[發(fā)明專利]基于SVM和GA-SVM支持向量機(jī)的火炮發(fā)射系統(tǒng)故障診斷方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110308567.5
• 申請(qǐng)日: 2021-03-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113063314B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-03-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 葛楊;曹淵;劉琳;劉廣浩;孟祥堯
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號(hào): F41A31/00
• 分類號(hào): F41A31/00;G06K9/62
• 代理公司: 哈爾濱市偉晨專利代理事務(wù)所(普通合伙) 23209
• 代理人: 陳潤(rùn)明

1.基于SVM和GA-SVM支持向量機(jī)的火炮發(fā)射系統(tǒng)故障診斷方法，其特征在于：故障診斷過(guò)程包括結(jié)合SVM支持向量機(jī)來(lái)對(duì)火炮發(fā)射裝置的身管構(gòu)件和開(kāi)關(guān)閉鎖機(jī)構(gòu)進(jìn)行故障監(jiān)測(cè)；以及通過(guò)多分類器將故障區(qū)進(jìn)行故障監(jiān)測(cè)；

算法過(guò)程包括遺傳算法GA優(yōu)化部分和SVM支持向量機(jī)分類部分，具體方法步驟如下：

步驟一，進(jìn)行擊發(fā)數(shù)據(jù)輸入與預(yù)處理；

數(shù)據(jù)輸入，包括身管構(gòu)件故障和開(kāi)關(guān)閉鎖機(jī)構(gòu)故障；

所述的身管構(gòu)件故障包括身管裂紋故障、內(nèi)膛磨損故障和身管變形故障的數(shù)據(jù)；其中身管裂紋故障數(shù)據(jù)包括射速、火炮發(fā)射裝置擊發(fā)次數(shù)和應(yīng)力強(qiáng)度因子；內(nèi)膛磨損故障數(shù)據(jù)包括彈丸運(yùn)動(dòng)的速度和身管的溫度；身管變形故障數(shù)據(jù)包括炮口振動(dòng)和身管支撐位置的橫向位移；

所述的開(kāi)關(guān)閉鎖機(jī)構(gòu)故障，包括摩擦片磨損過(guò)度故障數(shù)據(jù)和開(kāi)關(guān)閉鎖機(jī)構(gòu)變形故障數(shù)據(jù)；其中摩擦片磨損過(guò)度故障數(shù)據(jù)包括火炮發(fā)射裝置射速和火炮發(fā)射裝置擊發(fā)次數(shù)；開(kāi)關(guān)閉鎖機(jī)構(gòu)變形故障數(shù)據(jù)包括后坐力和貼膛阻力；

步驟二，對(duì)火炮故障診斷并確定SVM分類器模型；

在步驟二中，模型確定是指將步驟一獲得的數(shù)據(jù)整合成參數(shù)組進(jìn)行故障監(jiān)測(cè)；首先通過(guò)前期獲取100組火炮發(fā)射裝置數(shù)據(jù)作為實(shí)際測(cè)試參數(shù)，然后對(duì)參數(shù)進(jìn)行整理后形成80組訓(xùn)練組和20組預(yù)測(cè)組，進(jìn)行SVM故障監(jiān)測(cè)；

所述的SVM分類器用超平面和核函數(shù)的方式進(jìn)行線性或者非線性分類，通過(guò)對(duì)樣本的訓(xùn)練，SVM分類器通過(guò)自身學(xué)習(xí)與訓(xùn)練，得到一個(gè)能將樣本二元分類的分類器，并收集各種故障對(duì)應(yīng)的參數(shù)進(jìn)行多類別分類；

所述的SVM分類器，其多類別分類過(guò)程為：將參數(shù)分為類別1和類別2兩個(gè)類別；設(shè)置第一個(gè)分類器，類別1代表故障1，類別2代表非故障1；同理設(shè)置第2個(gè)，第3個(gè)分類器，完成多類別分類；

步驟三，初始化超平面方位和位移；

步驟四，通過(guò)所述的遺傳算法GA優(yōu)化部分進(jìn)行超平面位置確定；

步驟五，獲取最優(yōu)核函數(shù)；

步驟六，循環(huán)計(jì)算核函數(shù)誤差，最終輸出火炮故障診斷結(jié)果；

在步驟三中，所述的初始化超平面方位和位移過(guò)程，具體步驟細(xì)化為：

步驟三一，劃分不同故障類別的超平面；

步驟三二，計(jì)算不同故障類型間隔；

步驟三三，計(jì)算不同故障類型的最優(yōu)超平面：

不同故障類型最優(yōu)超平面的模型：

式中：λ_i拉格朗日算子；

f(x)不同故障類型最優(yōu)超平面的方位；

x_i^Tx內(nèi)積運(yùn)算，也可以被稱為不同故障類型核函數(shù)，用K_i(x)表示，b位移，決定了不同故障類別超平面原點(diǎn)之間的距離，y_i代表火炮發(fā)射裝置擊發(fā)參數(shù)樣本被分為哪一類；

步驟三四，計(jì)算反映SVM診斷結(jié)果的參數(shù)；

SVM診斷結(jié)果參數(shù)包括查真率A、精率P、查全率R和衡量指數(shù)F，查真率A和精確率P表示火炮發(fā)射裝置故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)診斷準(zhǔn)確率效果的評(píng)估；查全率R表示火炮發(fā)射裝置故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)診斷覆蓋效果是否全面的評(píng)估，衡量指數(shù)F由精確率P、查全率R求得，可以反映整個(gè)SVM診斷效果；

A＝(TP+TN)/(TP+TN+FP+FN)

P＝TP/(TP+FP)

R＝TP/(TP+FN)

F＝2PR/(R+P)

式中：TP-----實(shí)際故障編號(hào)與SVM檢測(cè)故障編號(hào)相同的組數(shù)；

TN-----實(shí)際非故障編號(hào)與SVM檢測(cè)非故障編號(hào)相同的組數(shù)；

FP-----實(shí)際非故障編號(hào)被SVM檢測(cè)為故障編號(hào)的組數(shù)；

FN-----實(shí)際故障編號(hào)被SVM檢測(cè)為非故障編號(hào)的組數(shù)。