[发明专利]基于数控机床上传感器数据的故障预测系统及其方法

权利要求书

1.一种基于数控机床上传感器数据的故障预测系统，包括用于采集作为多通道数据的数控机床运行状态数据的多个传感器；

其特征在于，所述传感器的输出端与多通道传感器接口电路输入端连接，多通道传感器接口电路的输出端和控制器连接；

所述控制器还与闪存连接，所述闪存包括构造模块、设定模块、叠加模块、导出模块、限制模块和添加惩罚项模块；

所述构造模块用于把接收到的p通道数据形成p通道的张量数据一，所述p通道的张量数据一包括n个由多个传感器采集的样本数据，每个样本数据包括多个传感器在某一采样时间采集的数据，而其中第i个样本数据Y_i(t)的数据格式为：Y_i(t)＝[Y_i1(t)，...，Y_ip(t)]，t为第i个样本数据的采样时间；Y_i(t)能够被公式(1)表示：

Y_ij(t)＝X_ij(t)+ε_ij(t) (1)

X_ij(t)是第j通道的采集数据的信号函数，ε_ij(t)是第j通道的采集数据的噪声函数，i为小于等于N的正整数，j为小于等于p的正整数，Y_ij(t)表示在采样时间t下的第j通道的采集数据；

所述设定模块用于设定p通道的张量数据二X_i(t)的数据格式为：X_i(t)＝[X_i1(t)，...，X_ip(t)]，而p通道的张量数据二X_i(t)被分为L个样本子空间S_l，l＝1，2，...，L，L为正整数，在同一个样本子空间里，代表各信号的信号函数都有互相关性，不同的样本子空间的各信号的信号函数没有相关性；

所述叠加模块用于让每一个样本子空间S_l被设定为d_l个基函数的Φ_l：的线性叠加，即公式(2) 所示：

对于所有的信号函数X_ij(t)，i＝1，...，N,X_ij(t)所属的样本子空间保持不变，而X_ij(t)对应的基系数是不同的，α_ijk为基系数α_ij的第k个分量，k为小于等于d_l的正整数；

用X_l＝{X_j(t)|X_j(t)∈S_l，j＝1，...，p}表示各自样本子空间的信号，其中，q和d_l均为正整数，α_q为设定的实数,R为实数集合；

所述导出模块用于根据在样本子空间中的每个数据点可以被数据集中的其他数据点联合表示的数据自表达属性，对于每一个信号X_ij(t)∈X_l，得到公式(3):

即X_ij(t)是在X_l中的一个信号函数，它可以表示为在此样本子空间中其他p_l-1个信号的线性组合，r为正整数，b_jr为稀疏系数的第r个分量；

所述限制模块用于针对稀疏系数b_j的解运用L_q范数最小化目标函数来限制解集；

所述添加惩罚项模块用于设定第j通道的采集数据总共有S-1个变化点τ_s，s＝1，...，S-1，对于每一个作为分割点的变化点，如公式(6)所示：

其中，是第j通道的变化点τ_s的信号函数，ε_ij(t)是第j通道的采集数据的噪声函数，i为小于等于N的正整数，j为小于等于p的正整数，表示在采样时间t下的第j通道的变化点τ_s，给稀疏系数b_j添加惩罚项，S为正整数。

2.根据权利要求1所述的基于数控机床上传感器数据的故障预测系统，其特征在于，所述控制器能够是单片机、PLC、FPGA处理器或者ARM处理器。