一种用于主轴轴承故障诊断的深度卷积动态对抗迁移网络EI北大核心CSCD

迁移学习智能故障诊断方法已经成为了机械设备故障诊断领域的一个研究热点。然而,大多数相关方法在迁移学习过程中未能合理地评估源域样本和目标域样本的相似性,且数据分布的差异会造成迁移诊断的结果不同。针对此问题,提出深度卷积动态对抗迁移网络用于主轴轴承智能故障诊断。该网络首先利用一维卷积神经网络从处理过的振动信号中自动提取特征集,然后利用动态对抗学习策略动态地调整条件分布和边缘分布在迁移学习过程中的重要程度,有效地提高迁移诊断的精度。通过数控机床主轴轴承故障诊断实验,验证了所提方法的有效性。实验结果表明,所提方法能够有效挖掘故障特征信息,实现不同工况之间的知识迁移,具有较好的应用价值。     

基于深度对比迁移学习的变工况下机械故障诊断

机械设备实际运行中的工况具有时变性，这加剧了源域（训练集）和目标域（测试集）数据之间的分布差异，因而导致智能故障诊断模型的性能下降。提出了一种基于深度对比迁移学习的方法，可用于机械设备变工况下的故障智能诊断。利用多层卷积块作为模型前置特征提取器，能够有效提取原始振动数据的代表性特征，提升故障分类器和域判别器的诊断性能。将前置特征提取器提取的特征传递给特征融合器，特征融合器提炼并联接局部感受野和全局感受野卷积特征，增强模型特征表达能力。将特征融合器提炼的特征用于故障分类器和域判别器诊断不同工况下的机械故障，并在故障分类器中使用Wasserstein距离度量源域和目标域数据的差异，基于互信息噪声对比估计提出用于工况区分的互信息对比域判别器，提高模型的迁移诊断性能。将所提方法用于诊断变工况下不同类别的轴承、齿轮故障。结果表明，所提方法能够有效实现变工况下轴承、齿轮故障的迁移诊断。     

基于CNN-SVM的深度卷积神经网络轴承故障识别研究

针对传统智能诊断方法过分依赖于信号处理和专家经验提取故障特征以及模型泛化能力差的问题,基于深度学习理论,提出将卷积神经网络算法结合SVM分类器搭建适于滚动轴承故障诊断的改进型深度卷积神经网络模型。从原始实测轴承振动信号出发,模型逐层学习实现特征提取与故障识别,引入批量归一化、Dropout处理并改进模型分类器来提升轴承故障识别准确率、模型收敛速度和泛化能力。实验结果表明,优化后的深度学习模型可快速准确地提取轴承故障特征,针对不同类型、不同损伤程度的轴承可实现99%的识别准确率,并且模型有较强的泛化能力和强化学习能力。     

基于增量学习的数控机床故障诊断系统

针对数控机床中主轴轴承和刀具同时出现故障或机床主轴转速改变时的故障诊断问题,提出了基于增量学习的深度卷积诊断模型。首先,将常用转速下的主轴轴承和刀具振动数据集,输入结合了批量归一化算法的一维卷积神经网络,实现单一转速下故障诊断;然后,人工判断跨转速诊断时的未知故障类型,对其打标签后重新输入网络,通过增量学习实现知识迁移并使模型学习新数据特征;最后模型在跨转速故障诊断领域的准确率为76.49%~86.09%,且与Fine Tuning和Joint Training两种经典跨领域算法相比,基于增量学习的深度卷积诊断模型提高了准确率,缩短了训练用时。     

基于卷积神经网络的领域适配模型的多工况迁移的轴承故障诊断

针对故障滚动轴承在单一工况数据下训练的深度学习模型无法在复杂工况下无法实现有效的故障诊断,提出一种基于卷积神经网络的领域适配(convolutional neural network-domain adaptation, CNN-DA)模型。卷积网络用于对故障振动信号进行高层特征提取,网络首尾加入通道注意力机制(channel attention mechanism, CAM),以动态分配特征通道的权重,减小无效信息的干扰。结合领域自适应方法,将特征提取层获取到的高层故障特征进行源、目标域领域适配,领域适配模块整合了全域适配和类别域适配,以使两个领域中相同故障标签的特征的数据分布逐渐趋于重合,最后将深度学习模型应用于多种不同工况迁移的场合进行训练,得到训练结果和测试结果。通过不同来源数据集的试验,在多种工况迁移下测试模型,结果表明提出的模型能够应对复杂工况变化下的滚动轴承故障检测。     

基于VMD和卷积神经网络的变工况轴承故障诊断方法

针对变工况条件下轴承故障数据无法大量获取以及诊断困难的问题,提出了基于变分模态分解和卷积神经网络的轴承故障诊断方法,使用稳态工况获取的数据训练,能对变工况下的数据实现有效诊断。首先对轴承振动信号进行变分模态分解,以获得有限带宽的固有模态函数;然后构建卷积神经网络模型,采用优化技术提高模型适应性,实现对固有模态函数的自适应特征提取和分类;最后使用台架试验获得的滚动轴承故障数据进行验证,并与深度残差网络和支持向量机进行对比。结果表明,该模型对变工况数据的诊断/识别率达到100%/98.86%,高于对比模型的测试结果,有效实现了变工况轴承故障诊断。     

基于深度迁移学习的柴油机故障诊断研究

得益于大数据和人工智能的高速发展,数据驱动的智能故障诊断方法受到广泛关注。然而,在柴油机故障数据稀缺的情况下,传统神经网络训练容易出现过拟合且网络泛化能力差。为解决上述问题,提出一种基于深度迁移学习的小样本故障诊断方法。构建一种适用于柴油机原始振动信号的宽卷积核卷积长短期记忆神经网络,来提高故障数据特征提取和抗噪的能力,另外从原始数据自动提取特征,增强特征学习的智能性。进一步采用迁移学习方案,将大型标签源域数据的诊断知识迁移到目标域网络上,改进网络在目标域任务小样本条件下的学习和分类能力。在跨故障域和跨设备域迁移任务上进行算法评估,并与传统深度神经网络进行比较,验证了所提方法可有效改进小样本诊断性能。     

基于深度卷积神经网络与WPT-PWVD的轴承故障智能诊断

针对轴承故障诊断中人工提取特征依赖经验,且泛化性和自适应能力弱等问题,提出一种基于深度卷积神经网络(DCNN)与WPT-PWVD的智能故障诊断新方法。①利用小波包变换(WPT)将轴承故障信号进行自适应分解以提取有效高频成分并进行重构;②利用希尔伯特算法对重构信号做包络解调并进行伪魏格纳分布(PWVD)以得到能揭示轴承主要故障信息的时频图;③构建DCNN网络对轴承故障时频图自动学习提取故障特征,并通过在DCNN特征输出层后添加的Softmax多分类器进行网络参数微调,将特征自动学习提取与故障分类融为一体,实现轴承故障智能诊断。使用所提方法对不同工况、不同故障程度及不同故障类型的轴承进行诊断,结果证明了所提方法诊断精度高,且泛化能力强。     

基于时频图与改进图卷积神经网络的异步电机故障诊断方法

由于传统故障诊断技术依赖于人工提取特征,造成方法的泛化能力及应用受限。针对该问题,提出一种基于时频图与改进图卷积神经网络的异步电机故障诊断方法。首先,通过小波分析方法将电机振动信号转换为时频图,构建不同工况的图像样本;再基于超像素分割法处理图像生成超像素块,将其作为节点,并根据其纹理、颜色、距离特征生成图结构数据;然后将图结构数据输入改进网络,算法可以自适应地提取故障特征、得到诊断结果,其中,网络通过结构学习方法进行改进。该方法通过对节点相似度计算打分,以重构图连接结构,从而克服传统图卷积神经网络在池化操作后存在的图结构完整性缺失问题,实现卷积层和池化层的层层堆叠及图级分类。试验结果表明,所提方法可实现对转子断条故障、轴承故障、单相短路故障的有效诊断,与传统方法相比,具有较高的故障识别准确率。     

基于改进对抗迁移学习的滚动轴承故障诊断研究

为解决故障诊断中标签不足的问题,该文以滚动轴承作为对象提出一种改进的对抗迁移学习模型。该模型通过一维卷积结构提取时间信号特征,能够直接处理时域振动信号,并通过大尺寸卷积核抑制噪声的干扰;在对抗迁移学习的域判别器中采用卷积结构替换全连接神经网络,以对抗训练的方式减少训练数据和测试数据间的分布差异,以提高故障诊断精度。将改进后的模型应用于两个滚动轴承故障诊断案例中,通过添加不同信噪比的噪声信号验证提出的模型具有良好的抗干扰能力,同时以故障分类正确率作为指标,验证该模型具有更高的诊断精度和鲁棒性。     

类别标签辅助改进稠密网络的变工况轴承故障诊断

基于数据驱动的滚动轴承智能故障诊断得到广泛研究,但多数研究中均假设训练数据与测试数据同分布,考虑到旋转机械实际运转中复杂多变的工况往往导致数据分布产生偏差,使得识别方法的通用性差、实际识别效果不佳。将域适应引入轴承故障诊断过程中,基于迁移学习提出了一种特征空间域和标签概率分布同步适应的迁移学习网络。该网络将一维稠密卷积网络及注意力机制融合实现复杂故障特征的自动提取;域适应处理通过联合最小化特征概率分布差异和标签概率分布差异来约束网络学习域不变特征;最终对变工况滚动轴承故障实现了高准确度的识别。实验结果表明了该方法的可行性及良好的性能。     

基于改进DQN燃气轮机转子故障诊断方法

燃气轮机转子系统作为燃气轮机关键部件，由于难以获取敏感故障特征导致故障诊断精度不高，影响设备的安全服役。针对以上问题，提出一种改进深度Q网络（DQN）深度强化学习燃气轮机转子系统故障诊断方法。首先，以采集的一维工况原始振动信号为输入，该DQN模型的环境状态采用故障样本集组成，转子故障类型为当前模型输入的动作集合；然后，DQN模型的智能体使用一维宽卷积神经网络（WDCNN）拟合得到Q网络，并使用ε-贪婪策略做出决策动作，反馈奖励和下一状态并存储到经验池内；智能体内采用时间差分误差（TD-error）优先经验回放，使得算法更加稳定和训练收敛；智能体与环境不断交互决策出最大奖励，输出最优策略故障诊断结果。将该模型应用于西储大学轴承数据集与燃气轮机试车台数据集中，分别达到99.2%与98.7%的准确率，可以用于快速有效地进行故障诊断。结果表明该改进DQN模型具有较高的故障诊断准确性与通用性。     

基于广义回归神经网络-柔性最大值分类模型的轴承故障诊断方法EI北大核心CSCD

针对复杂工况下的滚动轴承振动信号,提出一种基于广义回归神经网络-柔性最大值分类模型的故障诊断分类方法,实现故障模式的识别。对滚动轴承振动信号进行变分模态分解,特征提取等预处理得到特征数据集,并将其划分为训练集,验证集和测试集;使用训练集和验证集训练广义回归神经网络-柔性最大值分类模型,同时引入灰狼优化算法优选该模型的关键参数平滑因子得到理想的分类模型;将训练好的模型应用测试集,输出故障识别结果;通过模拟试验采集不同工况下的轴承故障数据,进行方法有效性验证。结果表明该方法能在小样本训练集下实现对不同工况下的轴承故障的有效诊断,是一种适用于实际工况的故障诊断方法。     

一种基于CNN-BiGRU孪生网络的轴承故障诊断方法

针对轴承故障样本稀缺，传统深度神经网络模型在小样本情况下容易出现过拟合现象，泛化性能不好的问题，提出一种基于CNN-BiGRU孪生网络的轴承故障诊断方法。孪生网络采用两个结构相同、权值共享的卷积神经网络和双向门控循环单元组成，构造相同类别和不同类别的轴承样本对输入孪生网络，通过计算轴承样本对之间的L1距离进行相似性度量，实现轴承故障诊断。与传统深度神经网络相比，孪生网络采用样本对训练的方法，在相同样本数量情况下，增加对网络模型的有效训练次数，从而提高轴承故障诊断性能。设计卷积神经网络和双向门控循环单元共同组成孪生网络结构，可以从振动信号中同时提取空间特征与时序特征，提高特征提取的准确性。利用实测轴承故障信号进行故障诊断试验，并与其他深度神经网络模型进行对比，试验结果表明，CNN-BiGRU孪生网络方法在少量训练样本情况下，取得了较优的故障诊断性能，有一定的工程应用价值。     

滚动轴承多状态特征信息的改进型卷积神经网络故障诊断方法

针对现有滚动轴承故障诊断模型中人工选取特征的不确定性,诊断模型不具有针对性的难题,提出一种针对滚动轴承多状态特征信息的改进型卷积神经网络故障诊断方法。首先,该方法针对滚动轴承故障的多状态特征信息,提出一种改进型卷积神经网络设计基本准则(BPDICNN);再次,利用提出的BPDICNN设计了卷积神经网络模型,直接在滚动轴承原始振动信号上进行"端到端"的学习训练,从原始信号中挖掘出包括故障类型、故障位置、故障损伤程度、故障检测时负载状态等多个特征;最后,利用实验数据进行了验证,实现了30个滚动轴承故障状态的有效诊断,准确率为100%,实验结果验证了方法的有效性。     

基于特征参数迁移的滚动轴承故障诊断

针对变工况下的滚动轴承无法获得大量带标签样本数据以及传统深度学习诊断方法识别率低的问题,提出一种基于迁移学习的卷积神经网络模型滚动轴承故障诊断方法.首先,采用短时傅里叶变换处理滚动轴承振动信号获得源域、目标域样本集;其次,利用源域样本预训练卷积神经网络模型;最后,通过目标域样本微调卷积神经网络模型实现滚动轴承故障诊断....     

一种用于跨域轴承故障诊断的深度自适应网络EI北大核心CSCD

针对轴承在不同工况条件下的振动数据存在分布差异,导致诊断精度低的问题,提出一种新的深度自适应网络用于跨域条件下的轴承故障诊断。采用傅里叶变换将原始时域振动信号转换为频域信号并通过深度特征提取器提取其分类特征;利用最大均值差异(maximize mean discrepancy,MMD)来进行深度特征的边缘分布对齐;利用Wasserstein度量网络将源域中有标签数据的类别结构与目标域中无标签数据的类别结构进行匹配,即对齐不同域的类别条件分布,使得故障数据在不同域的分布能够更好的对齐,从而提高模型在目标域未标签数据集上的分类准确率。试验利用凯斯西储大学公开的故障轴承数据集进行了两种跨域条件的模型迁移,验证了该网络在不同迁移场景中都具有较高的准确率,且优于其他深度自适应网络。     

基于一维卷积注意力门控循环网络和迁移学习的轴承故障诊断EI北大核心CSCD

针对实际应用中轴承故障数据获取困难,导致其故障诊断模型的准确性和泛化能力下降的问题,提出了一种基于一维卷积注意力门控循环网络(1DCNN-Attention-GRU)和迁移学习的轴承故障诊断方法。首先,构建基于一维卷积网络(1D convolutional neural networks, 1DCNN)、门控循环网络(gated recurrent unit, GRU)和注意力机制(Attention)的故障诊断网络,解决传统故障诊断方法特征提取过于依赖人工经验的问题;然后,引入迁移学习,利用充足的源域数据训练网络,冻结训练好的网络底层结构,再利用少量目标域数据对网络顶层结构进行微调,得到目标网络模型;最后,采用Softmax函数进行故障分类。实验结果表明,所提方法在不同训练样本比例下的故障诊断准确率均高于1DCNN-GRU、GRU以及支持向量机(support vector machine, SVM),并能在变工况及小样本数据下获得较高的故障诊断准确率,当使用3%目标域数据进行微调时,故障诊断准确率高于98%。     

基于声成像与卷积神经网络的轴承故障诊断方法及其可解释性研究EI北大核心CSCD

常用的振动诊断技术一般采用接触式测量,在测量受限的场合具有一定的局限性。该研究提出一种具有非接触测量优势的基于声成像与卷积神经网络的滚动轴承声学故障诊断方法。首先,利用传声器阵列获取滚动轴承辐射的空间声场;然后,用波叠加法进行声成像,重建后的声像能够描述声场的空间分布信息;最后,建立卷积神经网络(convolutional neural network,CNN),使用不同轴承运行状态下的声像样本对CNN模型进行训练用于故障诊断。同时,针对深度学习模型的诊断结果缺乏可解释性的问题,采用梯度加权类激活图(gradient-weighted class activation map,Grad-CAM)算法对卷积神经网络在基于声像的轴承故障诊断中的可解释性进行了研究。轴承试验台的声阵列数据验证了所提方法的有效性及优越性。     

基于GAN样本生成技术的智能诊断方法

基于数据驱动的设备故障智能诊断方法是监测设备健康状况的重要手段,然而实际应用中,难以获取到足量有效的故障数据训练智能诊断模型。鉴于设备健康状态数据充足和现有智能诊断方法故障机理利用不足,提出基于生成对抗网络(GAN)样本生成技术的智能诊断方法。健康状态数据反映了设备个性特征,故障机理反映了设备共性特征,基于两种特征融合,得到故障数据样本,通过对深度卷积神经网络的训练为设备个体构建个性化的智能诊断模型。采用来自CWRU轴承数据和实验台模拟故障数据进行的实验结果表明,该方法相比现有智能诊断方法无需真实故障样本,在变负载条件下实现了很高的诊断准确率,具有较好的变工况迁移能力。