[發(fā)明專利]基于稀疏退化建模的設(shè)備性能退化評估方法及系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210163975.0
• 申請日: 2022-02-22
• 公開（公告）號: CN114528707A
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 嚴(yán)彤彤;王冬;彭志科
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F17/14;G06F17/15;G06F17/16;G06F111/04;G06F119/04
• 代理公司: 上海漢聲知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31236
• 代理人: 胡晶

1.一種基于稀疏退化建模的設(shè)備性能退化評估方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟：

步驟S1：以固定的時(shí)間間隔采集振動(dòng)信號的方式，收集設(shè)備全壽命周期的時(shí)域振動(dòng)數(shù)據(jù)矩陣X∈R^N×M，表示如下：

其中，N表示設(shè)備全壽命周期過程中采樣次數(shù)；M表示每次采樣的樣本數(shù)；x_j,·∈R^1×M表示第j次從設(shè)備采集到的振動(dòng)樣本序列，j＝1,2…,N；x_j,k表示第j次采樣中的第k個(gè)樣本點(diǎn)，k＝1,2,…,M；

步驟S2：基于希爾伯特變換和快速傅里葉變換將N次振動(dòng)數(shù)據(jù)序列轉(zhuǎn)化為平方包絡(luò)譜幅值SES∈R^N×M，表示如下：

其中，ses_j,k表示第j次采樣中的第k個(gè)樣本點(diǎn)所對應(yīng)的平方包絡(luò)譜幅值，由x_j,k基于希爾伯特變換和快速傅里葉變換得到；

步驟S3：基于平方包絡(luò)譜幅值融合的全壽命周期健康指數(shù)HI∈R^N×1定義如下：

其中，hi_j(j＝1,2…,N)為第j次采樣時(shí)間點(diǎn)的健康指數(shù)；w∈R^M×1＝[w₁,w₂,…,w_M]′為平方包絡(luò)譜幅值的權(quán)重；w_k(k＝1,2,…,M)為每次采樣中的第k個(gè)平方包絡(luò)譜幅值的權(quán)重；

步驟S4：基于全壽命周期振動(dòng)數(shù)據(jù)的平方包絡(luò)譜幅值矩陣SES，構(gòu)建一種稀疏退化凸優(yōu)化模型自動(dòng)確定平方包絡(luò)譜幅值的權(quán)重w；

步驟S5：根據(jù)步驟S4構(gòu)建的稀疏退化凸優(yōu)化模型求解平方包絡(luò)譜幅值的權(quán)重w；

步驟S6：根據(jù)步驟S3的全壽命周期健康指數(shù)定義計(jì)算HI，對設(shè)備全壽命周期進(jìn)行早期故障檢測和單調(diào)退化評估。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于稀疏退化建模的設(shè)備性能退化評估方法，其特征在于，所述步驟S1中的設(shè)備全壽命周期實(shí)驗(yàn)過程中共采集N次，每次采集M個(gè)振動(dòng)數(shù)據(jù)序列，設(shè)備的全壽命周期振動(dòng)數(shù)據(jù)矩陣X∈R^N×M表示如下：

其中，N表示設(shè)備全壽命周期過程中采樣次數(shù)；M表示每次采樣的樣本數(shù)；x_j,·∈R^1×M表示第j次從設(shè)備采集到的振動(dòng)樣本序列，j＝1,2…,N；x_j,k表示第j次采樣中的第k個(gè)樣本點(diǎn)，k＝1,2,…,M。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于稀疏退化建模的設(shè)備性能退化評估方法，其特征在于，所述步驟S2包括如下步驟：

步驟S2.1：首先利用希爾伯特變換運(yùn)算，將N次的振動(dòng)數(shù)據(jù)序列轉(zhuǎn)化為解析信號矩陣E∈R^N×M表示如下：

其中，|·|表示復(fù)數(shù)取模符號；X∈R^N×M表示設(shè)備全壽命周期的時(shí)域振動(dòng)數(shù)據(jù)矩陣；x_j，·∈R^1×M(j＝1,2…,N)表示第j次從設(shè)備采集到的振動(dòng)樣本序列；e_j,k表示第j次采樣中的第k個(gè)樣本點(diǎn)所對應(yīng)的解析信號；hilbert(·)表示希爾伯特變換運(yùn)算，具體運(yùn)算公式如下：

由上式可知，希爾伯特變換運(yùn)算的本質(zhì)是將原始信號x(t)與1/πt之間進(jìn)行卷積；

步驟S2.2：計(jì)算設(shè)備的全壽命周期振動(dòng)數(shù)據(jù)的解析信號E的平方包絡(luò)幅值矩陣SE∈R^N×M如下：

其中，se_j,k表示第j次采樣中的第k個(gè)樣本點(diǎn)所對應(yīng)的平方包絡(luò)幅值，由e_j,k取幅值平方得到；

步驟S2.3：基于快速傅里葉變換，計(jì)算設(shè)備的全壽命周期振動(dòng)數(shù)據(jù)的平方包絡(luò)譜幅值矩陣SES∈R^N×M如下：

其中，ses_j,k表示第j次采樣中的第k個(gè)樣本點(diǎn)所對應(yīng)的平方包絡(luò)譜幅值，由se_j,k開展快速傅里葉變換得到。