1.一种基于DTW和MDS的锚链闪光焊质量在线评估方法,其特征在于,包括如下步骤:(1)建立数据库E1;
(2)判断系统是否监测到新的待测信号,判断为是,则执行步骤(3);判断为否,则表示焊接停止,系统结束流程;
(3)采集待测信号S1;
(4)对S1进行数据预处理;
(5)用动态时间规整即DTW算法分别计算待测信号与选取的2L个历史数据之间的不相似距离di,s,i=1,2,…,2L;
(6)建立大小2L*1的不相似距离矩阵E2;
(7)将步骤(6)中得到的矩阵E2添加到步骤(1)中建立的数据库E1的最后一行最后一列,组成大小为(2L+1)*(2L+1)的不相似距离矩阵F;
(8)用多维尺度分析法即MDS将不相似距离矩阵F降维为(2L+1)*P的距离矩阵G,其中P代表维度,并保持数据之间原始的距离关系;
(9)用狄利克雷过程混合模型即DPMM对矩阵G中2L+1个P维数据进行聚类分析;
(10)判断待测信号是否聚类为正常信号类,判断为否,则待测信号属于故障信号并则执行步骤(11);判断为是,则待测信号属于正常信号并则执行步骤(12);
(11)根据步骤(10)判断待测信号为故障信号,对故障信号进行处理;
(12)根据步骤(10)判断待测信号为正常信号,对正常信号进行处理。
2.根据权利要求1所述的一种基于DTW和MDS的锚链闪光焊质量在线评估方法,其特征在于,所述步骤(1)中建立数据库E1的具体步骤如下:(1.1)根据实际焊接经验从历史焊接记录数据中选取L个正常焊接信号Q1,Q2,…,QL和L个故障焊接信号QL+1,QL+2,…,Q2L;
(1.2)数据预处理;
(1.3)用动态时间规整即DTW算法计算2L个二维信号两两之间的不相似距离;
(1.4)将步骤(1.3)中得出的2L个二维信号两两之间的不相似距离,组成大小为2L*2L的不相似距离矩阵数据库E1。
3.根据权利要求2所述的一种基于DTW和MDS的锚链闪光焊质量在线评估方法,其特征在于,所述步骤(1.1)中L个正常焊接信号和L个故障焊接信号均由电极位置信号和电流信号组成的二维信号,例如Q1=[A B],A=[a1,a2,…·,ai,…,an]T为电极位置信号,B=[b1,b2,…,bi,…,bn]T为电流信号。
4.根据权利要求2所述的一种基于DTW和MDS的锚链闪光焊质量在线评估方法,其特征在于,所述步骤(1.2)中数据预处理的具体步骤如下:根据z-score算法对电极位置和电流二维信号Q1进行归一化处理:其中μ1为样本数据A的均值,σ1为样本数据A的标准差,A*为电极位置信号A归一化处理后的结果。μ2为样本数据B的均值,σ2为样本数据B的标准差,B*为电流信号B归一化处理后的结果;得到归一化处理后的二维信号 按照上述公式对2L个信号分别进行归一化处理,得到归一化后的信号
5.根据权利要求2所述的一种基于DTW和MDS的锚链闪光焊质量在线评估方法,其特征在于,所述步骤(1.3)中用动态时间规整即DTW算法计算2L个二维信号两两之间的不相似距离的具体步骤如下:(1.3.1)对于归一化后的信号 和 首先构造距离矩阵Δ=[Di,j],其中元素Di,j表示和 之间的欧几里得距离:N和M分别是 和 的长度;
(1.3.2)在一个二维矩阵中搜索一个连接(1,1)和(N,M)的规整路径W={w1,w2,…,wK},即,w1=(1,1)和wK=(N,M),同时满足单调性和步长小于r这两个约束条件;
(1.3.3)寻找最优规整路径,从初始条件
开始,步长小于r,搜索算法如下:
其中θ(i-1,j-1),θ(i-1,j)和θ(i,j-1)表示三个可能前进的格点(i-1,j-1),(i-1,j)和(i,j-1)的累积距离,min(θ(i-1,j-1),θ(i-1,j),θ(i,j-1))表示当前累积距离中的最小值。θ(i,j)为最小累积距离和当前格点距离Di,j之和,作为当前格点的总累积距离;
(1.3.4)最后计算规整距离为:
d1,2表示两个二维信号 和 的不相似距离。
(1.3.5)根据步骤1.3.1~1.3.4计算2L个二维信号两两之间的不相似距离di,j,i=1,
2,…,2L,j=1,2,…,2L。
6.根据权利要求1所述的一种基于DTW和MDS的锚链闪光焊质量在线评估方法,其特征在于,所述步骤(8)中用多维尺度分析法即MDS将不相似距离矩阵F降维为(2L+1)*P的距离矩阵G,其中P代表维度,并保持数据之间原始的距离关系的具体步骤如下:(8.1)从步骤(7)得到的大小为(2L+1)*(2L+1)不相似距离矩阵F中重构出格拉姆矩阵B:T (2)
其中H=I-11/L为矩阵中心化,I为大小为L的单位矩阵,1为L个列的向量,且F 中的每个元素为di,j2;
(8.2)矩阵B中的元素bij可以表示为:
(8.3)已知格拉姆矩阵B被定义为向量积B=XXT,进一步分解为:其中V是特征向量矩阵,而Λ是特征值的对角矩阵。所以求得向量矩阵为: X=[x1,x2,…,xi,…,xj,…,xL]T,最终求得降维后的矩阵G=X。
7.根据权利要求1所述的一种基于DTW和MDS的锚链闪光焊质量在线评估方法,其特征在于,所述步骤(9)中用狄利克雷过程混合模型即DPMM对矩阵G中2L+1个P维数据进行聚类分析的具体步骤如下:(9.1)对矩阵G中2L+1个代表了信号之间距离关系的数据构造狄利克雷过程混合模型;
(9.2)采用Gibbs Sampling吉布斯采样算法对狄利克雷混合模型中的模型参数进行不断更新,得到2L+1个数据的聚类结果;
(9.3)判断聚类效果,如果聚类效果较好,继续执行步骤(9),否则执行步骤(9.2)。
8.根据权利要求1所述的一种基于DTW和MDS的锚链闪光焊质量在线评估方法,其特征在于,所述步骤(11)中根据步骤(10)判断待测信号为故障信号,对故障信号进行处理的具体步骤如下:(11.1)系统针对故障信号发出预警,提醒操作人员;
(11.2)剔除矩阵E2中待测信号与最先加入的故障信号默认为QL+1的不相似距离值,生成新的矩阵E3;
(11.3)剔除数据库E1中最先加入的故障信号默认为QL+1所属的行列,将矩阵E3添加到矩阵E1最后一行最后一列。
(11.4)返回步骤(1.4)对数据库E1进行更新。
9.根据权利要求1所述的一种基于DTW和MDS的锚链闪光焊质量在线评估方法,其特征在于,所述步骤(12)中根据步骤(10)判断待测信号为正常信号,对正常信号进行处理的具体步骤如下:(12.1)剔除矩阵E2中待测信号与最先加入的正常信号(默认为Q1)的不相似距离值,组成矩阵E3;
(12.2)剔除数据库E1中最先加入的正常信号(默认为Q1)所属的行列,将矩阵E3添加到矩阵E1最后一行最后一列;
(12.3)返回步骤(1.4)对数据库E1进行更新。