(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211155941.3 (22)申请日 2022.09.22 (71)申请人 沈阳工业大 学 地址 110870 辽宁省沈阳市沈阳 经济技术 开发区沈辽西路1 11号 (72)发明人 刘树鑫　周柱　易晨曦　李瑞鑫　 (74)专利代理 机构 沈阳亚泰专利商标代理有限 公司 21107 专利代理师 邵明新 (51)Int.Cl. G06K 9/62(2022.01) G06N 20/00(2019.01) (54)发明名称 一种交流接 触器运行状态分类可视化方法 (57)摘要 本发明属于交流接触器技术领域， 尤其涉及 一种交流接触器运行状态分类可视化方法。 其首 次将机器学习中的分类可视化模型应用到交流 接触器的运行状态预测的问题中， 可以实现交流 接触器运行状态的实时在线预测、 稳定性强， 结 果精度高。 包括： 步骤1、 搭建交流接触器运行状 态在线监测系统， 采用时域分析提取影 响交流接 触器运行状态的特征参数； 步骤2、 利用PCC法和 PCA法分析特征参数相关性生成降维后的特征矩 阵； 步骤3、 生成基于模态相似性度量的交流接触 器运行状态表征曲线并依据 阶跃点划分状态区 间； 步骤4、 构建基于KNN分类器的交流接触器运 行状态分类可视化模型； 步骤5、 进行KNN分类可 视化模型训练， 并验证其结果 准确性。 权利要求书3页 说明书11页 附图4页 CN 115438744 A 2022.12.06 CN 115438744 A 1.一种交流接触 器运行状态分类可视化方法， 其特 征在于： 步骤1、 搭建交流接触器运行状态在线监测系统， 采用时域分析提取影响交流接触器运 行状态的特 征参数； 步骤2、 利用PC C法和PCA法分析 特征参数相关性 生成降维后的特 征矩阵； 步骤3、 生成基于模态相似性度量的交流接触器运行状态表征曲线并依据阶跃点划分 状态区间； 步骤4、 构建基于KN N分类器的交流接触 器运行状态分类可视化模型； 步骤5、 进行 KNN分类可视化模型训练， 并验证其结果 准确性。 2.根据权利要求1所述的一种交流接触器运行状态分类可视化方法， 其特征在于： 步骤 1中， 所述搭建交流接触器运行状态在线监测系统， 采用时域分析提取影响交流接触器运行 状态的特 征参数包括： 从交流接触器分断和吸合过程中的三相触头电压和电流、 线圈电压和电流、 以及触头 系统的振动信号中， 提取燃弧时间、 燃弧能量、 平均燃弧功率、 释放时间、 弹跳时间、 分闸相 角、 吸合时间、 接触电阻、 合闸相角、 触头分闸速度、 触头 碰撞速度、 触头超程和触头开距。 3.根据权利要求1所述的一种交流接触器运行状态分类可视化方法， 其特征在于： 步骤 2中， 所述利用PC C法和PCA法分析 特征参数相关性 生成降维后的特 征矩阵包括： 步骤2.1、 特 征参数的皮尔逊相关性分析： 采用pearson相关性分析后， 结果取绝对值； 保留燃弧功率后剩下N个低相关性的参数； 同时， 对N个特 征参数进行归一 化处理； 归一化公式： 其中， xmax， xmin分别为该特征参数的最大值与最小 值； xt为t时刻的实际值； 为t时刻的 归一化值， 这样就得到可以进行主成分 分析降维的特 征矩阵； 步骤2.2、 主成分析分析法特 征降维： 利用PCA将反应交流接触器运行状态的数据集X＝{x1,x2,x3,...,xn}进行降维， N维的特 征矩阵简化为能够保 留原始特征95％贡献度的前M个主成分； 其中， xi(i＝1,2,...,n)为交 流接触器某个反映运行状态的N维特 征参数； 即： A、 去中心化， 即每一 位特征值减去各自的平均值； B、 计算协方差矩阵 C、 用特征值分解方法求协方差矩阵 的特征值和特 征向量； D、 对特征值从大到小排序， 选择其中最大的K个， 然后将其对应的K个特征向量分别作 为向量组成特 征矩阵P； E、 将数据转换成K个特 征向量构建的新空间中， 即Y＝PX； 得到作为分类可视化模型输入的特 征矩阵。 4.根据权利要求1所述的一种交流接触器运行状态分类可视化方法， 其特征在于： 步骤权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115438744 A 23中， 所述生成基于模态相似性度量的交流接触器运行状态表征曲线并依据阶跃点划分状 态区间包括： 步骤3.1、 构建运行状态的模态相似性度量表征曲线； 用保留原始特征95％贡献度的前M个主成分作为描述状态曲线在时序轴上的模态基本 量， 同时， 在时序上用递进的时序点的模态基本量与基态的模态基本量之间的标准化欧氏 距离作为衡量交流接触 器运行状态的表征 形式； 对于两个N维向量X1＝(x11,x12,...,x1n)和X2＝(x21,x22,...,x2n)标准化欧氏距离公式： 式中， d12为X1和X2之间的标准化欧氏距 离， sk为第k维主成分的标准差， x1k和x2k分别为X1 和X2中第k维主成分； 将交流接触器每一次开断后运行状态特征矩阵的距离度量值与初次开断的距离度量 间的变化量作为因变量， 开断次数作为自变量， 将得到的运行状态曲线做平滑处理后得到 运行状态 表征曲线； 步骤3.2、 运行状态区间划分； 将交流接触器运行状态区分点划分在相似性距离度量发生突变的点： 将交流接触器运 行状态模态相似度距离度量第一次前定义为第一运行阶段， 将交流接触器运行状态模态相 似度距离度量第一次 阶跃后至第二次 阶跃定义为第二运行阶段， 将交流接触器运行状态模 态相似度距离度量第二次阶跃至交流接触 器完全失效定义 为第三运行阶段。 5.根据权利要求1所述的一种交流接触器运行状态分类可视化方法， 其特征在于： 步骤 4中， 所述构建基于KN N分类器的交流接触 器运行状态分类可视化模型包括： (1)确定模型的输入输出： 输入： 数据集P＝{(X1,y1),(X2,y2),...,(Xn,yn)}， 其中， Xi＝{x1,x2,...,x6}为实际的特 征向量,yi＝0,1,2为实际的运行状态标签； 输出： Xi＝{x1,x2,...,x6}所属的类别， 即运行状态阶段； (2)选择参数 K： K值是指当决策时通过依据测试样本的K个最近邻 “数据样本 ”作决策判断； K值的选取 一般采用交叉验证法； 交叉验证法包括： 将数据集分为训练集与测试集； 使用训练集训练模 型； 使用测试集测试模型的分类正确率； 选择 具有最大分类正确率的模型； (3)计算未知实例与所有已知实例的距离： 指定为闵可 夫斯基中的欧式距离度量， 则参数P＝2； (4)选择最近的K个已知实例， 根据少数服从多数的投票法则,让未知实例归类为K个最 近邻样本中最多数的类别； (5)分类可视化实现： 分类可视化模型包括： 首先， 定义可视化函数中的类别符号、 类别颜色、 决策函数； 其 次， 根据前两项主成分数值的最值确定出决策边界； 最后， 将分类结果在决策图形中进行可 视化绘制。 6.根据权利要求1所述的一种交流接触器运行状态分类可视化方法， 其特征在于： 步骤 5中， 所述进 行KNN分类可视化模 型训练， 并验证其结果准确性包括： 采用随机函数在时间序权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115438744 A 3