[发明专利]一种基于稀疏表示的BIT间歇故障诊断方法

说明书

本发明公开了一种基于稀疏表示的BIT间歇故障诊断方法。具体方法步骤如下：(1)采集不同设备历史BIT数据，包括正常数据类型、间歇故障数据类型和永久故障数据类型，从每类数据类型中选择70％的数据作为训练样本集合，剩余数据去掉标签作为测试样本集合；(2)利用k奇异值分解学习算法对训练样本集合进行学习训练获,构建过完备字典D；(3)将得到的测试样本集合利用过完备字典D进行稀疏表示，得到稀疏系数；(4)利用稀疏表示分类器将所得稀疏系数进行稀疏重构，得到重构残差；(5)将待测样本归于重构残差最小的类别，即可得到待测BIT数据的诊断结果。本发明能够高效、准确诊断出BIT间歇故障，具有较高的诊断精度，降低了BIT虚警率。

技术领域

本发明涉及基于模式识别的间歇故障诊断技术领域，特别涉及一种基于稀疏表示的BIT间歇故障诊断技术。

背景技术

自20世纪70年代末以来，机内测试(built-in test，BIT)技术作为一种非常实用的故障诊断技术，国内外专家学者在理论上做了大量的研究，在实际应用上也取得了很大的成果。该技术现如今已在各行各业都有广泛的应用，尤其是航空系统和武器装备。目前美国几乎所有的军、民机航空电子系统和武器装备都具备BIT。该技术在提高系统测试性能、简化维修过程和降低保障费用等方面发挥了重要作用。目前，在我国BIT也已成为导弹、卫星、空间站、临近空间飞行器等武器装备的设计与研制项目之一。

然而，根据国内外学者的研究表明，虚警一直是阻碍BIT发展与应用的屏障，其中间歇故障是诱发BIT虚警的重要原因,来自美军装备和电子工业数据表明，间歇故障占整个系统故障的70％～90％。间歇故障通常是在极端环境下、电路出现虚焊或电网波动等条件下产生，不经修复可在有限的时间内自行恢复的故障，其特点是随机性强、持续时间短，若不能及时诊断识别出，将会导致BIT虚警。若能在出现故障的情况下，诊断出该故障属于间歇故障，就不必立即停机对设备进行更换或维修，而是继续监控其状态，当找到诱发间歇故障的原因后，在对其进行针对性维护，从而避免不必要的停机和维修。

进入21世纪以来，随着社会的发展，科学技术的突飞猛进，现代化系统结构日趋复杂、规模不断扩大、自动化程度也越来越高，人们对这类高科技产品的稳定性和安全性的要求也越来越高。近年来，各个国家竞相发展航天飞机、探月工程、深海探索、现代化军事装备等高科技项目，为确保这类系统有一个高效准确的故障诊断技术，这些系统几乎都安装了BIT系统。然而，BIT技术由于虚警的存在(主要是间歇故障)，制约其发展的步伐，为解决这一难题，本发明利用稀疏表示对BIT间歇故障进行诊断，能够很好的解决这一现状，对BIT技术的发展具有十分重要的作用。

发明内容

为克服现有技术不足，本发明提供了一种利用稀疏表示，对BIT间歇故障进行诊断的方法。通过采集不同设备历史BIT数据(从中选择70％的数据作为训练样本集合)，利用k奇异值分解(K-SVD)学习算法对训练样本集合进行学习训练构造过完备字典，采用稀疏表示对待测数据进行诊断，能高效、准确诊断出当前系统是否处于间歇故障状态。

为达到上述目的，本发明提出了一种基于稀疏表示的BIT间歇故障诊断方法，所述方法包括以下步骤：

1)采集不同设备历史BIT数据，包括正常数据类型、间歇故障数据类型和永久故障数据类型，从每类数据类型中选择70％的数据作为训练样本集合，剩余数据去掉标签作为测试样本集合；

2)利用K-SVD学习算法对训练样本集合进行学习训练获得正常字典D₁、间歇故障字典D₂和永久故障字典D₃，将字典D₁、D₂、D₃组合构成过完备字典D；

3)将得到的测试样本集合利用步骤二所得过完备字典D进行稀疏表示，得到稀疏系数；

4)利用稀疏表示分类器(SRC)将步骤三所得稀疏系数进行稀疏重构，得到重构残差；