1.一种缺失数据的KNN区间型轴承故障诊断方法,其特征在于,其步骤为:
1)信号采样:用加速度计收集轴承的振动数据,选取数字信号的采样频率为12000Hz的轴承数据;
2)降噪处理:采用小波阈值降噪法,对每层高频小波系数做阈值量化处理,通过极大极小准则阈值函数对轴承时域信号进行软阈值去噪处理;
3)特征选择:计算峭度指标,偏态指标,峰值指标,峰值等时域特征参数,将其作为时域特征向量;
4)轴承故障诊断:
4.1)确定最近邻样本;
4.2)考虑近邻样本集属性分布提出新的区间填补公式:为了进一步精确估计区间宽度,提出一种基于概率信息分布的KNN区间估计,在KNN构造的近邻样本空间上,构造基于缺失属性的KNN估计区间,引入到模糊C均值算法的距离计算公式中,最后进行区间聚类分析;
假设存在属性缺失样本xk,属性j缺失;标准差反映估计误差,根据估计误差提出新的区间计算公式如(1)所示:
其中,
公式(2)中,μj为K近邻样本集的样本均值,t=1.64;
最终缺失属性区间下限为公式(5)所示:属性区间上限为公式(6)所示:其中,xi为缺失数据xk的近邻样本,q为近邻样本的数目;公式中包含缺失数据的属性信息,对于缺失比例较高的数据仍然具有适用性;从公式可以得出,统计学中的样本方差能够反应数据分布的离散性;对于填充数据构成的最近邻样本,样本集的离散性反映了全部样本远离数据集中心的距离,符合区间构造规则;
同时,将完整属性数据集转换为区间型数据集,与不完整数据集保持统一数据形式;不完整数据集转换为区间数据集规则为:‑ +
(1)假设存在完整属性xkj,则转换后的属性区间[x ,x]=[xkj,xkj],转换后的属性区间上下限值相等,与完整属性值相等;
(2)按照上述缺失属性区间计算公式,得到缺失属性区间;
4.3)改进KNN估值区间的区间数据模糊C均值聚类:对区间型数据进行模糊聚类分析;
4.4)利用改进KNN估值区间的区间型模糊C均值聚类对步骤4.2)中得到的区间型数据集进行聚类,得到聚类结果。
2.根据权利要求1所述的改进KNN估值区间的区间型轴承数据故障诊断方法,其特征在于:所述的步骤4.4)中,具体步骤如下:
4.4.1)构造对不完整数据样本的最近邻样本集:依据最近邻规则选择最近邻样本,确定最近邻样本数q,构建不完整数据的q个最近邻样本集;
4.4.2)输入样本归一化:将所有的数据均转化为区间[0,1]之间的数,从而消除各维度间数量级的差别;
4.4.3)填补缺失属性:根据区间填补公式(1)确定缺失属性区间大小;
4.4.4)区间化数据集:根据区间型转化规则,将数值型数据集中的数据全部转化为区间型,进而构造区间型矩阵:
4.4.5)初始化区间型FCM算法参数:初始化隶属度矩阵,并对聚类类别数迭代次数G、终止阈值ε、模糊指标m进行设置;
(l‑1) (l)
4.4.6)更新聚类中心矩阵:依据U 对聚类中心矩阵V 进行更新;
(l) (l)
4.4.7)更新隶属度矩阵:根据V 对隶属度矩阵U 进行更新;
(l+1) (l)
4.4.8)算法条件判断:当迭代次数达到最大,或max|U ‑U |≤ε时,算法迭代停止;
否则l=l+1,返回6)。