步驟S2中，通過卷積編碼網絡對不同傳感器信號采集的半潛船推進系統監測信號分別進行重構降維；卷積編碼網絡的最后一層卷積只使用一個卷積核，并在卷積之后加入全連接層，全連接層的單元節點數設置為R_d；在隱層表示中，所有傳感器的信號維度被壓縮為R_d，使得不同信號的維度對齊。

6.根據權利要求5所述的一種半潛船主推進系統半監督故障診斷方法，其特征在于，為了便于后續可視化特征分析，卷積過程需要保留各類傳感器監測信號的變化趨勢；卷積過程采用Relu函數保留不同傳感器信號的基本波形特征：

其中，Y_i為激活之后的單元節點值，X_i為上一層單元節點值的加權和。

7.根據權利要求6所述的一種半潛船主推進系統半監督故障診斷方法，其特征在于，步驟S3中，通過具有多個隱藏層的變分自編碼網絡獲取半潛船主推進系統當前狀態故障程度指標，具體如下：

設定異常判定閾值α，然后通過變分自編碼網絡獲取正常狀態數據隱變量分布的均值和方差，并通過N(0,1)采樣獲得隨機數ε，把隨機數ε聯合隱變量分布參數求取隱變量z，最后利用解碼器將隱變量重構成原始輸入，并將重構誤差作為半潛船主推進系統當前狀態故障程度指標。

8.根據權利要求7所述的一種半潛船主推進系統半監督故障診斷方法，其特征在于，所述具有多個隱藏層的變分自編碼網絡通過重構誤差和KL散度正則化損失聯合訓練防止數據的過擬合。

9.根據權利要求7所述的一種半潛船主推進系統半監督故障診斷方法，其特征在于，采用均方誤差函數和Adam優化器對變分自編碼網絡進行參數更新，參數更新的學習率設置為0.001。

10.根據權利要求1～9任一項所述的一種半潛船主推進系統半監督故障診斷方法，其特征在于，在測試階段，將半潛船推進系統監測到的測試信號經過變分自編碼網絡的重構誤差作為故障程度指標，當故障程度指標大于所定閾值時可判定當前主推進系統處于異常狀態。