基于Transformer的多特征融合的航空发动机剩余使用寿命预测

发动机作为飞机的核心部件,对飞机运行起着至关重要的作用.对航空发动机做准确的剩余使用寿命预测,能够提前进行维护诊断,预防重大事故的发生,节约维护成本.针对现有的方法缺乏对不同时间步长的考虑以及不同传感器和操作条件之间关系的研究,提出了一种基于Transformer的多编码器特征输出融合的航空发动机剩余使用寿命预测方法.该方法选取两个不同时间长度的输入数据,使用排列熵对传感器之间的关系进行分析,并将操作条件数据独立提取特征.在广泛使用的航空发动机CMAPSS(Commercial Modular Aero-Propulsion System Simulation)数据集上进行了实验验证.实验结果表明,该方法优于现有的先进预测方法,可有效提高预测精度.     

基于跨域均值逼近的轴承剩余使用寿命预测

由于轴承退化数据较少及不同工况之间轴承数据分布差异较大,实现在一个轴承上训练的剩余寿命预测模型,能够预测其他同一工况或不同工况不同轴承的剩余使用寿命,是一个待解决的难题。本文提出基于跨域均值逼近的联合分布自适应轴承剩余使用寿命预测方法,首先,对轴承原始振动信号数据进行归一化处理;其次,通过投影矩阵将源域和目标域数据映射到一个低维公共特征子空间中,利用基于跨域均值逼近的联合分布自适应方法对源数据和目标轴承数据进行领域适配;最后,利用门控循环单元对轴承剩余使用寿命进行预测。在IEEE PHM Challenge 2012数据集上进行多组迁移实验,结果表明,所提方法在同一工况或不同工况下不同轴承间有良好的预测精度。     

双通道深度卷积神经网络的航空发动机剩余使用寿命预测方法

提出了一种基于双通道的深度卷积神经网络方法,用来预测航空发动机剩余使用寿命。该方法在传统卷积神经网络上,应用最大信息系数进行数据降维、卡尔曼滤波进行数据降噪;通过数据切片,将数据片标签设置为最后一个循环的剩余使用寿命,实现数据重构;引入分段和线性剩余使用寿命衰减模型,并给出了寿命衰减起始点判断方法;将寿命衰减前、寿命衰减中2种特征作为双通道网络模型的输入。在NASA涡轮风扇发动机仿真数据集（CMAPSS）上测试结果显示,在测试数据范围较大时,该方法相关指标明显优于其他方法,在航空发动机剩余寿命预测上具有显著优势。     

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.      

基于SFS-SVR的高速铣削刀具剩余使用寿命预测

在高速铣削加工中,为了判断更换刀具的最佳时间,迫切地需要对刀具的剩余使用寿命进行准确地预测,但预测中常常会存在历史数据不足的问题.因此,本文提出了一种解决小样本空间的刀具剩余使用寿命预测方法.该方法基于支持向量回归(SVR)方法,通过随机分形搜索(SFS)算法优化模型中的关键参数.相比于传统方法,本文所采用的方法可获得更优的模型参数和更快的收敛速度.最后,将所采用的方法与隐马尔可夫模型(HMM)方法进行比较,平均精确度由0.627 7提高至0.819 9,为刀具的更换提供了可靠的参考.     

基于PF-GPR算法的锂离子电池剩余使用寿命预测

针对锂离子电池退化过程中不可避免的容量再生现象建立了电池退化模型,提出了融合粒子滤波(PF)和高斯过程回归(GPR)的电池剩余使用寿命(RUL)预测算法。仿真实验结果表明,所提出的算法能够实现准确的锂离子电池RUL预测。     

两级混淆对抗域自适应网络轴承故障诊断

在变工况轴承故障诊断任务中,领域自适应方法仅仅对两个域进行全局对齐,而未进行相应类别的对齐,为解决上述问题,提出了一种两级混淆对抗域自适应网络.该网络由一个特征生成器、两个标签分类器及一个辅助分类器组成.网络使用源域样本帮助两个任务分类器学习,同时在辅助分类器上构造了基于两级域混淆损失的对抗性学习目标函数,通过对抗训练,驱动特征生成器生成类别对齐的特征.两个公共轴承数据集的实验结果表明,该方法的平均诊断准确率远远高于传统深度学习算法和其它四种域自适应算法.     

基于迁移学习的软件缺陷预测方法研究

针对传统的软件缺陷预测方法难以在单独的项目中利用小规模训练数据的问题,提出了一种基于迁移学习的软件缺陷预测技术,利用已有的项目辅助新项目的预测.该方法在源项目和目标项目之间寻找一个公共特征空间,使得在公共特征空间上2个项目的数据分布距离最小.在这个公共空间进行模型训练,以达到迁移分类的效果.实验结果显示该方法相对传统的缺陷预测算法有更好的预测性能,并且充分利用了原始训练数据,可以更高效地运用于各种软件缺陷预测任务.     

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.     

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.      

基于DBN-LSTM的滚动轴承剩余寿命预测模型

针对滚动轴承退化数据的复杂性和传统的寿命预测方法不能充分利用数据的相关性从而导致预测精度不高的问题,提出了一种基于融合深度置信神经网络（deep belief neural , DBN）和长短时记忆神经网络（long-short term memory , LSTM）的剩余寿命预测模型。该模型首先采用带通滤波降噪对滚动轴承振动数据进行去噪,然后依据均方根特征和峭度特征在轴承全寿命周期内的趋势图确定模型的预测起始点;其次利用优化后的4层DBN网络完成深度特征提取并用于LSTM的训练与测试。通过轴承全寿命周期试验证明提出模型的可靠性,并且与传统LSTM、BP(back propagation)神经网络和DBN-BP模型的预测结果进行对比,验证了本文模型的有效性。     

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。     

自适应阈值AdaBoost.RT算法及其在轴承剩余寿命预测中的应用

针对自适应增强回归阈值(adaptive boosting regression threshold, AdaBoost.RT)算法用于判断训练样本好坏的阈值为常数,不能自适应地对每个测试样本动态调整判断标准的问题,提出了一种动态自适应调整阈值的改进AdaBoost.RT算法。通过引入训练结果的均值与标准差构造奇异系数作为判断相对误差的阈值,实现算法训练计算过程中阈值的自适应调整,在提高预测精度的同时,可以减少选择算法参数带来的繁重工作量。采用4组经典测试函数构造不同规模的训练样本数据进行算法检验,实验结果表明,提出的自适应调整阈值算法可以有效利用测试样本之间的差异性,克服了大噪声数据带来的干扰,改进后的集成算法可以改善回归模型的预测效果,提高模型的泛化性能。利用IEEE PHM 2012数据集验证所提方法的有效性,并与极限学习机(extreme learning machine, ELM)和原始AdaBoost.RT算法进行对比分析。结果表明：采用所提方法获得的轴承寿命预测均方根误差降低了5.18%,决定系数提高了3.11%。     

锂离子电池健康状态估计与剩余寿命预测

针对锂离子电池健康状态(state-of-health, SOH)估计与剩余有效工作时间(remaining useful life,RUL)预测进行探讨. 提出了一种利用SOH参数反应电池状况,并且建模预测电池RUL的方法. 改进了现有研究成果在RUL预测中不能更新其概率密度的缺陷. 同时应用支持向量回归机(SVR-PF)改进标准粒子滤波算法具有粒子贫化效应的缺点. 仿真结果表明提出的参数准确地反应了电池的状况,同时也准确地预测了电池的RUL;SVR-PF具有比粒子滤波更强的平滑与预测能力.      

统计模式识别和自回归滑动平均模型在 设备剩余寿命预测中的应用

为了对设备预知性维护研究提供支持,采用统计模式识别（SPR）方法对设备进行性能评估,获取设备健康指标;再运用自回归滑动平均模型（ARMA）对设备剩余寿命进行预测,建立了基于设备健康状况的设备剩余寿命预测模型.对生产过程中刀具加工设备寿命预测进行分析和验证结果表明,该设备评估和预测方法是有效且实用的.     

基于MIC特征提取与BO-CatBoost的航空发动机RUL预测

针对航空发动机传感器监测的退化参数提取困难,易受噪声干扰及发动机剩余使用寿命预测精度不足等问题,利用最大信息系数、贝叶斯优化算法和类别特征梯度提升算法,提出了一种新的发动机剩余使用寿命预测模型。首先,为有效解决特征提取不足的问题,对采集的传感器历史监测特征进行最大信息系数相关性计算,提取出对发动机寿命运行周期影响较大的关键退化特征。其次,为解决剩余使用寿命预测中的梯度偏差及预测偏移问题,使用基于贝叶斯优化的类别特征梯度提升方法对航空发动机进行剩余使用寿命预测。最后,在美国航空航天局提供的商用模块化航空推进系统仿真数据集上进行实验,结果表明所提预测方法的性能较好,验证了该方法的有效性。