專利名稱：一種面向機(jī)電裝備的遠(yuǎn)程動(dòng)態(tài)自適應(yīng)規(guī)則獲取方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種遠(yuǎn)程動(dòng)態(tài)自適應(yīng)規(guī)則庫獲取方法，特別是關(guān)于ー種面向機(jī)電裝備的遠(yuǎn)程動(dòng)態(tài)自適應(yīng)規(guī)則獲取方法。
背景技術(shù)：
以大型、高速、精密、多復(fù)合為主題的數(shù)控機(jī)床等機(jī)電裝備已經(jīng)成為我國制造業(yè)的主要加工設(shè)備。隨著制造業(yè)的發(fā)展迅速，數(shù)控設(shè)備機(jī)械結(jié)構(gòu)也隨之變得越來越復(fù)雜，并且集成化、精密化和智能化程度越來越高。這就使設(shè)備在加工過程中發(fā)生 精度退化、機(jī)械故障等可能性隨之増大，同時(shí)由于機(jī)床在加工過程中加工參數(shù)和加工エ況的不定性以及機(jī)床周圍環(huán)境的影響，使機(jī)床故障診斷面臨著更大的挑戰(zhàn)。由此引起的生產(chǎn)停機(jī)帶來的損失也將更加巨大。因此，機(jī)電裝備的故障診斷和故障預(yù)測成為機(jī)電裝備加工過程中的重要組成部分，是制約機(jī)電裝備發(fā)揮作用的主要因素之一。目前，大部分的機(jī)電裝備已經(jīng)具備了一定的自診斷功能，實(shí)現(xiàn)了機(jī)電裝備電氣系統(tǒng)和數(shù)控裝置系統(tǒng)的故障報(bào)警及排除，但是對(duì)于機(jī)電裝備的機(jī)械類故障則往往不能得到診斷。作為機(jī)電裝備的終端用戶，由于制造企業(yè)的維護(hù)能力有限，因此迫切需要為機(jī)電裝備提供一種有效地遠(yuǎn)程故障診斷功能。由于機(jī)電裝備在制造加工過程中存在大量的不確定性信息，運(yùn)用傳統(tǒng)的小波變換、短時(shí)傅里葉變換等方法進(jìn)行信息局部分析已經(jīng)存在很大的非適應(yīng)性，會(huì)造成信號(hào)能量的丟失，一系列的分解結(jié)果也將會(huì)使信號(hào)失去本身原有的物理意義。因此提供ー種快速、準(zhǔn)確、有效的信號(hào)處理方法是建立故障規(guī)則庫的有力手段。同時(shí)由于這些不確定性數(shù)據(jù)缺乏統(tǒng)ー的描述和存儲(chǔ)，造成遠(yuǎn)程監(jiān)測診斷系統(tǒng)無法對(duì)其進(jìn)行梳理和應(yīng)用，從而不能較好地支持機(jī)床加工系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行。因此通過建立遠(yuǎn)程動(dòng)態(tài)自適應(yīng)規(guī)則獲取和智能故障診斷系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)及時(shí)、準(zhǔn)確地預(yù)防和診斷設(shè)備故障是解決這ー問題的有效手段。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種能有效消除信號(hào)分解的冗余信息，有效提高故障預(yù)測診斷速度的面向機(jī)電裝備的遠(yuǎn)程動(dòng)態(tài)自適應(yīng)規(guī)則獲取方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種面向機(jī)電裝備的遠(yuǎn)程動(dòng)態(tài)自適應(yīng)規(guī)則獲取方法，其步驟如下(I)利用傳感器群對(duì)面向機(jī)電裝備典型功能部件在不同エ況下進(jìn)行監(jiān)測，采集到各個(gè)功能部件的狀態(tài)信號(hào)；(2)將采集到的各個(gè)狀態(tài)信號(hào)通過遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)在線上傳至遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)系統(tǒng)中，利用遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊，將采集到的各狀態(tài)信號(hào)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換成統(tǒng)ー的數(shù)據(jù)格式存儲(chǔ)；(3)將各狀態(tài)信號(hào)數(shù)據(jù)傳輸至遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的故障診斷模塊，采用變尺度經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解方法得到表征各個(gè)狀態(tài)信號(hào)特征的本征模態(tài)函數(shù)，再對(duì)各個(gè)本征模態(tài)函數(shù)分別做Hilbert變換獲得相應(yīng)的瞬時(shí)頻率；(4)將得到的各個(gè)狀態(tài)信號(hào)的瞬時(shí)頻率作為條件屬性構(gòu)建遠(yuǎn)程故障診斷知識(shí)庫系統(tǒng)，采用粗糙集方法對(duì)遠(yuǎn)程故障診斷知識(shí)庫系統(tǒng)進(jìn)行屬性約簡和規(guī)則獲取，并將所有獲取的規(guī)則構(gòu)成規(guī)則庫，并通過遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)傳輸至機(jī)床故障診斷與預(yù)測服務(wù)平臺(tái)；(5)機(jī)床故障診斷與預(yù)測服務(wù)平臺(tái)采用動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)度方法對(duì)獲取的規(guī)則庫進(jìn)行動(dòng)態(tài)自適應(yīng)優(yōu)化更新，以置信度作為規(guī)則的評(píng)價(jià)。所述步驟(3)中，所述變尺度經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解方法中的特征尺度參數(shù)為信號(hào)相鄰的兩個(gè)極值點(diǎn)的時(shí)間跨度ts，則所述變尺度經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解方法如下①假定x(t)為采集到的狀態(tài)信號(hào)中的電流信號(hào)，記電流信號(hào)X(t)的極大值點(diǎn)和極小值點(diǎn)分別為hi(t)和IiW1I=O, I, 2，…，n ;i為迭代次數(shù)；②對(duì)電流信號(hào)x(t)進(jìn)行迭代，再進(jìn)行篩選得到信號(hào)r(t) ;(D令rjt)為電流信號(hào)x(t)的第i次迭代篩選后的信號(hào)，初始化rjt) =x(t) ； 根據(jù)本征模態(tài)函數(shù)條件，判斷信號(hào)A (t)是否為本征模態(tài)函數(shù)如果ri(t)符合本征模態(tài)函數(shù)條件，則為一分段本征模態(tài)函數(shù)，進(jìn)入步驟⑦；否則，從rjt)的起始點(diǎn)出發(fā)，依次獲取rjt)的極大值點(diǎn)h/ (t)，并判斷相鄰兩個(gè)極大值點(diǎn)間的時(shí)間跨度ts是否滿足t為極大值點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)間，若滿足則記下該極大值點(diǎn)；否則放棄該點(diǎn)；依次進(jìn)行，獲得多段滿足ts彡2h的分段信號(hào)極大值點(diǎn)h/⑴；同理獲得多段滿足ts彡2h的分段信號(hào)極小值點(diǎn)Γ i (t)，進(jìn)入步驟⑤； 分別對(duì)a (t)的極大值點(diǎn)h/ (t)和極小值點(diǎn)Γ i (t)進(jìn)行三次樣條插值擬合，求上、下包絡(luò)線，并計(jì)算包絡(luò)線的均值曲線IV1 (t)
權(quán)利要求
1.一種面向機(jī)電裝備的遠(yuǎn)程動(dòng)態(tài)自適應(yīng)規(guī)則獲取方法，其步驟如下 (1)利用傳感器群對(duì)面向機(jī)電裝備典型功能部件在不同工況下進(jìn)行監(jiān)測，采集到各個(gè)功能部件的狀態(tài)信號(hào)； (2)將采集到的各個(gè)狀態(tài)信號(hào)通過遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)在線上傳至遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)系統(tǒng)中，利用遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊，將采集到的各狀態(tài)信號(hào)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式存儲(chǔ)； (3)將各狀態(tài)信號(hào)數(shù)據(jù)傳輸至遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的故障診斷模塊，采用變尺度經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解方法得到表征各個(gè)狀態(tài)信號(hào)特征的本征模態(tài)函數(shù)，再對(duì)各個(gè)本征模態(tài)函數(shù)分別做Hilbert變換獲得相應(yīng)的瞬時(shí)頻率； (4)將得到的各個(gè)狀態(tài)信號(hào)的瞬時(shí)頻率作為條件屬性構(gòu)建遠(yuǎn)程故障診斷知識(shí)庫系統(tǒng)，采用粗糙集方法對(duì)遠(yuǎn)程故障診斷知識(shí)庫系統(tǒng)進(jìn)行屬性約簡和規(guī)則獲取，并將所有獲取的規(guī) 則構(gòu)成規(guī)則庫，并通過遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)傳輸至機(jī)床故障診斷與預(yù)測服務(wù)平臺(tái)； (5)機(jī)床故障診斷與預(yù)測服務(wù)平臺(tái)采用動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)度方法對(duì)獲取的規(guī)則庫進(jìn)行動(dòng)態(tài)自適應(yīng)優(yōu)化更新，以置信度作為規(guī)則的評(píng)價(jià)。
2.如權(quán)利要求I所述的一種面向機(jī)電裝備的遠(yuǎn)程動(dòng)態(tài)自適應(yīng)規(guī)則獲取方法，其特征在于所述步驟(3)中，所述變尺度經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解方法中的特征尺度參數(shù)為信號(hào)相鄰的兩個(gè)極值點(diǎn)的時(shí)間跨度ts，則所述變尺度經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解方法如下 ①假定x(t)為采集到的狀態(tài)信號(hào)中的電流信號(hào)，記電流信號(hào)x(t)的極大值點(diǎn)和極小值點(diǎn)分別為hi(t)和Ii (t), i=0, I, 2,, n ；i為迭代次數(shù)； ②對(duì)電流信號(hào)x(t)進(jìn)行迭代，再進(jìn)行篩選得到信號(hào)r(t)； ③令ri(t)為電流信號(hào)x(t)的第i次迭代篩選后的信號(hào)，初始化a(t)=x(t)； ④根據(jù)本征模態(tài)函數(shù)條件，判斷信號(hào)A(t)是否為本征模態(tài)函數(shù)如果(t)符合本征模態(tài)函數(shù)條件，則為一分段本征模態(tài)函數(shù)，進(jìn)入步驟⑦；否則，從ri(t)的起始點(diǎn)出發(fā)，依次獲取ri(t)的極大值點(diǎn)h/ (t)，并判斷相鄰兩個(gè)極大值點(diǎn)間的時(shí)間跨度&是否滿足ts ( 2't, t為極大值點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)間，若滿足則記下該極大值點(diǎn)；否則放棄該點(diǎn)；依次進(jìn)行，獲得多段滿足ts ( 2h的分段信號(hào)極大值點(diǎn)h/ (t);同理獲得多段滿足ts ( 的分段信號(hào)極小值點(diǎn)r i(t)，進(jìn)入步驟⑤； ⑤分別對(duì)A(t)的極大值點(diǎn)hi’ (t)和極小值點(diǎn)r i(t)進(jìn)行三次樣條插值擬合，求上、下包絡(luò)線，并計(jì)算包絡(luò)線的均值曲線IV1⑴ ⑥由均值曲線HV1(t)進(jìn)行篩選計(jì)算，即rjt) =, i=i+l,返回步驟④,重新進(jìn)行判斷是否為本征模態(tài)函數(shù)； ⑦輸出本征模態(tài)函數(shù)IMF(j)=ri(t)，其中j表示本征模態(tài)函數(shù)的序號(hào)。
3.如權(quán)利要求I或2所述的一種面向機(jī)電裝備的遠(yuǎn)程動(dòng)態(tài)自適應(yīng)規(guī)則獲取方法，其特征在于所述步驟(5)中，采用所述動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)度方法對(duì)獲取的規(guī)則庫進(jìn)行動(dòng)態(tài)自適應(yīng)優(yōu)化更新的步驟如下 ①由狀態(tài)信號(hào)經(jīng)過步驟(3)得到的瞬時(shí)頻率作為條件屬性，建立初始決策信息表IS =(U，A，V，f);其中U= {Xl, x2,…，xn}為對(duì)象的非空有限集合，A為包括條件屬性和決策屬性的全集，V表示信息值域；f = {fa |fa :U-VJ表示決策表的信息函數(shù)，fa為屬性a的信息函數(shù)，a為條件屬性中的一個(gè)簡單屬性； ②將初始決策信息表IS中的信息進(jìn)行動(dòng)態(tài)層次聚類離散化處理，得到離散化后的決策信息表IS’ ； ③判斷決策信息表IS’的相容性，刪除不一致或者重復(fù)的數(shù)據(jù)信息； ④求決策信息表IS’中條件屬性相對(duì)于決策屬性的核R:對(duì)任意a GA，若a滿足IND(A-{a })古IND(A)，則稱a為A中的必要條件屬性，所有A中必要的屬性組成的集合記為核R，即R = H RED (A)； ⑤如果核R滿足關(guān)系式IND(R)= IND(A)，則輸出最小的約簡集合，此約簡集合就是所要的最終診斷規(guī)則表； ⑥如果IND(R)幸IND (A)，則要計(jì)算條件屬性中每個(gè)a的協(xié)調(diào)度CON( a )，然后去掉最大協(xié)調(diào)度中的條件屬性，使得核R = R U !>}，再返回步驟⑤重復(fù)計(jì)算，直到得到最小約簡集合為止；最后將剩下的條件屬性與決策屬性D構(gòu)成故障診斷知識(shí)規(guī)則庫。
4.如權(quán)利要求3所述的一種面向機(jī)電裝備的遠(yuǎn)程動(dòng)態(tài)自適應(yīng)規(guī)則獲取方法，其特征在于所述步驟⑥中，所述條件屬性中的簡單屬性a的協(xié)調(diào)度CON(a)為
全文摘要
本發(fā)明涉及一種面向機(jī)電裝備的遠(yuǎn)程動(dòng)態(tài)自適應(yīng)規(guī)則獲取方法，其步驟為(1)利用傳感器群采集面向機(jī)電裝備各個(gè)功能部件的狀態(tài)信號(hào)；(2)將各個(gè)狀態(tài)信號(hào)通過遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)在線上傳至遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)系統(tǒng)中，并將各狀態(tài)信號(hào)轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式存儲(chǔ)；(3)將各狀態(tài)信號(hào)數(shù)據(jù)傳輸至遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的故障診斷模塊，采用變尺度經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解方法得到表征各個(gè)狀態(tài)信號(hào)特征的本征模態(tài)函數(shù)，再對(duì)各個(gè)本征模態(tài)函數(shù)分別做Hilbert變換獲得相應(yīng)的瞬時(shí)頻率；(4)構(gòu)建遠(yuǎn)程故障診斷知識(shí)庫系統(tǒng)，獲取規(guī)則構(gòu)成規(guī)則庫，通過遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)傳輸至機(jī)床故障診斷與預(yù)測服務(wù)平臺(tái)；(5)機(jī)床故障診斷與預(yù)測服務(wù)平臺(tái)采用動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)度方法對(duì)獲取的規(guī)則庫進(jìn)行動(dòng)態(tài)自適應(yīng)優(yōu)化更新，并以置信度作為規(guī)則的評(píng)價(jià)。
文檔編號(hào)G05B19/406GK102736561SQ20121023885
公開日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2012年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月10日
發(fā)明者任彬, 左云波, 徐小力, 王紅軍 申請(qǐng)人:北京信息科技大學(xué)