基于深度学习的航空发动机传感器故障检测

针对传统反向传播(BP)神经网络和支持向量机(SVM)存在的过拟合、维数灾难、参数选择困难等问题,提出了一种基于深度学习算法的航空发动机传感器故障检测方法.对发动机参数记录仪采集的多维数据进行预处理,建立基于深度置信网络(DBN)的故障检测模型,利用预处理后的数据对检测模型进行训练,经过DBN故障检测模型逐层特征学习实现了传感器故障检测.仿真结果表明:在无人工特征提取和人工特征提取的情况下,基于DBN故障检测的准确率均高于BP神经网络和SVM模型.     

基于CNN-Seq2Seq的航空发动机喘振诊断模型的研究

喘振是航空发动机在运行过程中一种危害性极大的气动失稳现象,严重时会导致飞行事故,引起人员和财产的巨大损失,因此寻求一种快速准确的发动机喘振故障的诊断方法对于保障航空发动机飞行安全具有重要的现实意义和价值。当前针对航空发动机喘振故障诊断的模型存在诊断时间长、诊断准确率不高的特点。为了解决这些问题,在序列到序列(Seq2Seq)模型的基础上,使用卷积神经网络(CNN)代替Seq2Seq中编码器-解码器结构上的长短时记忆网络(LSTM)构建得到基于CNN-Seq2Seq的航空发动机喘振诊断模型。该模型利用CNN局部连接以及权值共享的特点实现并行计算,从而大幅提高计算效率并降低诊断耗时。使用某型发动机上的多传感器试验数据对模型进行实验,实验结果表明该模型在显著降低模型大小和计算量的同时,在精确率、召回率及F1 Score上仍然获得了94.3%、92.1%、93.2%的表现,同时单次预测耗时仅需2 ms。     

基于极限学习机的航空发动机传感器故障诊断

针对当前应用于航空发动机传感器故障诊断中的基于梯度的传统学习算法多存在参数选择困难、容易陷入局部最小化、过拟合等问题,提出了基于极限学习机(ELM)的航空发动机传感器故障诊断方法。算法只需设置隐含层神经元的个数,能够较好地避免上述问题,缩短故障诊断时间、提升诊断精度。通过仿真试验表明:基于ELM算法所建的航空发动机传感器故障诊断模型要比基于BP神经网络算法所建的模型耗时短且精度高。     

基于卷积神经网络的发动机气路故障诊断方法

深度学习是一种新的基于特征表示的机器学习方法。深度学习模型包含多个隐藏层,可以通过对输入数据进行自动学习来获取隐藏的功能层中的特征信息。与传统的诊断方法相比,深度学习具备从原始信息中提取更丰富的特征的能力,因此已经成为基于机器学习的故障诊断研究的新方向,为发动机气路等复杂系统故障诊断带来了新思路。结合发动机气路试验数据的特点与深度学习的优势,提出基于卷积神经网络的故障诊断方法,包括预处理、模型训练及优化等过程,并实现了复杂系统故障诊断预测算法平台。经某发动机气路试验仿真数据实例验证,提出的方法具有较好的可行性和效果,能够充分利用深度学习的优点,更准确地识别发动机气路的健康状况。     

基于卷积神经网络的发动机故障预测方法

近年来,卷积神经网络(CNN)等深度学习方法的发展为发动机故障诊断和预测带来了新的思路。CNN具有局部连接、权值共享、池化操作以及多层结构等特点,能够有效提取局部特征,降低网络的训练难度,使CNN具有很强的学习能力和特征表达能力。开展了深度卷积神经网络故障预测方法研究,实现了面向发动机气路故障预测算法架构。利用基于发动机试验仿真数据对该方法进行了验证,并与其他几种常见的基于数据驱动的预测方法进行了比较,验证结果表明本文提出的基于卷积神经网络的预测方法具有较好的可行性和效果,可作为开展发动机PHM技术研究的参考。     

基于卷积神经网络的飞机液压系统故障诊断

现代飞机系统的复杂度和集成度均大幅提升,使得其故障诊断存在难度高和准确率低等特点。采用一维卷积神经网络方法对军用飞机液压系统的故障诊断问题进行了研究,构建了满足多传感器数据分析要求的卷积神经网络模型。考虑到神经网络的输入来自不同的传感器数据序列,各数据序列之间的空间关系不明显,因此,即使网络输入是二维形式,而实际的卷积操作均在一维上进行。通过解决某飞机液压系统的故障诊断问题,证明将标准化后的多传感器数据序列及对应故障模式作为训练样本对卷积神经网络模型进行训练时,采用满足训练要求的网络对飞机液压系统进行故障诊断时具有较高的准确率。     

基于LVQ网络的航空发动机气路故障特征提取方法研究

针对航空发动机预测与健康管理系统对其状态判断和故障诊断的需求,结合LVQ网络具有处理分类问题时能够识别信息内含有的重要聚类特征信息的优点,提出了基于LVQ神经网络的航空发动机故障特征提取方法。分析研究了LVQ神经网络的结构和学习算法,以及某型航空发动机的测量参数、数据预处理和故障样本选取方法。并以其设计点为例进行了系统仿真。通过与BP网络的分类器对比试验,表明了该算法的可行性和有效性。     

基于卷积神经网络的机械故障诊断技术综述

针对传统机械故障诊断方法难以解决人工提取不确定性的问题,提出了大量深度学习的特征提取方法,极大地推动了机械故障诊断的发展。作为深度学习的典型代表,卷积神经网络（CNN）在图像分类、目标检测、图像语义分割等领域都取得了重大的发展,在机械故障诊断领域也有大量文献发表。为了进一步了解利用CNN的方法进行机械故障诊断的问题,首先简单介绍了CNN的相关理论,然后从数据输入类型、迁移学习、预测等方面对CNN在机械故障诊断中的应用进行了归纳总结,最后展望了CNN及其在机械故障诊断应用中的发展方向。     

基于深度森林的无线传感器网络故障分类算法

针对无线传感器网络(WSN)节点容易出现故障从而导致网络瘫痪的问题,提出了一种基于改进的深度森林的无线传感器网络故障分类方法;深度森林是基于森林的集成学习方法,其输入是多维特征向量,特征向量将由多粒度扫描和级联森林这两个主要组成部分进行处理,多粒度扫描通过处理数据之间的关系来增强数据表示的能力,级联森林用于分类或预测;针对级联森林部分随着层数的增加可能造成的维数问题进行优化后,将该算法用于故障分类可以提高故障诊断的精确度;在仿真验证阶段,将该算法与深度神经网络(DNN)和支持向量机(SVM)算法进行对比;结果显示,该算法可以准确地识别出不同的故障类型,并且在损坏故障和电源故障的识别达到了最高精度,综合平均精度在98.4%;对偏移故障、漂移故障和通信故障的识别略低于卷积神经网络(CNN)算法,但综合训练时间、参数调节来看,该算法更能满足实际工程的需要。     

遥感图像飞机目标分类的卷积神经网络方法

目的 遥感图像飞机目标分类,利用可见光遥感图像对飞机类型进行有效区分,对提供军事作战信息有重要意义。针对该问题,目前存在一些传统机器学习方法,但这些方法需人工提取特征,且难以适应真实遥感图像的复杂背景。近年来,深度卷积神经网络方法兴起,网络能自动学习图像特征且泛化能力强,在计算机视觉各领域应用广泛。但深度卷积神经网络在遥感图像飞机分类问题上应用少见。本文旨在将深度卷积神经网络应用于遥感图像飞机目标分类问题。方法 在缺乏公开数据集的情况下,收集了真实可见光遥感图像中的8种飞机数据,按大致4∶1的比例分为训练集和测试集,并对训练集进行合理扩充。然后针对遥感图像与飞机分类的特殊性,结合深度学习卷积神经网络相关理论,有的放矢地设计了一个5层卷积神经网络。结果 首先,在逐步扩充的训练集上分别训练该卷积神经网络,并分别用同一测试集进行测试,实验表明训练集扩充有利于网络训练,测试准确率从72.4%提升至97.2%。在扩充后训练集上,分别对经典传统机器学习方法、经典卷积神经网络LeNet-5和本文设计的卷积神经网络进行训练,并在同一测试集上测试,实验表明该卷积神经网络的分类准确率高于其他两种方法,最终能在测试集上达到97.2%的准确率,其余两者准确率分别为82.3%、88.7%。结论 在少见使用深度卷积神经网络的遥感图像飞机目标分类问题上,本文设计了一个5层卷积神经网络加以应用。实验结果表明,该网络能适应图像场景,自动学习特征,分类效果良好。     

航空发动机排气温度测量通道故障智能检测方法研究

EGT（Exhaust Gas Temperature,排气温度）测量通道故障是一种典型的航空发动机测量系统故障,如果试验过程中不能及时发现,就存在不能及时排除EGT超温、发动机喘振、发动机异常停车等故障的可能,造成重大安全隐患。通过对EGT测量通道故障现象和数据的分析,提出了一种EGT测量通道故障模糊神经网络检测算法。该算法将高压转速偏差、低压转速偏差和排气温度偏差作为模糊逻辑系统的输入参数,通过模糊推理实现故障检测。高压转速、低压转速和排气温度的估计值通过试飞数据训练的神经网络估计模型获得。理论分析和试飞数据验证结果表明,该方法具备实时检测EGT测量通道故障的能力,且具有良好的稳定性,可以满足工程应用要求。     

不平衡训练数据下的基于生成对抗网络的轴承故障诊断

近年来,随着深度学习模型及其衍生模型在故障诊断领域中的成功应用,基于深度学习的故障诊断方法开始成为研究主流.但是当训练数据不均衡时,通过深度学习从不平衡的数据中提取的故障特征是不准确的,训练得到的神经网络模型的分类结果往往倾向多数类,极大影响了分类效果.针对这种情况,本文结合卷积神经网络设计了一种新的生成对抗网络模型(Convolutional Wasserstein Generative Adversarial Network,CWGAN).首先卷积神经网络从故障样本中提取故障特征,并将其作为对抗网络的输入,然后由解码器网络解码来自生成器的故障特征向量来生成故障样本,同时将提取的故障特征和训练过程中的故障诊断误差添加至生成器训练的损失函数中.实验表明本文提出的方法相比于基线模型(GAN-CNN)的平均F1值提高4%,较好地解决数据不平衡的分类问题.     

An improved convolutional neural network with an adaptable learning rate towards multi-signal fault diagnosis of hydraulic piston pump

Hydraulic piston pump is a vital component of hydraulic transmission system and plays a critical role in some modern industrials. On account of the deficiencies of traditional fault diagnosis in preprocessing of original data and feature extraction, the intelligent methods based on deep learning accomplish the automatic learning of fault information by integrating feature extraction and classification. As a popular deep learning model, convolutional neural network (CNN) has been demonstrated to be potent and effective in image classification. In this research, an improved intelligent method based on CNN with adapting learning rate is constructed for fault diagnosis of a hydraulic piston pump. Firstly, three raw signals are converted into two dimensional time–frequency images by continuous wavelet transform, including vibration signal, pressure signal and sound signal. Secondly, an improved deep CNN model is built with an adaptive learning rate strategy for identifying the different fault types. Moreover, t-distributed stochastic neighbor embedding is employed to visualize the distribution of features learned by the main layers of CNN model. Confusion matrix is used to analyze the classification accuracy of each fault type. Compared with the CNN model without adapting learning rate, the improved model achieves a higher accuracy based on the selected three kinds of signals. Experiments indicate that the improved CNN model can effectively and accurately identify various faults for a hydraulic piston pump.     

基于小样本学习的SAR图像识别

深度学习已成为图像识别领域的一个研究热点。与传统图像识别方法不同,深度学习从大量数据中自动学习特征,并且具有强大的自学习能力和高效的特征表达能力。但在小样本条件下,传统的深度学习方法如卷积神经网络难以学习到有效的特征,造成图像识别的准确率较低。因此,提出一种新的小样本条件下的图像识别算法用于解决SAR图像的分类识别。该算法以卷积神经网络为基础,结合自编码器,形成深度卷积自编码网络结构。首先对图像进行预处理,使用2D Gabor滤波增强图像,在此基础上对模型进行训练,最后构建图像分类模型。该算法设计的网络结构能自动学习并提取小样本图像中的有效特征,进而提高识别准确率。在MSTAR数据集的10类目标分类中,选择训练集数据中10%的样本作为新的训练数据,其余数据为验证数据,并且,测试数据在卷积神经网络中的识别准确率为76.38%,而在提出的卷积自编码结构中的识别准确率达到了88.09%。实验结果表明,提出的算法在小样本图像识别中比卷积神经网络模型更加有效。     

基于极限学习机的船舶柴油机故障诊断

针对传统深度核极限学习机网络仅利用端层特征进行分类导致特征不全面，以及故障诊断分类器中核函数选择不恰当等问题，提出基于多层特征表达和多核极限学习机的船舶柴油机故障诊断方法。利用深度极限学习机网络提取故障数据的多层特征；将提取出的各层特征级联为一个具有多属性特征的故障数据特征向量；使用多核极限学习机分类器准确地实现柴油机的故障诊断。在标准分类数据集和船舶柴油机仿真故障数据集上的实验结果表明，与其他极限学习机算法相比，该方法能够有效提高故障诊断的准确率和稳定性，且具有较好的泛化性能，是柴油机故障诊断一个更为优秀实用的工具。     

基于半监督生成对抗网络的恶意代码家族分类实现

随着互联网的发展,恶意代码呈现海量化与多态化的趋势,恶意代码家族分类是网络空间安全面临的挑战之一。将半监督生成对抗网络与深度卷积学习网络相结合,构建半监督深度卷积生成对抗网络,提出了一种恶意代码家族分类模型,通过恶意代码家族特征分析,对恶意代码进行特征提取,转化为一维灰度图像;然后基于一维卷积神经网络1D-CNN,构建半监督生成对抗网络SGAN,形成恶意代码家族分类模型SGAN-CNN。从特征提取优化、半监督生成对抗训练算法优化等方面进行恶意代码家族分类能力提升。为了验证SGAN-CNN模型的分类效果,在Microsoft Malware Classification Challenge数据集上进行实验。5折交叉验证测试显示,本文提出的模型在样本标注标签占80%的情况下,分类的平均准确率达到98.81%;在样本标注标签仅有20%的情况下,分类的平均准确率达到98.01%,取得了较好的分类效果。在小样本数量情况下,也能取得不错的分类准确率。     

基于堆叠模型的司法短文本多标签分类

司法文书短文本的语义多样性和特征稀疏性等特点,对短文本多标签分类精度提出了很大的挑战,传统单一模型的分类算法已无法满足业务需求.为此,提出一种融合深度学习与堆叠模型的多标签分类方法.该方法将分类器划分成两个层次,第一层使用BERT、卷积神经网络、门限循环单元等深度学习方法作为基础分类器,每个基础分类器模型通过K折交叉验...     

基于双通道卷积神经网络的文本情感分类算法

针对现有深度学习方法在文本情感分类任务中特征提取能力方面的不足,提出基于扩展特征和动态池化的双通道卷积神经网络的文本情感分类算法.首先,结合情感词、词性、程度副词、否定词和标点符号等多种影响文本情感倾向的词语特征,形成一个扩展文本特征.然后,把词向量特征与扩展文本特征分别作为卷积神经网络的两个输入通道,采用动态k-max池化策略,提升模型提取特征的能力.在多个标准英文数据集上的文本情感分类实验表明,文中算法的分类性能不仅高于单通道卷积神经网络算法,而且相比一些代表性算法也具有一定的优势.     

基于ELM的航空发动机传感器故障诊断方法研究

为了在嵌入式ARM11平台中更好地实现航空发动机传感器故障监测与诊断,使用极限学习机（ ELM）代替传统的BP网络算法,只需选定隐含层节点数和激活函数,大大减少了BP算法中人为设置大量参数、训练过程慢,并需要不断调整网络参数以及容易陷入局部最优解的缺点。经过仿真验证对比两种算法,验证ELM算法的优越性。并使用C＋＋编程语言将ELM算法转换成航空发动机传感器故障诊断训练学习软件和诊断软件,经最终测试,该算法软件的测试精度良好,满足诊断需求。     

基于维修日志的飞机设备故障原因判别方法

在飞机维修与保养过程中,航空维修公司已积累了大量经验性的维修日志数据.合理利用该类维修日志,结合机器学习方法,可以辅助维修人员做出正确的故障诊断决策.首先,针对维修日志的特殊性,提出一种迭代式的故障诊断基本过程;其次,在传统的文本特征提取技术的基础上,基于领域内信息,提出一种基于卷积神经网络（convolution neural network,简称CNN）的小样本文本特征提取方法,在样本量较少的情况下,利用预测目标将字向量作为输入,得到更为充分的文本特征;最后,使用随机森林（random forest,简称RF）模型,结合其他故障特征判别飞机设备的故障原因.卷积神经网络以故障原因为目标,预先对故障现象中的字向量进行训练,从而得到更能反映该领域的文本特征.与其他文本特征提取方法相比,该类方法在小样本数据上得到了更好的效果.同时,将卷积神经网络与随机森林模型应用于飞机设备的故障原因判别,并与其他文本特征提取方式和机器学习预测模型进行对比,说明了该类文本特征提取方式和故障原因判别方法的合理性和必要性.