[發(fā)明專(zhuān)利]基于特征融合等勢(shì)星球圖的故障信號(hào)診斷方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110216100.8
• 申請(qǐng)日: 2021-02-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113029567A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-06-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李靖超;王瑞;應(yīng)雨龍;張斌
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 上海電機(jī)學(xué)院
• 主分類(lèi)號(hào): G01M13/045
• 分類(lèi)號(hào): G01M13/045
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31227
• 代理人: 李慶

1.一種基于特征融合等勢(shì)星球圖的故障信號(hào)診斷方法，包括步驟：

S1：分別提取一軸承的正常信號(hào)和故障信號(hào)的近似熵；

S2：分別提取所述正常信號(hào)和所述故障信號(hào)的排列熵；

S3：將提取到的所述近似熵和所述排列熵映射為二維圖像，分別作為橫坐標(biāo)軸和縱坐標(biāo)軸；

S4：對(duì)映射后的所述二維圖像進(jìn)行點(diǎn)密度計(jì)算并著色生成對(duì)應(yīng)的等勢(shì)星球圖；

S5：使用深度學(xué)習(xí)PCANet網(wǎng)絡(luò)對(duì)所述故障信號(hào)進(jìn)行分類(lèi)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于特征融合等勢(shì)星球圖的故障信號(hào)診斷方法，其特征在于，所述近似熵滿足公式：

ApEn(m，r)＝φ^m(r)-φ^m+1(r) (1)；

其中ApEn(m，r)表示近似熵，m為預(yù)先選定的模式維數(shù)，r為預(yù)先選定的相似容限，φ^m(r)表示m維模式在相似容限r(nóng)意義下的相互近似概率對(duì)數(shù)的平均值；

所述近似熵的計(jì)算包括步驟：

S11：設(shè)存在一個(gè)以等時(shí)間間隔采樣獲得的N維的時(shí)間序列u(1)，u(2)，…u(N)，重構(gòu)m維向量X(1)，X(2)，…X(N-m+1)，X(i)＝[u(i)，u(i+1)，…u(i+m-1)]，其中1≤i≤N-m+1；

S12：對(duì)每一個(gè)i值計(jì)算矢量X(i)與其余矢量X(j)之間的距離d[X(i)，X(j)：

d[X(i)，X(j)＝max_k＝0～m-1|u(i+k)-u(j+k)| (2)；

S13：給定閾值r(r＞0)，對(duì)每一個(gè)i值統(tǒng)計(jì)d[X(i)，X(j)＜r的數(shù)目及此數(shù)目與總的矢量個(gè)數(shù)N-m+1的比值，記為

S14：將取對(duì)數(shù)，再求其對(duì)所有i的平均值，記為φ^m(r)：

S15：根據(jù)公式(1)計(jì)算獲得所述近似熵。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于特征融合等勢(shì)星球圖的故障信號(hào)診斷方法，其特征在于，所述排列熵滿足公式：

其中H_P(m)表示時(shí)間序列X(i)的k種不同符號(hào)序列的排列熵，P_j為每一種符號(hào)序列出現(xiàn)的概率；

所述排列熵的計(jì)算步驟包括：

S21：設(shè)一時(shí)間序列X(i)，其中i＝1，2…n，對(duì)其進(jìn)行相空間重構(gòu)，得到重構(gòu)矩陣：

其中：m為嵌入維數(shù)，τ為延時(shí)時(shí)間，K為矩陣的行數(shù)，K作為重構(gòu)分量的個(gè)數(shù)；

S22：將所述重構(gòu)矩陣中的第j個(gè)重構(gòu)分量，按照數(shù)值大小重新進(jìn)行升序排列，x(i+(j₁-1)τ)≤…≤x(i+(j_m-1)τ)；

S23：計(jì)算X(i)發(fā)生的概率P_j；

S24：根據(jù)公式(5)計(jì)算所述排列熵。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于特征融合等勢(shì)星球圖的故障信號(hào)診斷方法，其特征在于，所述S3步驟中，將所述近似熵和所述排列熵分別作為橫坐標(biāo)軸和縱坐標(biāo)軸映射為二維圖像；生成融合熵特征二維圖像，將所述軸承的所述正常信號(hào)和所述故障信號(hào)的特征信號(hào)轉(zhuǎn)換為圖像。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于特征融合等勢(shì)星球圖的故障信號(hào)診斷方法，其特征在于，所述S4步驟中，根據(jù)公式(6)進(jìn)行所述點(diǎn)密度計(jì)算：

其中，v和t表示數(shù)據(jù)點(diǎn)的二維坐標(biāo)軸，w和h表示窗函數(shù)的二維坐標(biāo)軸；x₁表示數(shù)據(jù)點(diǎn)橫坐標(biāo)起始值，x₂表示數(shù)據(jù)點(diǎn)橫坐標(biāo)終止值，y₁表示數(shù)據(jù)點(diǎn)縱坐標(biāo)起始值，y₂表示數(shù)據(jù)點(diǎn)縱坐標(biāo)終止值，W₀表示數(shù)據(jù)點(diǎn)為中心窗函數(shù)橫坐標(biāo)起始值，W₁表示數(shù)據(jù)點(diǎn)為中心窗函數(shù)橫坐標(biāo)終止值，H₀表示數(shù)據(jù)點(diǎn)為中心窗函數(shù)縱坐標(biāo)起始值，H₁表示數(shù)據(jù)點(diǎn)為中心窗函數(shù)橫坐標(biāo)終止值，dots(v，t)表示對(duì)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行微分計(jì)算。