利索能及
我要发布
收藏
专利号: 2021106698587
申请人: 浙江工业大学之江学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-04-09
缴费截止日期: 暂无
联系人

摘要:

权利要求书:

1.一种水泵剩余使用寿命预测方法,其特征在于,包括:每隔预设的时间间隔,采集所述水泵的振动信息、压力值信息以及水泵流量值信息;

对所述振动信息进行时频域信息提取,确定多个所述时频域信息;

基于所述多个时频域信息、所述压力值信息以及所述水泵流量信息构建所述水泵的特征集;

采用预设的分析方法对所述特征集进行数据降维,得到降维后的特征集;

对所述降维后的特征集以滑动窗口构建输入样本,并采用预训练好的预测模型对所述输入样本进行预测,确定所述水泵的剩余使用寿命;

所述每隔预设的时间间隔,采集所述水泵的振动信息、压力值信息以及水泵流量值信息,包括:每隔时间间隔T,采集所述水泵泵体、基座以及驱动端的振动信息xk(n),采集所述水泵进出口压力值mj,采集所述水泵流量大小q,其中,k∈{1,2,3},x1(n)、x2(n)、x3(n)分别表示所述水泵泵体的振动信息、所述基座的振动信息以及所述驱动端的振动信息,n表示采样点数;j∈{1,2},m1、m2分别表示进口压力和出口压力;

所述对所述振动信息进行时域信息提取,确定多个所述时域信息,包括:对所述xk(n)提取如下时域信息:

均值 记为zk1;

方差 记为zk2;

均方根值 记为zk3;

峰‑峰值Peakk=max(xk(i))‑min(xk(i)),记为zk4;

峰态系数 记为zk5;

峰值因子 记为zk6;

波形因子 记为zk7;

脉冲因子 记为zk8;

偏度系数 记为zk9;

裕度系数 记为zk10;

峭度系数 记为zk11;

对所述xk(n)提取频域域信息,并求取所述振动信息的自相关函数,对所述自相关函数进行快速傅立叶变换,得到频率f和功率谱值S(f),其中,均方频率 记为zk12;重心频率 记为zk13;频率方差 记为zk14;

所述基于所述多个时频域信息、所述压力值信息以及所述水泵流量信息构建所述水泵的特征集包括:将针对采样t时刻采集的振动信息提取的时频域信息记为表示第p个时频域信息;

将所述压力值记为

t t

将所述水泵流量值信息记为L={q};

构建特征 并将多条所述特征X构建为特征集Dinput;

所述采用预设的分析方法对所述特征集进行数据降维,得到降维后的特征集,包括:对所述特征集Dinput的每个数据dij标准化,其中,dij代表特征集Dinput中第i行第j列的数据,标准化公式为:其中, 是第j个特征的均值,计算公式为: sj是第j个特征的标准差,计算公式为: 标准化后的特征集Dinput记为Ainput;

计算Ainput的相关系数矩阵R,计算公式为:采用预设的迭代方法计算所述相关系数矩阵R的特征值λ1,…,λn,和对应的特征向量v1,…,vn;

将所述特征值按降序排列得λ’1>…λ’n,并分别将各所述特征值对应的特征向量进行对应得v’1,…,v’n;

通过施密特正交化方法单位正交化调整后的特征向量,得到α1,…,αn;

计算第l个特征值的贡献率,计算公式为:

计算l个特征值的累积贡献率,计算公式为:根据预设的提取效率tp,当BSl>tp,提取前l个特征向量α1,…,αl作为主成分;

计算已标准化的特征集Ainput在提取出的所述主成分上的投影A’input=Ainput·α,α=(α1,…,αl),A’input是降维后的特征集;所述对所述降维后的特征集以滑动窗口构建输入样本,并采用预训练好的预测模型对所述输入样本进行预测,确定所述水泵的剩余使用寿命,包括:对所述降维后的特征集以滑动窗口构建输入样本,其中,所述,滑动窗口宽为特征集维度Dim=l,长为Lwin;

采用所述预测模型的第一层对所述输入样本进行局部特征提取,得到局部特征,其中,所述第一层为一维卷积神经网络层,卷积核宽为特征维度Dim,卷积核大小记为Lcon,卷积核数量记为Ncon,所述局部特征为Lwin×Ncon的数据矩阵;

采用所述预测模型的第二层对所述局部特征进行时序特征提取,得到第二特征,其中,所述第二层包括两层LSTM层,所述两层LSTM分别设置有激活函数、神经元个数、以及Dropout;

采用所述预测模型的第三层对所述第二特征进行预测,得到所述水泵的剩余使用寿命,其中,所述第三层为三个全连接层。

2.一种水泵剩余使用寿命预测装置,其特征在于,包括:信息获取模块,用于每隔预设的时间间隔,采集所述水泵的振动信息、压力值信息以及水泵流量值信息;

信息提取模块,用于对所述振动信息进行时频域信息提取,确定多个所述时频域信息;

特征提取模块,用于基于所述多个时频域信息、所述压力值信息以及所述水泵流量信息构建所述水泵的特征集;

特征降维模块,用于采用预设的分析方法对所述特征集进行数据降维,得到降维后的特征集;

预测模块,用于对所述降维后的特征集以滑动窗口构建输入样本,并采用预训练好的预测模型对所述输入样本进行预测,确定所述水泵的剩余使用寿命;

所述每隔预设的时间间隔,采集所述水泵的振动信息、压力值信息以及水泵流量值信息,包括:每隔时间间隔T,采集所述水泵泵体、基座以及驱动端的振动信息xk(n),采集所述水泵进出口压力值mj,采集所述水泵流量大小q,其中,k∈{1,2,3},x1(n)、x2(n)、x3(n)分别表示所述水泵泵体的振动信息、所述基座的振动信息以及所述驱动端的振动信息,n表示采样点数;j∈{1,2},m1、m2分别表示进口压力和出口压力;

所述对所述振动信息进行时域信息提取,确定多个所述时域信息,包括:对所述xk(n)提取如下时域信息:

均值 记为zk1;

方差 记为zk2;

均方根值 记为zk3;

峰‑峰值Peakk=max(xk(i))‑min(xk(i)),记为zk4;

峰态系数 记为zk5;

峰值因子 记为zk6;

波形因子 记为zk7;

脉冲因子 记为zk8;

偏度系数 记为zk9;

裕度系数 记为zk10;

峭度系数 记为zk11;

对所述xk(n)提取频域域信息,并求取所述振动信息的自相关函数,对所述自相关函数进行快速傅立叶变换,得到频率f和功率谱值S(f),其中,均方频率 记为zk12;重心频率 记为zk13;频率方差 记为zk14;

所述基于所述多个时频域信息、所述压力值信息以及所述水泵流量信息构建所述水泵的特征集包括:将针对采样t时刻采集的振动信息提取的时频域信息记为表示第p个时频域信息;

将所述压力值记为

t t

将所述水泵流量值信息记为L={q};

构建特征 并将多条所述特征X构建为特征集Dinput;

所述采用预设的分析方法对所述特征集进行数据降维,得到降维后的特征集,包括:对所述特征集Dinput的每个数据dij标准化,其中,dij代表特征集Dinput中第i行第j列的数据,标准化公式为:其中, 是第j个特征的均值,计算公式为: sj是第j个特征的标准差,计算公式为: 标准化后的特征集Dinput记为Ainput;

计算Ainput的相关系数矩阵R,计算公式为:采用预设的迭代方法计算所述相关系数矩阵R的特征值λ1,…,λn,和对应的特征向量v1,…,vn;

将所述特征值按降序排列得λ’1>…λ’n,并分别将各所述特征值对应的特征向量进行对应得v’1,…,v’n;

通过施密特正交化方法单位正交化调整后的特征向量,得到α1,…,αn;

计算第l个特征值的贡献率,计算公式为:

计算l个特征值的累积贡献率,计算公式为:根据预设的提取效率tp,当BSl>tp,提取前l个特征向量α1,…,αl作为主成分;

计算已标准化的特征集Ainput在提取出的所述主成分上的投影A’input=Ainput·α,α=(α1,…,αl),A’input是降维后的特征集;所述对所述降维后的特征集以滑动窗口构建输入样本,并采用预训练好的预测模型对所述输入样本进行预测,确定所述水泵的剩余使用寿命,包括:对所述降维后的特征集以滑动窗口构建输入样本,其中,所述,滑动窗口宽为特征集维度Dim=l,长为Lwin;

采用所述预测模型的第一层对所述输入样本进行局部特征提取,得到局部特征,其中,所述第一层为一维卷积神经网络层,卷积核宽为特征维度Dim,卷积核大小记为Lcon,卷积核数量记为Ncon,所述局部特征为Lwin×Ncon的数据矩阵;

采用所述预测模型的第二层对所述局部特征进行时序特征提取,得到第二特征,其中,所述第二层包括两层LSTM层,所述两层LSTM分别设置有激活函数、神经元个数、以及Dropout;

采用所述预测模型的第三层对所述第二特征进行预测,得到所述水泵的剩余使用寿命,其中,所述第三层为三个全连接层。

3.一种电子设备,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述程序时实现权利要求1所述的水泵剩余使用寿命预测方法。

4.一种计算机可读存储介质,其特征在于,所述存储介质存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集,所述至少一条指令、所述至少一段程序、所述代码集或指令集由处理器加载并执行以实现如权利要求1所述的水泵剩余使用寿命预测方法。