1.一种通过降维方式进行风力发电机故障诊断的方法,包括如下步骤:
第一步,根据风力发电机在不同运行状态下的运行数据,构建原始数据空间,包括:通过至少一种传感器采集风力发电机在不同运行状态下的运行数据;
根据预设周期,从每种传感器采集的运行数据中截取预设长度的运行数据;
对截取的预设长度的运行数据执行归一化处理,得到样本数据X,并基于所述样本数据形成所述原始数据空间;
其中,对运行数据执行归一化处理的表达式如式(1):
其中,N为选取的预设长度的运行数据的数目,也为得到的样本数据的组数;X为归一化后得到的样本数据的集合,以矩阵集合的方式表示,X={x1,x2,...,xN};i为大于或者等于1且小于或者等于N的整数;xi表示第i个预设长度的运行数据;
第二步,按照式(2)找到与所述原始数据空间中任一样本数据距离最小的K组样本数据,确定为该样本数据的K近邻样本数据,K为大于零且小于样本数据总数N的整数:其中,dist(xi,xj)表示所述原始数据空间任意两组样本数据间的距离,xik和xjk分别表示所述原始数据空间中的样本数据xi和xj的第k个特征,k表示任一样本数据对应的特征,k为大于或者等于1且小于或者等于D的整数,D表示所述原始数据空间样本数据的维数,也为所述原始数据空间的特征组数;
其次,按照式(3)得到所述任一样本数据与对应的K近邻样本数据之间的局部线性结构,其表达式为:其中,i为大于或者等于1且小于或者等于N的整数;N表示所述原始数据空间的样本数据的组数;K表示样本数据xi近邻点的组数;K为大于等于1小于等于N的整数;j为大于或者等于1且小于或者等于K的整数; 表示样本数据xi的第j个近邻点,wij表示样本数据xi的局部线性结构;λ1、λ2表示非负调节参数;||wij||1表示wij的L1范数, 表示wij的L2范数;
之后,利用式(4)和式(5)通过迭代方式计算求得式(3)中的第一种局部线性结构:X=AW+λ||W||1………式(4)
W(j+1)=W(j)+γδ(j)………式(5)
其中,X表示所述归一化后的样本数据;A表示样本数据X的K近邻样本数据x1,x2,...,xK的集合;A={x1,x2,...,xK};W表示所述样本数据的局部线性结构;W(j)为第j次迭代得到的局部线性结构;γ为迭代步长;δ(j)为迭代方向;j表示迭代次数,1≤j≤K;λ表示系数,0≤λ≤1;
最后,基于所述任一样本数据的局部线性结构,得到任一样本数据新的数据空间,路径如下:首先,按照式(6)计算出任一样本数据各特征的得票数:
其中,Voter表示所述样本数据任一特征的得票数;i为大于或者等于1且小于或者等于N的整数;N表示所述原始数据空间的样本数据的组数;fri表示样本数据xi的第r个特征,j为大于或者等于1且小于或者等于N的整数,wij表示样本数据xi的局部线性结构;frj表示样本数据xj的第r个特征;
之后,根据式(6)中Voter得到所述样本数据任一特征的得票数,选择得票数最少的d个特征作为所述原始数据新的数据空间;
第三步,利用第二方式对第二步获得的新数据空间表示,构造对应的对称正定矩阵流形,所述第二方式包括如下步骤:首先按照式(7)将新的数据空间的样本数据映射到对称正定矩阵流形上:
其中, 表示新的数据空间样本数据在对称正定矩阵流形上的表示;i为大于或者等于
1且小于或者等于N的整数; 表示新的数据空间任一样本数据的表示; 表示 的转置;
之后,按照式(8)将对称正定矩阵流形的任一样本数据 进行向量化处理;
其中, 表示所述任一样本数据在对称正定矩阵流形切空间的向量表示;表示新的数据空间任一样本数据的表示;log(.)表示取对数运算;verc(.)表示向量化处理;
第四步,利用第三方式对第三步所获得的向量化处理的数据进行特征提取,得到对称正定矩阵流形数据的低维特征集合,也为样本数据X的低维特征集合;所述第三方式利用局部线性嵌入算法,按照如下路径进行:首先,按照式(9)找到经式(8)向量化处理后任一样本数据距离最小的K组样本数据,确定为该样本数据的K近邻样本数据,K为大于零且小于样本数据总数的整数:其中, 表示任意两组样经向量化处理后本数据间的距离,k为大于等于1小于等于 的整数, 表示经式(8)处理后任一样本数据的维度; 和 分别表示第i个样本与第j个样本数据的第k个特征;
其次,根据式(10)计算出经式(8)向量化处理后任一样本数据的局部线性结构:式中,i为大于或者等于1且小于或者等于N的整数;N表示所述原始数据空间的样本数据的组数;K表示样本数据 近邻点的组数,1≤K≤N;j为大于或者等于1且小于或者等于K的整数; 表示样本数据 的第j个近邻点,wij表示样本数据 的局部线性结构;
最后,根据在低维空间中保持局部结构wij不变,根据式(11)得到对称正定矩阵流形数据的低维特征集合,也为原始样本数据的低维特征集合:其中, 表示经式(8)向量化处理后任一样本数据空间中第i组样本数据对应的低维特征;i为大于或者等于1且小于或者等于N的整数;N表示所述原始数据空间的样本数据的组数; 表示第i组样本数据的第j个近邻点;j为大于或者等于1且小于或者等于K的整数;1≤K≤N;wij表示任一样本数据的局部线性结构;
第五步,将第四步所获得的低维特征集合作为支持向量机的输入,通过支持向量机输出的信息进行风力发电机的故障检测。