[發(fā)明專利]基于支持向量機(jī)模型的小樣本機(jī)械剩余壽命預(yù)測方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110783436.2
• 申請日: 2021-07-12
• 公開（公告）號: CN113408076A
• 公開（公告）日: 2021-09-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃賢振;王樹鳳;李禹雄;丁鵬飛
• 申請（專利權(quán)）人: 揚(yáng)州力創(chuàng)機(jī)床有限公司
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/27;G06K9/62;G06N3/00;G06N20/10;G06F111/06;G06F111/08;G06F119/02
• 代理公司: 南京蘇科專利代理有限責(zé)任公司 32102
• 代理人: 任利國

1.一種基于支持向量機(jī)模型的小樣本機(jī)械剩余壽命預(yù)測方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1、分析機(jī)械產(chǎn)品的運(yùn)行信號數(shù)據(jù)，從中選取若干趨勢明顯的測量變量作為描述機(jī)械退化過程的特征量，得到各特征量的特征值；

步驟2、對選中的特征值進(jìn)行預(yù)處理：采用巴特沃斯濾波器算法對每個機(jī)械退化過程的特征量進(jìn)行平滑處理，降低隨機(jī)噪聲；通過歸一化方法使特征量的特征值映射到相同的范圍內(nèi)，便于對支持向量機(jī)模型進(jìn)行訓(xùn)練；

步驟3、將現(xiàn)有數(shù)據(jù)中各個時間點(diǎn)的機(jī)械剩余壽命轉(zhuǎn)化為剩余壽命占全壽命的比例，使其歸一化到[0，1]的范圍內(nèi)；

步驟4、根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)的規(guī)模和特征，劃分多個訓(xùn)練集和驗(yàn)證集的組合，每一種組合對應(yīng)一個支持向量機(jī)模型；

步驟5、訓(xùn)練各支持向量機(jī)模型；

步驟6、采用各支持向量機(jī)模型進(jìn)行在線剩余壽命預(yù)測。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于支持向量機(jī)模型的小樣本機(jī)械剩余壽命預(yù)測方法，其特征在于，步驟2中所述的采用巴特沃斯濾波器算法對每個機(jī)械退化過程的特征量進(jìn)行平滑處理的具體過程為：將原有的特征量進(jìn)行濾波化處理，公式如下：

式中：n表示濾波階數(shù)；ω_c表示截止頻率；G₀表示零頻率下的收益，頻率高于截止頻率的分量將被過濾，而低于截止頻率的分量將被保留。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于支持向量機(jī)模型的小樣本機(jī)械剩余壽命預(yù)測方法，其特征在于，步驟3中歸一化處理所依據(jù)的公式如下：

y＝(y_max-y_min)(x-x_min)/(x_max-x_min)+y_min，

式中：y是歸一化的結(jié)果；x為原始數(shù)據(jù)值；y_max和y_min分別為需要?dú)w一化的范圍上下界；x_max和x_min為原始數(shù)據(jù)值的上下界。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于支持向量機(jī)模型的小樣本機(jī)械剩余壽命預(yù)測方法，其特征在于，步驟5具體包括如下步驟：

步驟5-1、將預(yù)處理后的特征值作為模型的輸入量θ，將剩余壽命占全壽命的比例也作為模型的輸出量R；

步驟5-2、設(shè)置多指標(biāo)的優(yōu)化目標(biāo)，使優(yōu)化方向涵蓋支持向量機(jī)的預(yù)測精度和擬合速度；

步驟5-3、采用人工蜂群優(yōu)化算法對每個單獨(dú)的支持向量機(jī)進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，獲得回歸和預(yù)測效果最優(yōu)的模型參數(shù)；

步驟5-4、通過測試集的數(shù)據(jù)來驗(yàn)證每個模型的有效性。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于支持向量機(jī)模型的小樣本機(jī)械剩余壽命預(yù)測方法，其特征在于：步驟5-1中所述的輸入量θ＝[θ¹，θ²，...，θ^N]，其中N為特征量的個數(shù)，為包含K個數(shù)據(jù)的第j個特征量；輸出量R＝[r₁,r₂,L,r_K]/T，其中，r_i為時間點(diǎn)t_i時機(jī)械的剩余壽命，T為機(jī)械的總壽命。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于支持向量機(jī)模型的小樣本機(jī)械剩余壽命預(yù)測方法，其特征在于，步驟5-2中所述設(shè)置多指標(biāo)的優(yōu)化目標(biāo)，目標(biāo)參數(shù)如下：式中，mse為回歸效果的均方誤差，假設(shè)訓(xùn)練集中實(shí)際值與回歸結(jié)果分別為λ和則mse的計(jì)算公式為：d代表描述驗(yàn)證集預(yù)測效果的誤差指標(biāo)，v則為相應(yīng)權(quán)重。