基于融合CNN与PSO-SVM的滚动轴承故障诊断

针对滚动轴承故障识别过程中,难以提取细微故障特征的问题,提出一种基于融合卷积神经网络与基于粒子群优化算法的支持向量机相结合的滚动轴承故障诊断方法.该方法将轴承振动信号同时作为一维卷积神经网络和二维卷积神经网络的输入信号,并在汇聚层中将提取到的故障信息融合,最后通过优化后的分类器提高故障识别准确率.为了验证该方法的诊断性能,将与融合卷积神经网络同规格的一维卷积神经网络和二维卷积神经网络进行对比.试验结果表明,该方法不仅可以提高故障识别准确率,还可以在信号受到噪声污染时保持良好的诊断性能.     

基于一维卷积神经网络的滚动轴承自适应故障诊断算法

现有的滚动轴承故障诊断算法依赖于人工特征提取和专家知识,然而滚动轴承复杂多变的工作环境使得传统的智能故障诊断算法缺乏自适应性。针对此问题,提出了基于"端到端"的自适应一维卷积神经网络(ACNN-FD)故障诊断算法。首先,将各类故障状态的原始振动信号进行有重叠分段预处理用于构建训练样本和测试样本;然后,将每个训练样本以某一尺度的"时间步"进行划分作为所建立的一维卷积神经网络模型的输入,利用深度网络结构实现对原始振动信号特征的自适应层级化提取;最后在输出端利用Softmax分类器输出诊断结果。通过轴承数据库实验表明算法能够实现高达99%以上的故障识别准确率,同时在不同负载下良好的泛化性能,具备实际应用的可行性。     

基于改进Laplace小波和改进卷积神经网络的压裂车动力端轴承故障识别

在强背景噪声工况下,压裂车动力端轴承振动信号故障特征较微弱,导致轴承故障诊断的准确率较低。针对这一问题,提出了一种基于改进Laplace小波(ELW)和改进卷积神经网络(ECNN)的压裂车动力端轴承故障识别方法。首先,采用了一种Laplace小波振荡频率参数选取策略,使Laplace小波搜寻到了最佳频率参数;然后,采用改进Laplace小波,对采集到的压裂车动力端轴承故障振动信号进行了降噪处理,并在卷积神经网络(CNN)的基础上引入了自注意力机制和编码器、解码器结构,设计出了改进卷积神经网络(ECNN)模型;最后,将压裂车动力端轴承降噪后的信号输入改进卷积神经网络,进行了自动特征提取和故障识别;为了验证该方法的有效性和先进性,将其与其他方法(模型)进行了对比分析。研究结果表明：采用基于改进Laplace小波与和改进卷积神经网络的方法(模型),对压裂车动力端轴承故障进行识别的准确率可高达99.67%,单个样本的测试时间仅为0.14 s;在识别准确率、召回率、F1得分和统计检验等方面,与其他方法(模型)相比,基于改进Laplace小波与改进卷积神经网络的组合模型具有更为优秀的故障识别性能。     

基于特征快速构造与卷积神经网络的机泵故障识别研究

将卷积神经网络(CNN)应用于振动信号分析时,往往会出现由于一维信号转化为二维特征导致的计算量巨大的问题,针对这一问题,对卷积神经网络输入构造及不同构造方式对神经网络性能的影响进行了研究。基于机泵振动信号分析特点,提出了一种新的将一维振动信号转换为二维的特征快速构造方法;基于特征快速构造方法和卷积神经网络,构建了机泵故障智能识别模型;利用某石化现场轴承故障和不平衡故障数据对故障模型进行了测试,并与其他信号转化方法及故障识别模型进行了对比。研究结果表明:不同故障类型模型均可以快速收敛,故障识别准确率均达95%以上;在故障识别准确率和训练效率方面,该模型较其他模型有着较显著的优势。     

多通道一维残差卷积神经网络在风力发电机组轴承故障智能诊断中的应用

为提高卷积神经网络在风力发电机组轴承故障诊断上的准确率，本文对某2MW风力发电机组轴承故障数据，进行单通道及多通道、多种诊断网络模型、不同优化算法的故障诊断分析对比，提出将多个振动传感器的数据整合为多通道一维数据集，再使用一维残差卷积神经网络进行故障诊断。得出基于Adam优化算法的多通道一维残差卷积神经网络诊断准确率最高。因此，多通道一维残差卷积神经网络在风力发电机组轴承故障诊断中应用效果良好，能够准确的识别各类故障模式，为机组的安全、稳定运行提供了保障。     

基于深度学习的航空发动机齿轮故障诊断

传统的机械故障诊断方法需要将采集的故障波信号进行信号处理,再结合神经网络进行特征提取与分类,不仅流程复杂、耗费时间,而且识别准确率不高。针对此问题,采用一维卷积神经网络（one dimensional convolutional neural network,简称1D?CNN）对试验获取的某航空发动机的齿轮故障振动数据进行特征提取与分类,建立齿轮故障一维卷积神经网络模型,对航空发动机轴承进行故障诊断。试验与分析结果表明：采用该神经网络模型对齿轮进行分类,其准确率可达80%,相较于采用传统的前馈神经网络63.9%的识别准确率,提高了15.07%;与采用支持向量机（support vector machine ,简称SVM）对故障进行分类识别相比,该方法准确率提高了15.89%。本方法能够直接将波形振动信号作为输入,通过卷积、池化等一系列操作,输出最后的分类结果,简化了传统方法先进行信号处理再通过机器学习诊断的步骤,为航空发动机故障诊断提供一种可行方法。     

基于谱相关密度和卷积神经网络的轴承故障诊断

针对短时傅里叶变换、小波变换等传统信号预处理方法易受噪声影响的问题,提出了一种基于谱相关密度和卷积神经网络的滚动轴承故障诊断方法(SCD-CNN)。首先,利用谱相关密度能有效抑制高斯噪声的优点,将一维振动信号转变为二维谱相关密度图,用于提高卷积神经网络输入信号的信噪比;然后,将谱相关密度图作为卷积神经网络的输入,通过二维卷积神经网络实现轴承故障特征提取和分类;最后,利用凯斯西储大学标准轴承数据集的试验结果表明,相对于STFT-CNN和CWT-CNN模型,SCD-CNN模型具有更高的故障识别准确率(98.97%)。另外,对SCD-CNN模型的诊断结果,不同阶段的特征图以及分类过程进行了可视化分析,探讨了SCD-CNN模型故障识别准确率提高的深层次原因。     

改进一维卷积神经网络与双向门控循环单元的轴承故障诊断研究

针对传统智能故障诊断依赖于人工经验进行特征提取和传统卷积神经网络(Convolutional neural networks, CNN)参数过多、训练量过大且无法充分利用时间序列信息的缺点,提出一种基于改进一维卷积神经网络与双向门控循环单元的深度学习新算法。首先,该方法利用一维卷积神经网络自提取能力进行特征提取,同时设计了一个全局均值池化层替换传统卷积神经网络的全连接层,减少参数数量;其次,引入双向门控循环单元学习特征信号中的时间序列关系;最后,通过支持向量机替换传统CNN中的Softmax层进行故障分类,进一步提高诊断的准确率。实验表明,该方法将诊断的准确率提升至99.8%,并且加快了诊断的速度。通过与其他方法的对比,证明了该方法有着更高的准确率,更快的诊断速度,更好的鲁棒性。     

基于多通道一维卷积双向门控循环网络轴承故障诊断

针对于一维卷积神经网络使用单卷积核可能出现特征丢失,特征提取不充分,无法利用时间序列信息,以及Softmax无法进一步提升诊断准确率等问题。提出一种多通道一维卷积双向门控循环网络的深度学习算法。首先,设计一个3通道的一维卷积神经网络进行不同尺寸的故障特征提取;其次,引入双向门控循环单元挖掘特征信号中的动态时间序列关系;最后,采用支持向量机替换传统卷积神经网络中常用的Softmax进行故障分类,进一步提升诊断的准确率。实验证明,该方法将故障诊断的准确率提升至99.8%。通过与其他方法的对比,证明了该方法有着更高的准确率和更好的鲁棒性。     

基于GADF与卷积神经网络的滚动轴承故障诊断研究

为充分发挥深度学习识别二维图像在滚动轴承故障检测方面的优势,提出了一种格拉姆角差场(GADF)结合改进卷积神经网络(CNN)的智能故障诊断模型.首先,将一维时序振动信号通过格拉姆角差场转化为二维图像,提取了图像特征,并输入了改进后的CNN模型;其次,改进的CNN模型采用全局池化层替代了传统的全连接层,有效地解决了传统C...     

钢筋混凝土框架近断层速度脉冲地震响应分析

针对滚动轴承的故障诊断问题,提出了一种基于栈式稀疏自编码网络(stacked sparse auto encoder,简称SSAE)、改进灰狼智能优化算法(improved grey wolf optimization,简称IGWO)以及支持向量机(support vector machine,简称SVM)的混合智能故障诊断模型。首先,利用栈式自编码网络强大的特征自提取能力,实现故障信号深层频谱特征的自适应学习,通过引入稀疏项约束提高特征学习的泛化性能;其次,利用改进的灰狼算法实现支持向量机的参数优化;最后,基于优化后的SVM完成对故障特征向量的分类识别。所提混合智能故障诊断模型充分结合了深度神经网络强大的特征自学习能力和支持向量机优秀的小样本分类性能,避免了手工特征提取的弊端,可对不同故障类型的振动信号实现更精准的识别。多组对比实验表明,相比传统方法,笔者所提出的模型具有更优秀的故障识别能力,诊断准确率可达98%以上。     

一种残差注意力迁移学习方法及其在滚动轴承故障诊断中的应用

提出了一种基于残差注意力卷积神经网络(CSRA-CNN)的迁移学习算法,用于提高滚动轴承的故障诊断精度。在卷积神经网络模型中加入残差注意力机制,使模型在训练过程中更加注重故障特征的提取,从而有效提高迁移准确率。为了测评基于残差注意力卷积神经网络的性能,将其与传统卷积神经网络在不同迁移学习策略下的结果进行对比。用动力传动故障诊断综合实验台和高速列车综合实验台对所提算法进行了验证,该方法可以完成变转速以及变转速变载荷下轴承不同健康状态的迁移学习,且迁移效果均优于传统的卷积神经网络。     

基于一维卷积神经网络的滚动轴承故障程度诊断

针对滚动轴承性能退化状态的识别问题,提出了基于一维卷积神经网络的故障诊断方法.以轴承原始振动信号为输入,利用一维卷积神经网络自适应学习特征和分类的能力,实现由数据到识别结果的"端到端"诊断,避免了人为因素的干扰.通过凯斯西储大学不同故障尺寸的滚动轴承故障数据(模拟不同故障程度)加以验证,所建立python-Keras深...     

基于深度学习特征提取和粒子群支持向量机状态识别的齿轮智能故障诊断

针对齿轮故障诊断问题,利用数理统计特征提取方法、深度学习神经网络、粒子群算法和支持向量机等技术,提出了一种基于深度学习特征提取和粒子群支持向量机状态识别相结合的智能诊断模型。该模型利用深度学习自适应提取的频谱特征与数理统计方法提取的时域特征相结合组成联合特征向量,然后利用粒子群支持向量机对联合特征向量进行故障诊断。该模型在对多级齿轮传动系统试验台的故障诊断中实现了中速轴大齿轮不同故障类型的可靠识别,获得了满意的诊断结果。应用结果也验证了基于深度学习自适应提取频谱特征的有效性。     

一种改进CNN在轴承故障诊断中的应用

针对轴承智能故障诊断过程中的特征自适应提取和在变工况下诊断能力差的问题,提出了一种基于特征通道权重调整的“端对端”一维卷积神经网络(Squeeze-Excitation Convolutional Neural Network,SECNN)滚动轴承故障诊断模型。首先采用一维卷积神经网络自适应地从原始振动信号中提取特征进行分类;然后通过增加特征通道权重模块来获取通道全局信息,学习特征通道之间的依赖关系;再据此对特征通道权重进行调整,增强滚动轴承故障诊断模型在变工况下的特征自适应提取能力。通过轴承实验台数据的验证结果表明:SECNN在多个变载荷工况下的故障诊断准确率均值达到97%,相比于传统方法提高了20%左右。同时利用t-SNE技术可视化特征提取过程,进一步验证了所提取的诊断模型的有效性。     

Fault diagnosis method of rolling bearing using principal component analysis and support vector machine

To effectively extract the fault feature information of rolling bearings and improve the performance of fault diagnosis, a fault diagnosis method based on principal component analysis and support vector machine was presented, and the rolling bearings signals with different fault states were collected. To address the limitation on effectively dealing with the raw vibration signals by the traditional signal processing technology based on Fourier transform, wavelet packet decomposition was employed to extract the features of bearing faults such as outer ring flaking, inner ring flaking, roller flaking and normal condition. Compared with the previous literature on fault diagnosis using principal component analysis (PCA) and support vector machine (SVM), one-to-one and one-to-many algorithms were taken into account. Additionally, the effect of four kernel functions, such as liner kernel function, polynomial kernel function, radial basis function and hyperbolic tangent kernel function, on the performance of SVM classifier was investigated, and the optimal hype-parameters of SVM classifier model were determined by genetic algorithm optimization. PCA was employed for dimension reduction, so as to reduce the computational complexity. The principal components that reached more than 95 % cumulative contribution rate were extracted by PCA and were input into SVM and BP neural network classifiers for identification. Results show that the fault feature dimensionality of the rolling bearing is reduced from 8-dimensions to 5-dimensions, which can still characterize the bearing status effectively, and the computational complexity is reduced as well. Compared with the raw feature set, PCA has a higher fault diagnosis accuracy (more than 97 %), and a shorter diagnosis time relatively. To better verify the superiority of the proposed method, SVM classification results were compared with the results of BP neural network. It is concluded that SVM classifier achieved a better performance than BP neural network classifier in terms of the classification accuracy and time-cost.     

小样本下自校正卷积神经网络的滚动轴承故障识别方法

针对实际工程中因故障样本数据稀少而导致模型识别准确率不高的问题,提出了一种基于自校正卷积神经网络(SC-CNN)的滚动轴承故障诊断模型,并将其应用于小样本条件下的故障识别研究。首先,为减少不同信号的数据分布差异,在每个卷积层后添加BN算法;其次,利用自校正卷积学习信号的多尺度特征,提高模型获取有用故障特征的能力;然后,引入通道自注意力机制,建立通道特征信息之间的相关性,用于突出故障特征并抑制数据过拟合;再将少量训练样本输入到模型中进行学习;最后,将各类不同条件下的故障信号输入到训练好的SC-CNN模型进行识别分类,并在两个数据集上进行实验验证。结果表明,所提模型在信噪比为-4 dB的强噪声环境下,识别准确率分别为98.64%和99.83%,在变工况条件下,识别准确率分别为94.37%和99.64%,验证了SC-CNN模型在小样本条件下具有较强的鲁棒性和泛化性能。     

基于改进深度卷积网络的铁路入侵行人分类算法

异物侵入铁路限界严重影响行车安全,识别铁路限界内的人员侵入对保证铁路运营安全具有重要意义。由于既有铁路图像异物侵入检测系统只能检测报警图像,无法区分是人员侵入的正确报警还是光线干扰导致的误报警,为了降低上述误报警,本文建立了铁路异物侵限报警样本的训练集和测试集,提出了将改进的深度卷积网络提取的高层Alex特征和HOG特征相结合并用于深度卷积网络模型训练的分类算法。首先引入了改进的AlexNet深度卷积神经网络模型,提取了自动学习的Alex高层特征,然后将其与HOG特征相结合形成Alex-HOG组合特征,最后利用组合特征对分类网络进行训练。铁路异物侵限报警测试样本库的实验表明,该方法对1 498张测试样本图像的识别准确率高达98.46%,时间为3.78s,实时性和准确率均有较大提高,对降低系统误报率具有重大意义。     

拉曼光谱结合深度学习算法的塑料分类的研究

拉曼光谱法能识别塑料制品光谱特征峰,但操作流程繁琐且准确率有待提升,对此提出了基于一维卷积神经网络 (one-dimensional convolution neural network, 1-D CNN) 的塑料制品分类算法,首先建立以聚乙烯 (polyethylene, PE) 、聚丙烯 (polypropylene, PP) 、聚对苯二甲酸乙二醇酯 (polyethylene terephthalate, PET) 和聚苯乙烯 (polystyrene, PS) 为原材料的40种塑料包装样本数据集;然后设计1-D CNN、K近邻 (KNN) 、决策树 (DT) 和支持向量机 (SVM) 4种算法模型进行训练,并在光谱分类流程、模型准确率和鲁棒性等方面进行对比。实验结果表明,1-D CNN在不经过预处理条件下分类准确率达到98.62%,且在60 dB噪声下仍有96.42%的准确率,优于另外3种传统机器学习算法模型。该结果证实,拉曼光谱融合神经网络的多分类方法可提升塑料制品检测性能。