[發(fā)明專利]基于比例閥軸控器的故障診斷及測試方法

在審

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• 申請日: 2021-03-25
• 公開（公告）號: CN113076982A
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發(fā)明（設計）人: 孫家慶;趙旭東;王俊霞;翟麗娟;韓寧;黃璞
• 申請（專利權）人: 南京晨光集團有限責任公司
• 主分類號: G06K9/62
• 分類號: G06K9/62;G06K9/00
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 陳鵬

本發(fā)明公開了一種基于比例閥軸控器的故障診斷及測試方法，包括：采集不同類型比例閥在不同狀態(tài)下的測試數(shù)據(jù)；提取比例閥測試數(shù)據(jù)慢特征：比例閥測試數(shù)據(jù)新標定的慢特征生成多個訓練樣本子集；為不同類型的比例閥訓練不同的隨機森林模型；比例閥軸控制器故障診斷:在確定比例閥型號后，將待測的比例閥數(shù)據(jù)慢特征輸入到對應型號的隨機森林模型中，并輸出比例閥故障類型標簽；在線優(yōu)化隨機森林模型。本發(fā)明結合比例閥流量特性實驗、比例閥閾值特性實驗和比例閥壓力增益實驗經(jīng)特征融合后對比例閥軸控制器故障進行判別，故障識別率比單一實驗的比例閥軸控制器故障識別精度高。

技術領域

本發(fā)明涉及比例閥故障診斷領域，特別是一種基于比例閥軸控器的故障診斷及測試方法。

背景技術

比例閥在冶金、航空航天、船舶、武器裝備以及石化等領域有著廣泛應用，比例閥軸控制器故障識別是比例閥領域的一個重要方向，比例閥軸控器一旦發(fā)生故障將會產(chǎn)生不可估量的損失，因此提高比例閥軸控器是比例閥領域的研究熱點。比例閥軸控器檢測問題的本質是比例閥軸控器故障模式識別問題，其中數(shù)據(jù)的特征提取和分類模型的設計是模式識別的重點。

通常情況下，比例閥軸控器的故障類型分為：正常狀態(tài)、電磁鐵線圈老化、比例閥銜鐵、導磁套磨損、比例電磁鐵失效、閥芯卡死、一端對中彈簧斷裂、一端對中彈簧內有雜物、閥芯磨損嚴重。由于比例閥的種類較多，影響比例閥發(fā)生故障的不確定因素也有很多，因此對于比例閥軸控制器的故障診斷模型需要很強的泛化能力。同時，比例閥軸控制器的實驗數(shù)據(jù)有限，在小樣本的情況下，比例閥軸控制器的故障分類極易產(chǎn)生過擬合現(xiàn)象。

隨機森林算法(Random Forests)是一個包含多個決策樹分類器的集成學習方法，與傳統(tǒng)的決策樹算法相比，具有更強的泛化能力和更好的分類效果，隨機森林算法的產(chǎn)生，隨機森林算法可通過Bagging算法對訓練樣本進行采樣，可以增強模型的泛化能力。

慢特征分析(Slow Feature Analysis,SFA)是一種全新的從輸入的時序信號中提取不變或慢變特征的方法。不變性，或稱緩慢性，表征數(shù)據(jù)的固有性質，在動態(tài)時序信號的分析和分類中都非常有用。它對輸入信號進行非線性擴展，并將主成分分析方法(Principal Component Analysis，PCA)應用于該擴展后的非線性信號及其一階時間導數(shù)，從而提取出一組按不變性從大到小排列的不相關特征。SFA能捕捉系統(tǒng)的本質特性，因而相比于以PCA為代表的傳統(tǒng)方法，它能更好地描述系統(tǒng)，并從時序相關信號中提取出為人所感興趣的重要信息。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于比例閥軸控器的故障診斷及測試方法，解決比例閥的故障診斷問題。

實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術解決方案為：一種基于比例閥軸控器的故障診斷及測試方法，具體步驟如下：

步驟1，采集不同類型比例閥在不同狀態(tài)下的測試數(shù)據(jù)；

步驟2，提取比例閥測試數(shù)據(jù)慢特征：上位機通過慢特征分析算法提取比例閥測試數(shù)據(jù)中慢特征，并通過空間注意力機制對慢特征進行重新標定；

步驟3，比例閥測試數(shù)據(jù)新標定的慢特征生成多個訓練樣本子集：針對不同比例閥不同狀態(tài)的測試數(shù)據(jù)，使用Bagging采樣將步驟2經(jīng)過新標定的比例閥數(shù)據(jù)慢特征樣本采樣生成多個隨機森林訓練樣本子集；

步驟4，為不同類型的比例閥訓練不同的隨機森林模型：將步驟3生成的多個隨機森林訓練樣本子集作為輸入，比例閥不同故障狀態(tài)標簽作為輸出，在每個子集上訓練一個決策樹，并組成隨機森林模型；

步驟5，比例閥軸控制器故障診斷:在確定比例閥型號后，經(jīng)過步驟1至步驟3，將待測的比例閥數(shù)據(jù)慢特征輸入到對應型號的隨機森林模型中，并輸出比例閥故障類型標簽；

步驟6，在線優(yōu)化隨機森林模型：對于比例閥故障錯分的情況，比例閥軸控制器將數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機，在線對現(xiàn)有模型進行優(yōu)化，修改模型參數(shù)。