一种混合退化系统剩余寿命预测方法

针对传统的预测方法不能同时考虑线性和非线性退化问题,提出了一种基于维纳过程的带随机参数和确定参数的混合退化模型.基于首达时间(FHT)的概念给出了剩余寿命(RUL)的解析渐进显式形式,模型中随机参数通过Kalman滤波技术实时更新,确定参数采用极大似然估计进行估计.最后,采用陀螺仪实验数据验证了该方法的有效性.     

大数据背景下相似性设备剩余寿命预测研究进展

剩余寿命预测是设备故障预测与健康管理的重要组成部分,准确预测设备剩余寿命将有助于决策者及时制定维修策略,避免巨额的失效损失。随着物联网和大数据技术的发展,实时监控设备的运行状态变得越来越便利,为改进和发展设备剩余寿命预测方法奠定了坚实基础。基于相似性的设备剩余寿命预测方法不需要假设设备退化模型,而是通过大数据分析设备间运行状态的相似性进行预测,具有很高的预测精度和强鲁棒性。本文从健康指标构建、相似性度量选取、数据融合等方面,对基于相似性的设备剩余寿命预测方法进行了梳理总结,分析比较了相应性质。文章最后对基于相似性的设备剩余寿命预测方法的未来研究方向进行了探讨。     

基于无序测量粒子滤波的锂电池剩余寿命预测

锂电池是一种复杂的电化学系统,其容量衰退呈非线性退化,粒子滤波(particle filter, PF)算法作为解决非线性非高斯问题的有效算法经常被用于锂电池剩余寿命预测。针对PF算法中的模糊测量问题,提出无序测量粒子滤波(out of sequence measurement particle filter, OOSMPF)算法对锂电池剩余寿命进行预测。首先利用锂电池加速充放电所获得的容量衰退数据与充放电循环次数建立双指数模型,然后采用OOSMPF算法对锂电池剩余容量进行预测,进而得出锂电池剩余寿命。试验结果显示,本研究提出的OOSMPF算法与PF算法相比,在对三组锂电池寿命的预测上,剩余寿命误差分别降至7次、15次和5次,因此OOSMPF算法更适合用于锂电池剩余寿命预测。本研究能为新能源汽车上的锂电池剩余使用寿命预测提供方法参考。     

基于劣化数据的综合传动装置剩余寿命预测

研究不确定测量多维劣化监测数据下的综合传动装置剩余寿命预测.采用主元分析与状态空间模型融合得到装置劣化程度指标;根据随机过程首中时间的概念定义了装置的剩余寿命,利用Wiener过程建立了装置劣化过程模型,模型中考虑了装置劣化随机性与监测数据测量不确定性;采用极大似然估计方法估计了模型参数,并利用Kalman滤波技术实现了劣化模型的实时估计与更新,得到了装置的剩余寿命分布.研究结果表明,文中的方法能够客观描述装置性能劣化规律,优于不考虑测量不确定性的方法,能够提高剩余寿命预测的准确性,为装置的视情维护提供指导.      

考虑不确定测量的惯性平台剩余寿命自适应预测

针对现有剩余寿命预测方法未考虑测量误差引起的不确定性,且存在预测不确定性大的问题,提出了一种基于Wiener过程的退化过程建模方法,并将测量的不确定性考虑到剩余寿命预测中,推导出了剩余寿命的概率分布。为了实时更新模型参数,利用Kalman滤波算法实时估计Wiener过程中的漂移系数,并利用期望最大化算法实时估计其它相关参数。以某型号惯性平台的退化测量数据为例,进行了实验验证,结果表明,相比其它算法,文中算法能够降低剩余寿命预测的不确定性,提高预测精度。     

基于退化检测和优化粒子滤波的轴承寿命预测方法

轴承广泛应用于各种机械设备中,为避免轴承突然损坏而导致设备故障,应有效预测其剩余使用寿命,因此提出一种基于自适应退化检测和粒子群优化粒子滤波(particle swarm optimization-particle filter,PSO-PF)算法的轴承寿命预测方法.首先,从轴承振动信号中提取候选特征,并对候选特征进行...     

一种预测锂电池剩余寿命的改进粒子滤波算法

粒子滤波算法本身存在着粒子退化问题,对于衰减趋势变化剧烈的模型,难以获得精确的预测结果,限制了算法的适用范围。针对以上问题对粒子滤波进行改进,通过引入粒子群优化算法中的粒子更新机制,优化粒子的全局位置信息,进而重新分配各粒子权重,降低了重采样阶段粒子重置的比例,改善了算法固有的粒子退化现象,达到改进算法、提升算法预测性能的目的;同时,为验证算法的实际效果,以马里兰大学先进寿命周期工程中心(CALCE)发布的锂电池容量实验数据集为基础,分别使用传统粒子滤波算法与改进的算法进行剩余寿命预测仿真。经过对比发现:改进算法误差下降33.6%,可获得更为精确的预测结果,重采样率下降18.3%,粒子退化问题得到改善。     

基于不同退化阶段状态空间模型及粒子滤波的滚动轴承寿命预测

为解决滚动轴承全寿命数据有限及物理模型难以建立的问题,提出一种基于状态监测信息和滚动轴承退化物理模型的寿命预测方法。首先对Paris公式及Foreman公式进行改进,建立滚动轴承不同退化阶段状态空间模型,并将已知的滚动轴承物理数据及运行状态信息输入模型,利用最小二乘法对模型参数进行调整;然后利用粒子滤波算法对滚动轴承后期运行趋势进行递推预测;最后运用滚动轴承全寿命数据对所提方法进行验证,并将预测结果与单一状态空间模型及Gamma模型预测结果对比,结果表明该方法预测准确率更高,具有较强的实用性。     

基于性能退化的控制力矩陀螺寿命预测

控制力矩陀螺具有高可靠、长寿命特点,传统试验方法难以获取失效样本。但是控制力矩陀螺在轨工作期间的遥测数据中包含了很多性能退化信息,在详细分析这些数据的产生机理、影响因素和变化规律的基础上,结合已知的失效指标,选择合适的性能退化参数,针对性能退化参数建立陀螺的寿命预测模型。利用遥测数据拟合模型参数,进行趋势外推计算陀螺的预测寿命。文章最后给出了两种性能退化指标的控制力矩陀螺寿命预测实例,验证了该方法的有效性。     

基于粒子滤波的锂离子电池剩余使用寿命预测

锂离子电池因其循环寿命产生的问题更加被重视。为了对锂离子电池的剩余循环使用寿命进行预测研究,采用了粒子滤波算法。首先对粒子滤波算法进行了概述。然后用它对电池的剩余使用寿命预测。简要描述了3组电池数据下的实验;并与扩展卡尔曼滤波进行了对比实验分析。实验结果表明了粒子滤波算法在3组数据下的绝对误差平均值近似4%,均方根误差平均值近似5%,扩展卡尔曼滤波的绝对误差平均值和均方根误差平均值分别近似6%和7%。说明了粒子滤波在锂离子电池剩余使用寿命预测中比扩展卡尔曼滤波精度更高。     

基于相关向量机的发动机剩余寿命预测

针对民航发动机寿命预测中监测参数较多筛选困难的问题,提出一种基于信息融合与相关向量机的发动机剩余寿命预测方法。首先通过核主元分析方法从发动机多维监测数据中提取退化特征信息;然后利用非线性模型将主元序列融合成反映发动机退化趋势的健康指数序列;最后采用相关向量机以历史失效数据为训练样本建立预测模型,对现有的发动机健康指数序列进行外推预测得到当前样本的寿命预测值。通过NASA Ames研究中心公开的涡轮风扇发动机仿真数据验证了该方法的有效性,其预测性能优于常用的支持向量机模型和过程神经网络模型。     

基于注意力与LSTM的航空发动机剩余寿命预测

预测性维护的核心技术之一是设备剩余寿命(remaining useful life, RUL)预测。为了提高航空发动机的剩余寿命预测精度,提出了一种基于注意力与长短期记忆(directional long short-term memory, LSTM)网络的航空发动机剩余寿命预测模型Attention-LSTM,通过引入注意力机制增强各时间点数据的特征权重,有效提升了模型预测精度。使用NASA C-MAPSS涡扇发动机仿真数据集进行实验,与未加注意力机制的长短期记忆网络等多种模型进行对比实验。实验结果表明,提到的Attention-LSTM模型的均方根误差相比较于未引入注意力机制的长短期记忆网络降低了17.8%,拟合度提升了3.2%,各项评估指标均也优于其他对比模型。     

基于概率稀疏自注意力的航空发动机剩余寿命预测

航空发动机剩余寿命预测对其健康管理具有重要意义,针对长序列、多维度的航空发动机监测参数,提出一种基于概率稀疏自注意力（ProbSparse Self-Attention）的Transformer模型以实现航空发动机剩余寿命的准确预测。用ProbSparse Self-Attention取代原始Transformer中的常规自注意力机制,使得模型更关注时间序列中重要的时间节点,大幅缩减时间维度,减小了时间和空间复杂度;通过注意力层整合后的信息,进一步通过前馈神经网络层和卷积层,提取传感器的空间特征,编码层之间通过扩张因果卷积相连接,扩大了感受野,提高了模型对长序列信息的捕获能力。在新公开的N-CMAPSS数据集上验证算法,实验结果表明,相比于实验中的对比模型,所提模型的RMSE和Score值均有提升,推理速度也优于其他模型。     

基于PCA-NARX的锂离子电池剩余使用寿命预测

目前基于数据驱动的锂离子电池RUL预测方法不能较好地适应于同类型不同电池的RUL预测,且预测精度易受健康因子冗余或不足的影响.针对以上问题,提出一种结合主成分分析（PCA）特征融合与非线性自回归（NARX）神经网络的锂离子电池RUL间接预测框架.首先提取多个能反映电池性能退化的可测参数,并将PCA去除冗余后的结果作为预测健康因子;然后利用一组电池的全寿命数据构建基于NARX神经网络的健康因子和容量预测模型,对同类型不同电池预测时将该电池寿命前期健康因子作为输入,即可间接预测出其RUL.最后实验结果表明所提框架在同类型不同电池RUL的预测中精度较高且适应性较强.      

现役水工钢闸门结构剩余寿命的预测

基于可靠性原理，确定了现役钢闸门结构构件最低可靠度设置标准．采用类比的方法确定了现役钢闸门结构可靠度评估时荷载的统计参数，建立了钢闸门结构构件抗力的衰减模型．在此基础上，提出了基于可靠度理论的现役钢闸门结构剩余寿命预测算法，并以受弯构件为例，对其剩余寿命进行了预测．结果表明，提出的方法在预测闸门构件剩余寿命时是有效的．