东南大学张志胜获国家专利权
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龙图腾网获悉东南大学申请的专利基于平面振动特征与退化历史的滚动轴承寿命预测方法获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN120352149B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-08-26发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202510832815.4,技术领域涉及:G01M13/045;该发明授权基于平面振动特征与退化历史的滚动轴承寿命预测方法是由张志胜;夏志杰;孙涵;戴敏;温海营;周一帆设计研发完成,并于2025-06-20向国家知识产权局提交的专利申请。
本基于平面振动特征与退化历史的滚动轴承寿命预测方法在说明书摘要公布了:本发明提出的基于平面振动特征与退化历史的滚动轴承寿命预测方法,包括:构建轴承全生命周期振动信号数据集,提取平面振动特征,包括主方向角和椭圆率;构建退化历史特征,将轴承退化全过程特征序列零填充为固定长度;训练基于CNN‑LSTM的混合模型,输入退化历史特征后输出剩余寿命预测值;采用加权均方误差损失函数优化模型,提升失效前关键阶段的预测精度。本发明提出的方法通过融合多方向振动信息与完整退化历史,在PHM2012数据集上实现RMSE0.154,较传统方法提升47.3%,适用于变转速、变载荷工况下的轴承健康状态监测与维护决策。
本发明授权基于平面振动特征与退化历史的滚动轴承寿命预测方法在权利要求书中公布了:1.基于平面振动特征与退化历史的滚动轴承寿命预测方法,其特征在于:包括以下具体步骤: 1)构建滚动轴承全生命周期平面振动信号数据集,并提取平面振动特征PVF和退化历史特征DHF; 所述步骤1)提取平面振动特征PVF,具体步骤如下,包括: 计算振动信号的协方差矩阵,通过特征分解获取主方向角和椭圆率;采用鲁棒协方差估计算法剔除异常点,直至矩阵行列式收敛;扩展2D统计特征,包括平面RMS和Crest系数,其计算公式为: ; ; ; ; 其中,是震动主方向的极坐标弧度,是拟合椭圆的长轴和短轴;N是震动信号中的采样点个数,是样本序号,是采样点在xy方向上的振幅数值; 2)构建和训练CNN-LSTM混合模型,所述混合模型用于输入DHF序列后输出剩余寿命RUL预测值; 所述步骤2)中CNN-LSTM混合模型,具体如下: 输入层,接收3000×4维的DHF特征矩阵,其中3000为时间步长,4为特征维度; 卷积层,包含3层一维卷积,其运算公式为:,其中,m是振动信号窗口,y是经卷积后的特征,l表示层数,k为卷积核大小,w为权重,b为偏置,是样本序号,τ是当前全局时间; 采用LeakyReLU激活函数: ; 其中,α取0.01,x是神经元的输出,是激活函数输出; LSTM层,采用双向LSTM结构,每个时间步t的计算公式为: ; 其中,、、o分别表示遗忘门、输入门和输出门,t是序列内的时间序数,x是神经元的输出,C为细胞状态,是候选细胞状态,为隐藏状态,和分别是遗忘门、输入门、输出门、细胞状态的权重和偏置系数,设置隐藏单元数为128;是sigmoid激活函数,是正切激活函数; 输出层,采用Sigmoid激活函数,输出归一化的剩余寿命百分比:,其中,z为线性变换结果,e是自然系数,是预测输出值; 3)基于加权均方误差wMSE损失函数优化模型,提升失效前关键阶段的预测精度,输出最优RUL预测结果。
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