1.一种基于数模联动的多轴运动控制系统异常检测方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)获取a个传感器下C个周期的数据集为{Uα(j)|0≤α≤a,0≤j≤C×L};其中,L为每个周期的数据长度,C个周期中包含K个正常周期,R个异常周期,R=C‑K;
2)针对步骤1)获得的时域信息,利用快速傅里叶变换得到其相应N维的频域信息;较于正常工况,选择异常情况下差异性较大的信息作为特征,可表示为xi(t'),其中1≤i≤N,0≤t'≤C;
3)运用加权方法处理特征xi(t'),得到多轴运动控制系统复合指标Z(t'):其中,xi(t')为t'时刻的第i个特征,wi为第i个特征的融合系数;
4)利用平稳过程刻画多轴运动控制系统复合指标的时变演化趋势:Z(t)=z(t1)+σ×B(Λ(t)) (2)
其中z(t1)为初始时刻的复合指标量,σ为扩散系数,B(·)表示标准布朗运动,Λ(t)是时间t的单调递增函数,Z(t)具有独立增量,其增量Δz(t)=z(t+Δt)‑z(t)服从均值为0,2
方差为σ×(Λ(t+Δt)‑Λ(t))的正态分布;
5)针对步骤4)得到的关于Δz(t)的概率密度函数,进一步求解其似然函数的对数形式:
2 2
6)根据极大似然估计方法,对ln(L(σ))求偏导并令偏导为零,可得σ的极大似然估计:
7)正常工况下的随机平稳过程建模完成后,通过设定阈值v实现异常检测,针对两种不同情况,设置分段函数S(t'):其中,y(t')为实际值标签,y(t')=1时,系统处于正常工况;y(t')=‑1时,系统发生了异常;若s(t')≥0,则预测多轴运动控制系统是正常;若s(t')<0,则预测多轴运动控制系统是异常;
8)构建基于改进的huber损失函数,构建表征预测效果的优化目标函数,对融合系数和失效阈值进行反向优化调整,根据步骤7)构建下式优化目标函数:* *
9)利用拟牛顿算法最小化J(W,v)得到最优解{W ,v},对多源数据融合系数和随机建模中失效阈值进行迭代优化调整,实现特征提取与随机过程建模的交互联动、交叉融合。
2.如权利要求1所述的一种基于数模联动的多轴运动控制系统异常检测方法,其特征在于,步骤3)中,在正常工况下,设定系统对应监测时刻t={t1,t2,...,tk,...,tK},则复合指标对应的观测数据为Z(t)={z(t1),z(t2),...,z(tk),...,z(tK)},其中k=1,2,...,K。
3.如权利要求1所述的一种基于数模联动的多轴运动控制系统异常检测方法,其特征在于,步骤4)中,基于多源传感数据构建的复合指标对应的观测数据集Z(t)的增量数据集可表示为ΔZ(t)={Δz(t2),Δz(t3),...,Δz(tk),...,Δz(tK)};其中Δz(tk)=z(tk)‑z2
(tk‑1);取Λ(t+Δt)‑Λ(t)=Δt,Δz(t)服从均值为0,方差为σ×Δt的正态分布,则Δz(t)的概率密度函数可表示为: