1.一种基于多核模型的水下机器人推进器状态监测方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)从水下机器人监测信号中提取推进器故障特征x1,x2,…,xN,故障特征构成故障样本,X=[x1 x2 … xN],获得M种故障级别的故障样本,故障等级分别为I、II、III、…、M,对应的故障程度分别为λI、λII、λIII、…、λM,并将其分为训练样本与测试样本;
(2)计算不同故障等级故障样本第一特征x1的最大值、平均值和最小值;
(3)以故障等级I对应的训练样本作为目标样本,以其余故障等级对应的训练样本作为非目标样本,建立模糊隶属度函数;
(4)根据模糊隶属度函数S(X)计算所有训练样本的模糊隶属度系数sIi,根据目标样本及其模糊隶属度系数sI1训练超球模型I,得到球心CI和半径RI,计算非目标样本到球心CI的广义距离DIi,根据非目标样本的广义距离DIi计算监测系数,计算故障等级I~M对应的训练样本监测系数的平均值εI1A~εIMA,建立监测系数和故障程度的映射函数,即得到以故障等级I对应的训练样本为目标样本建立的单核辨识模型I;
(5)依次以故障等级II,III,IV,…,M对应的训练样本为目标样本,建立模糊隶属度函数,根据步骤(4)得到分别以故障等级II,III,IV,…,M对应的训练样本为目标样本建立的单核辨识模型II,III,IV,…,M,多个单核辨识模型I~M共同构成一个多核辨识模型;
(6)建立测试样本XU=[xU1 xU2 … xUN],测试样本故障程度为λU,将测试样本模糊隶属度系数siU以及超球模型I~M中的模糊隶属度系数sij都设置为零,计算测试样本到超球模型I~M的广义距离DiU,根据获得的广义距离DiU和与对应超球模型的半径的比值确定测试样本故障程度为λU=λi;
(7)根据测试样本第一特征xU1确定故障程度区间;
(8)在故障程度区间内,将测试样本第一特征xU1带入相应模糊隶属度函数S(X)计算测试样本的模糊隶属度系数siU,计算测试样本到超球模型I~M的监测系数εIU,εIIU,…,εM,将监测系数带入相应的单核辨识模型I~M,得到多个故障程度辨识结果λIU,λIIU,…,λMU,求取λIU~λMU的平均值得到最终辨识结果。
2.根据权利要求1所述的基于多核模型的水下机器人推进器状态监测方法,其特征在于,所述步骤(1)中第一特征x1是对故障程度最敏感的故障特征,故障等级I对应的是推进器正常工作。
3.根据权利要求1所述的基于多核模型的水下机器人推进器状态监测方法,其特征在于,所述步骤(2)中故障等级I,故障样本第一特征xI1的最大值为xI1H,最小值为xI1L,平均值为xI1A;故障等级II,故障样本第一特征xII1的最大值为xII1H,最小值为xII1L,平均值为xII1A;……;故障等级M,故障样本第一特征xM1的最大值为xM1H,最小值为xM1L,平均值为xM1A。
4.根据权利要求1所述的基于多核模型的水下机器人推进器状态监测方法,其特征在于,所述步骤(3)中建立模糊隶属度函数如下:其中,L=xI1H,H=xM1L。
5.根据权利要求1所述的基于多核模型的水下机器人推进器状态监测方法,其特征在于,所述步骤(4)具体为:基于目标样本及其模糊隶属度系数sI1训练超球模型I,得到球心CI和半径RI,计算非目标样本到球心CI的广义距离DIi,计算监测系数εIi=(DIi-RI)/RI,计算故障等级I对应的训练样本监测系数的平均值εI1A,分别计算故障等级II~M对应的训练样本监测系数平均值εI2A~εIMA,由此得到(εI1A,λI),(εI2A,λII),…,(εIMA,λM);
将(εI1A,λI),(εI2A,λII),…,(εIMA,λM)视为平面内的点,根据两点确定一条直线,在两个故障等级之间建立监测系数到故障程度的映射函数,得到以故障等级I对应的训练样本为目标样本建立的单核辨识模型I,映射函数如下:当λI≤λ<λII时,λ=kI1×ε+bI1;
当λII≤λ<λIII时,λ=kI2×ε+bI2;
……;
当λM-1≤λ<λM时,λ=kI(M-1)×ε+bI(M-1);
其中,kI1=(λII-λI)/(εI2A-εI1A),bI1=λI-εI1A(λII-λI)/(εI2A-εI1A),kI2=(λIII-λII)/(εI3A-εI2A),bI2=λII-εI2A(λIII-λII)/(εI3A-εI2A),……,kI(M-1)=(λM-λM-1)/(εIMA-εI(M-1)A),bI(M-1)=λM-1-εI(M-1)A(λM-λM-1)/(εIMA-εI(M-1)A)。
6.根据权利要求1所述的基于多核模型的水下机器人推进器状态监测方法,其特征在于,所述步骤(5)具体为:以故障等级II对应的训练样本作为目标样本,以其余故障等级对应的训练样本作为非目标样本,建立模糊隶属度函数如下,在λI≤λ<λII区间内,L=xI1H,H=xII1L,
在λII≤λ<λM区间内,L=xII1H,H=xM1L,
根据步骤(4)得到以故障等级II对应的训练样本作为目标样本建立的单核辨识模型II,进而得到以故障等级III,IV,…,M-1对应的训练样本作为目标样本建立的单核辨识模型III,IV,…,M-1;
以故障等级M对应的训练样本作为目标样本,以其余故障等级对应的训练样本作为非目标样本,建立模糊隶属度函数如下:其中,L=xI1H,H=xM1L,根据步骤(4)得到以故障等级M对应的训练样本作为目标样本建立的单核辨识模型M。
7.根据权利要求1所述的基于多核模型的水下机器人推进器状态监测方法,其特征在于,所述步骤(6)中根据获得的广义距离DiU和与对应超球模型的半径的比值确定测试样本故障程度为λU的公式如下:若DIU/RI≤1,则λU=λI;
若DIIU/RII≤1,则λU=λII;
……,
若DMU/RM≤1,则λU=λM;
若测试样本不满足上述条件,则执行步骤(7)。
8.根据权利要求1所述的基于多核模型的水下机器人推进器状态监测方法,其特征在于,所述步骤(7)中根据测试样本第一特征xU1确定故障程度区间,具体如下:若xU1<xI1A,则λU=λI;
若xI1A≤xU1<xII1A,则λI≤λU<λII;
若xII1A≤xU1<xIII1A,则λII≤λU<λIII;
……;
若x(M-1)1A≤xU1<xM1A,则λM-1≤λU<λM;
若xM1A≤xU1,则λU=λM。