连续退化和未知冲击共同作用下的设备剩余寿命预测方法技术

本发明专利技术公开了一种连续退化和未知冲击共同作用下的设备剩余寿命预测方法，可应用于工业机械设备以及电力电子器件的在线寿命预测及健康管理。本发明专利技术采用维纳过程来刻画退化对象的基本退化特性，在退化模型中考虑了冲击损伤现象对设备健康状态的影响，提出了新的混合退化预测模型。针对新模型特点，提出了一整套能够实现隐藏状态估计和模型参数迭代解析估计的算法。本发明专利技术提出的模型更符合一般退化规律，能够获得更加准确的在线剩余寿命预测结果，对于工程上的故障预测和健康管理有重大应用价值。

【技术实现步骤摘要】
连续退化和未知冲击共同作用下的设备剩余寿命预测方法
本专利技术属于可靠性维护工程
，涉及一种带冲击的混合退化情况下机电设备的剩余寿命在线预测方法。
技术介绍
设备实时故障预测与健康管理(PrognosticsandHealthManagement，PHM)对保证运行中的设备可靠安全运行至关重要。实现故障预测和健康管理的核心在于设备的剩余寿命预测。此预测方法的思路为根据工业生产现场传感器采集而来的实时运行数据，采用对应算法估计对象的状态以及剩余寿命。事实上，在真实的设备运行过程中，由于系统内部的缺陷、系统操作方式的不同、运行环境影响，冲击现象是无法避免的问题，冲击往往会给设备造成不可逆的损伤。现有的预测技术对此类问题欠缺考虑，不能得到合理的预测模型，在预测效果也有不足之处。
技术实现思路
针对现有技术的现状，本专利技术的目的是解决现有预测技术中没有考虑存在随机冲击的问题，并针对存在符合带未知冲击退化特性的机电设备，根据能够得到的实时状态退化数据，构建能更合理描述退化过程特性的模型实现对设备剩余寿命的在线准确预测。现将本专利技术的构思阐述如下：本专利技术采用带漂移的维纳过程模型作为对象本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种连续退化和未知冲击共同作用下的设备剩余寿命预测方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤1：建立刻画带冲击的混合退化过程的退化预测模型；步骤2：采用三阶段隐藏状态估计算法估计设备退化的隐藏状态；步骤3：采用两阶段平滑算法计算设备状态平滑值；步骤4：迭代计算模型参数直到收敛；步骤5：在完成退化状态估计和参数估计后，用估计更新的退化状态、估计的参数和测量信息计算设备剩余寿命的概率分布，并用于设备的剩余寿命预测。

【技术特征摘要】
1.一种连续退化和未知冲击共同作用下的设备剩余寿命预测方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤1：建立刻画带冲击的混合退化过程的退化预测模型；步骤2：采用三阶段隐藏状态估计算法估计设备退化的隐藏状态；步骤3：采用两阶段平滑算法计算设备状态平滑值；步骤4：迭代计算模型参数直到收敛；步骤5：在完成退化状态估计和参数估计后，用估计更新的退化状态、估计的参数和测量信息计算设备剩余寿命的概率分布，并用于设备的剩余寿命预测。2.根据权利要求1所述的一种连续退化和未知冲击共同作用下的设备剩余寿命预测方法，其特征在于：步骤1中所述的“建立刻画带冲击的混合退化过程的退化预测模型”的具体步骤如下：将满足带冲击的混合退化过程特性的设备退化模型表达如下：yk＝xk+νk其中，tk为第k个采样时刻；η是退化漂移系数，用来表征退化速度；σ是扩散系数，且σ>0；τk是采样时间间隔，且τk＝tk-tk-1；Β(τk)是标准布朗运动，且νk是系统白噪声，且νk～N(0,R)；xk表征第k个采样时刻设备的退化程度；yk表示测量值；N(μ,Σ)表示均值为μ方差为Σ的正态分布；在出现冲击的混合退化场景下，S表征冲击现象对系统健康状态造成的不可逆损伤；假设冲击的到达是一个到达率λ已知的泊松过程，记系统直到采样时刻tk，发生的冲击次数为C(tk)，则对于一个任意的时间长度Δt，有冲击出现次数为n的概率满足P(·)表示概率。3.根据权利要求2所述的一种连续退化和未知冲击共同作用下的设备剩余寿命预测方法，其特征在于：步骤2中所述的“采用三阶段隐藏状态估计算法估计设备退化的隐藏状态”的具体步骤如下：步骤2.1：给出标记：表示在采样时间tk-1到tk之间，系统处于所述设备退化模型表达式中的模型i；和分别表示系统在已知前k个测量值且在tk时刻处于退化模型i的条件下，tk时刻的状态估计均值与协方差；和分别表示系统在已知前k个测量值且在tk+1时刻处于退化模型i的条件下，tk时刻的状态估计均值与协方差；步骤2.2：预测阶段，计算状态交互估计值，其状态均值方差表示为：式中：m为状态模型数量，是混合高斯分布的权重系数，通过马尔可夫链的状态转移概率矩阵和状态测量量进行计算得到；接着用和分别表示系统在基于前k-1个测量值且tk时刻处于模型i的条件下，tk时刻的状态均值和方差，则预测结果为：步骤2.3：更新阶段，结合tk时刻的状态监测值，修正基于某一模型下的隐藏状态估计值：式中：为卡尔曼增益；Rk为测量噪声；步骤2.4：在融合阶段，先计算不同模型的权重再得到最后的估计结果为：根据以上四步得到该混合模型下隐藏状态的近似估计值。4.根据权利要求3所述的一种连续退化和未知冲击共同作用下的设备剩余寿命预测方法，其特征在于：步骤3中所述的“采用两阶段平滑算法计算设备状态平滑值”，具体步骤如下：步骤3.1：给出标记，表示随机状态变量服从的分布：

【专利技术属性】
技术研发人员：徐正国，柯晓杰，陈积明，秦刚华，谢尉扬，胡伯勇，张震伟，孙优贤，
申请(专利权)人：浙江大学，浙江浙能技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33