[发明专利]一种基于EMD分解的刀具运行状态可靠性评估方法

权利要求书

1.一种基于EMD分解的刀具运行状态的可靠性评估方法，其特征在于：采用以下步骤：

步骤1：采集同一类型刀具在运行过程中三个时间段的若干种状态信号，三个时间段分别对应刀具的初期磨损、正常磨损和严重磨损；对各种状态信号分别按照如下方法进行处理，得到各种状态信号各自的与磨损相关的IMF分量：

步骤1.1：采用小波阈值去噪方法对采集的信号s_d(t)进行处理，得到阈值去噪后的估计信号x_d(t)；d取1，2，3，分别对应初期磨损、正常磨损和严重磨损三个时间段；

步骤1.2：对信号x_d(t)进行EMD分解：确定信号x_d(t)所有的极大值点与极小值点，分别拟合极大值点以及极小值点，得到信号x_d(t)的上包络线和下包络线；计算得到上包络线和下包络线的平均曲线；

步骤1.3：根据步骤1.2得到的平均曲线，采用筛分原理将信号x_d(t)分解并得到有限个本征模函数IMF和残余函数RES：

xd(t)=Σi=1nIIMFdi(t)+rnd(t)]]>

其中为第i个本征模函数，为残余函数，n为本征模函数的个数；

步骤1.4：分别计算步骤1.3得到的每个本征模函数的振幅均值

EIMFdi‾=Σk=1fid|cid(k)|fid]]>

其中为第i个本征模函数的采样点个数，表示第i个本征模函数的第k个分量；

步骤1.5：利用本征模函数的振幅均值对本征模函数进行差值筛选：提取同时满足公式和的本征模函数，作为对应该状态信号的与磨损相关的IMF分量；

步骤2：由步骤1中若干种状态信号在初期磨损时间段采集的信号，对应提取每种信号的K个与磨损相关的IMF分量，采用提取的IMF分量的振幅均值建立该类型刀具的正常运行状态下的标准特征矩阵X_标准；所述标准特征矩阵X_标准的行数为状态信号的种类数，列数为K，矩阵元素X_标准pq表示提取的第p种信号K个与磨损相关的IMF分量中的第q个IMF分量的振幅均值；

步骤3：根据步骤1得到的若干种信号各自的与磨损相关的IMF分量，以及步骤2建立的标准特征矩阵X_标准对待评估的刀具进行可靠性评估：

步骤3.1：采集待评估刀具的若干种待评估状态信号，并对每种待评估状态信号进行如下处理：

步骤3.1.1：采用小波阈值去噪方法对采集的待评估状态信号进行处理，得到阈值去噪后的待评估估计信号；

步骤3.1.2：对待评估估计信号进行EMD分解；并采用筛分原理将待评估估计信号分解得到有限个本征模函数IMF和残余函数RES；

步骤3.1.3：根据步骤3.1.2得到的待评估估计信号的有限个本征模函数IMF，计算其中与磨损相关的IMF分量的振幅均值；

步骤3.2：根据步骤1确定的若干种状态信号各自与磨损相关的IMF分量，对应分别提取每种待评估状态信号的K个与磨损相关的IMF分量，采用提取的IMF分量的振幅均值建立当前状态特征矩阵X_当前；所述当前状态特征矩阵X_当前的行数为状态信号的种类数，列数为K，矩阵元素X_当前pq表示提取的第p种待评估状态信号的K个与磨损相关的IMF分量中的第q个IMF分量的振幅均值；

步骤3.3：将标准特征矩阵X_标准和当前状态特征矩阵X_当前归一化处理，利用基于核主成分分析状态子空间构造方法，构造归一化处理后的标准特征矩阵的状态子空间S_标准以及归一化处理后的当前状态特征矩阵的状态子空间S_当前；

步骤3.4：计算S_标准与S_当前的内积对矩阵W进行奇异值分解得到特征值y₁,y₂,…，y_b，将每个特征值的反余弦值作为对应的主夹角θ_g＝arccos(y_g)，其中g＝1，2，3，…，b，得到主夹角矢量θ＝(θ₁,θ₂…θ_b)，计算主夹角矢量的最小元素值的余弦值为待评估刀具的可靠度H＝cos[min(θ)]。