[发明专利]基于多层相关性的多通道机械频谱子频段特征评估方法

权利要求书

1.一种基于多层相关性的多通道机械频谱子频段特征评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、时频域转换与子频段划分步骤：将多通道时域机械信号通过FFT转换至频域，获得每个通道的单尺度机械频谱，并进一步将每个单尺度机械频谱划分为多个不同的子频段并获取这些子频段的特征；

步骤2、基于相关系数的评估步骤：计算每个通道子频段特征的标准化相关系数；

步骤3、基于VIP值的评估步骤：以每个通道的子频段特征作为输入构建基于PLS的磨机负荷预测模型，基于这些模型的回归系数参数计算每个通道每个子频段特征的标准化VIP值；

步骤4、综合评估步骤：将全部通道的标准化相关系数和VIP值进行归一化处理，将两者乘积结合磨机负荷模型的预测性能定义最终的综合评估指标；

步骤1具体为：

设X^j为以基于设计方案进行N次实验所采集的长度为M的第jth个模态的机械信号，用如下矩阵表示，

其中，n＝1,…,N，m＝1,…,M；表示第nth次实验中在第jth个通道所采集的第mth个值，

将上式中的第nth次实验的时域信号变换至频域，获得机械频谱即：

进一步，将全部N次实验的第jth个通道的机械信号均变换至频域，可得到Z^j，可改写为如下式所示，

式中，N和P分别代表变换得到的单尺度机械频谱数据的样本数量和频谱变量维数，即P为频谱变量的数量，表示第nth次实验中第jth个通道的第pth个频谱变量值，表示第pth个频谱变量向量，

将单尺度频谱划分为K个子频段，相应的每个子频段所包含的频谱变量维数为floor(P/K)，其中，floor(·)为取整函数；进一步，将每个子频段所包含的频谱求和作为所提取的特征，针对第jth个通道，将这些子频段特征表示为，

式中，其中，K为子频段特征的数量，表示第nth次实验中第jth个通道的第kth个子频段特征的值，表示第kth个子频段特征向量，

相应的，磨机负荷的真值表示为

进一步，全部J个通道的机械频谱可表示为

步骤2具体为：

以第jth个通道为例，首先计算第kth个子频段特征的相关系数的绝对值，如下所示，

其中，和分别表示第kth个子频段特征和磨机负荷的全部N个建模样本的平均值，|·|表示取绝对值，为第jth个通道第kth个子频段特征的相关系数值，

为表述不同子频段特征在每个通道中针对磨机负荷的重要度，将上述相关系数进行标准化处理，

其中，是第kth个子频段特征的标准化相关系数，

进一步，将第jth个通道的全部标准化相关系数表示为，

重复上述过程，获得全部通道的标准化相关系数并记为

步骤3具体为：

以第jth个通道的子频段特征Z′^j构建PLS模型其过程可表示为，

其中，和分别表示子频段特征和磨机负荷的潜在变量矩阵；表示权重矩阵,和分别表示子频段特征和磨机负荷的载荷矩阵，表示回归系数矩阵，表示基于验证数据集获得的LV数量，

采用VIP值表征每个子频段特征对磨机负荷预测模型的影响程度，将与VIP值相关的参数B^j表示为，

以第jth个通道的第kth个子频段特征为例，其VIP值的计算公式如下：

其中，K为第jth个通道子频段特征的数量，是在第个潜在变量中的第kth个子频段特征的权重值，即存在如下关系：

为表述不同子频段特征在每个通道中针对磨机负荷预测的重要度，将上述VIP系数进行标准化处理，

其中，是第kth个子频段特征的标准化VIP值，

进一步，将第jth个通道的全部标准化VIP值可表示为，

重复上述过程，获得全部通道的标准化VIP值并记为

步骤4具体为：

基于上述过程，分别计算基于标准化相关系数和VIP值的每个通道机械频谱的子频段特征的重要度，综合标准化的相关系数和VIP值两个指标对第jth个通道的子频段特征进行评估，以第kth个子频段特征为例，其基于单个通道的综合评估指标定义如下，

其中，表示与磨机负荷预测性能相关的针对第jth个通道的加权系数，RMSE越小，其贡献度应该越大，采用如下公式所示，

其中，和分别表示第n^validth个验证样本的预测值和真值，表示均方根相对误差，N^valid表示验证样本的数量，

进一步，将第jth个通道的全部子频段特征的综合评估指标表示为，

重复上述过程，获得基于单通道的全部综合评估指标值，记为

综合评估指标只能够表征某个通道内的子频段特征的重要度，却不能表征子频段特征在全部通道中所具有的重要度，此处，将全部子频段特征重新编号，其总体数量L＝K·J，并相应的表示为，

其中，γ_l表示重新编号后的第lth个子频段特征的重要度，

进一步，计算第lth个子频段特征基于全部通道的综合评估指标δ_l，采用下式，

其中，δ_l所对应的通道编号采用向上取整运算ceil(l,K)获得，其所对应的通道内的子频段编号采用求余运算rem(l,K)获得，

进一步，将全部J个通道的综合评估指标值表示为，