基于GRU与迁移学习的滚动轴承故障诊断

现阶段基于深度学习的故障诊断需要大量的数据,而制作数据集是一项耗时耗力的工作。针对这一缺点,提出一种基于门控循环单元(Gate Recurrent Unit,GRU)与迁移学习的滚动轴承故障诊断方法。该方法利用与目标域特征相似且易获得源域数据的特点训练网络,确定网络结构和参数,冻结经过训练的卷积神经网络(Convolutional Neural Networks,CNN)和GRU,用小样本目标域数据训练该网络,微调全连接层和分类层,达到迁移的目的。实验对比分析表明,基于GRU与迁移学习的滚动轴承故障诊断方法明显优于基于BP神经网络和基于概率神经网络(Probabilistic Neural Network,PNN)方法的故障诊断,能够更加准确地进行故障分类,为小样本数据集下的故障诊断提出了新思路。     

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.     

基于孪生域对抗迁移学习的滚动轴承故障诊断方法

针对多工况约束下滚动轴承故障诊断的难题,提出一种基于孪生域对抗迁移学习的滚动轴承故障诊断方法。首先,基于重采样扩充故障样本,通过降采样平衡正常样本,以防止样本不平衡带来的过拟合问题;然后,利用孪生神经网络对迁移学习特征提取的卷积层和池化层进行改进,应对故障样本稀缺问题,缩小不同工况下故障样本分布的差异,提高模型的泛化性;最后,基于公开和实测轴承故障数据集对算法进行全面性能评估。试验结果表明：孪生域对抗迁移学习(SDANN)对CWRU,MFPT和实测轴承数据集的诊断准确率及误差均值分别为(97.26±0.42)%,(95.18±0.28)%和(94.04±0.40)%,相比传统域对抗迁移学习(DANN)方法的平均准确率分别提高6.41%,12.5%和2.54%,误差均值分别降低1.16%,2.66%和0.43%,诊断时间分别加快1.39%,3.77%和9.95%;加入0和-10 dB噪声时,孪生域对抗迁移学习的诊断准确率最高仅降低1.63%;对CWRU与MFPT数据集跨域诊断时,孪生域对抗迁移学习的准确率及误差均值为(91.04±1.05)%;总体而言,孪生域对抗迁移学习对滚动轴承的故障...     

基于AlexNet和迁移学习的滚动轴承故障诊断研究

传统的轴承故障诊断方法需要进行复杂的信号处理,同时依赖专家知识和人工构造算法等技术手段,并且工程实际中可利用的机械设备故障数据量较少,针对这一系列问题,以滚动轴承正常运行时和发生不同故障时收集到的原始振动信号为识别依据,提出了一种基于AlexNet和迁移学习的滚动轴承故障诊断方法.将收集到的滚动轴承原始振动数据转换为振...     

基于LMD和改进CNN的轴承故障诊断方法

针对传统轴承故障诊断方法在实际工况、嘈杂环境中对轴承故障识别准确率较低的问题,提出了基于局部均值分解(LMD)和改进的卷积神经网络(CNN)轴承故障诊断方法。对振动信号进行局部均值分解得到若干乘机函数分量,选择合适的分量生成重构信号作为网络输入,提出一种改进的卷积神经网络框架,提高多变量时间序列的诊断效率,选用凯斯西楚大学滚动轴承数据进行试验验证,运用k-折交叉验证来评估模型性能,并通过模拟工业环境的噪声验证了的抗噪性能。结果表明,相较与传统诊断模型在噪声环境下对滚动轴承故障诊断有更好的识别效果。     

基于EMD二值化图像和CNN的滚动轴承故障诊断

针对传统故障诊断方法识别准确率低、泛化能力差,而基于深度学习的故障诊断普遍存在需要海量训练数据的问题,提出了一种基于经验模态分解(empirical mode decomposition,简称EMD)与卷积神经网络(convolutional neural networks,简称CNN)的滚动轴承智能故障诊断方法.首先...     

基于MWT和CNN的滚动轴承智能复合故障诊断方法

提出一种基于多小波变换(MWT)和卷积神经网络(CNN)的滚动轴承智能复合故障诊断方法。对滚动轴承的振动信号进行去除后处理的MWT,得到相应的多小波系数分支;用所得多小波系数分支构造特征图,建立CNN分类器组模型,以实现滚动轴承复合故障的智能诊断。基于人工轴承故障数据集进行了实验研究,同时对诊断方法作了优化改进,即对振动信号进行MWT,用所得多小波系数矩阵构造特征图,建立CNN分类器模型,并进行了对比实验研究。结果表明,该方法能有效识别滚动轴承的复合故障,改进的方法能有效提高故障识别率,降低训练成本。     

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CBAM-CNN的滚动轴承故障诊断方法

针对传统轴承故障诊断需要依靠先验知识和专业技术的问题,提出一种端到端的流程架构和基于卷积神经注意力模块-卷积神经网络(Convolutional Block Attention Module-Convolution Neural Network, CBAM-CNN)的滚动轴承故障诊断模型,该方法能够自适应提取故障特征,摆脱了对人工处理复杂信号的依赖。首先,将一维故障振动信号转换为二维图像,并用伪彩色将其变为RGB三通道图像;其次,通过注意力机制CBAM模型,注重其重要的特征信息,调整权重参数,之后将其输入卷积神经网络,并添加Dropout层来增强模型的鲁棒性,添加L2正则化来防止过拟合且提升模型的泛化能力;最后,对不同类型的滚动轴承故障进行分类,完成滚动轴承故障诊断。为了验证CBAM-CNN模型的性能,使用了美国凯斯西储大学轴承实验台数据集进行验证,并将该网络模型应用于轴承实验台。结果表明,与其他诊断方法相比,该方法不仅结构简单,而且诊断高效,故障诊断效果良好。     

基于shapelets时间序列的多源迁移学习滚动轴承故障诊断方法

针对滚动轴承故障诊断在工程实际中故障数据稀缺的问题,提出一种基于shapelets时间序列的多源迁移学习滚动轴承故障诊断方法。首先利用典型故障信息丰富、标记样本充足的滚动轴承数据构建多源域数据集,使用不同源域的数据对源域特征提取器与分类器进行预训练;然后利用基于动态时间规整的shapelets学习算法提取源域与目标域的shapelets作为判别结构,通过度量判别结构优化源域数据,对源域网络进行微调以得到诊断模型;最后根据每个源域与目标域的shapelets之间的差异,利用自适应域权重对各分类器的结果进行聚合得出诊断结果。实验结果表明,该方法在小样本与强噪声的情况下具有较高的故障诊断准确率。     

基于改进CNN的起重机械滚动轴承故障诊断

针对起重机械中的滚动轴承在高转速、重载荷和强噪声背景下,早期故障特征难以提取及有效识别的问题,提出一种改进卷积神经网络(CNN)的故障诊断方法.该方法首先应用短时傅里叶变换(STFT)将传感器采集到的一维振动信号转换为二维时频图,并将其作为改进卷积神经网络的输入,然后利用卷积神经网络强大的特征提取能力自适应地提取故障特...     

基于深度学习与子域适配的齿轮故障诊断

针对生产实际中标注故障数据不足的问题,提出了基于深度学习与子域适配的齿轮故障诊断方法。首先构建域共享的一维卷积神经网络,从故障数据中提取可迁移特征;然后采用多核局部最大均值差异来测量可迁移特征相关子域的分布差异,并将测得的分布差异加入目标函数中训练;最后将训练完成的模型用于目标域健康状态的识别。实验结果表明,所提方法能在无标签目标域数据的情况下得到较高的准确率。     

一种改进1DCNN的滚动轴承变工况故障诊断方法

针对滚动轴承在强噪声背景时运行存在不同工况下样本分布不同而导致传统模型诊断精度较低的问题,提出一种改进一维卷积神经网络的滚动轴承变工况故障诊断方法。以一维卷积神经网络模型为基础,通过全局均值池化代替全连接层,减少模型训练参数,同时在全局均值池化层引入最大均值差异域自适应迁移学习实现滚动轴承变工况故障诊断。与ResNet和1DCNN+DA等方法的对比分析表明,将1DCNN模型中的FC层通过GAP层代替并与DA迁移学习相结合,能够提高整个模型的泛化性和诊断精度。     

基于机器学习的航天器滚动轴承故障诊断分析

滚动轴承作为航天器的基本零件,诊断其损坏类型具有重要意义.其中的深沟球轴承在航天器中应用广泛.采用西储大学轴承数据进行训练来模拟航天器轴承故障,分析航天器此类轴承故障.使用的机器学习方法有长短期记忆网络(LSTM)和卷积神经网络(CNN).实验表明,用驱动端和风扇端内圈数据分别训练,单层卷积神经网络用时最少,平均为16...     

基于增强迁移卷积神经网络的机械智能故障诊断

现有的基于深度迁移学习的智能诊断方法通常对源域和目标域特征对齐来减少两者分布差异,没有考虑源域类别决策边界对目标域特征匹配的影响,针对此不足,提出了一种增强迁移卷积神经网络(Enhanced transfer convolutional neural network,ETCNN)来改进机械设备在变工况下的诊断精度和泛化...     

基于二次迁移学习和EfficientNetV2的滚动轴承故障诊断

针对工程实际故障诊断环境下,可用数据稀缺,导致智能诊断模型对轴承健康状态识别精度较低这一问题,提出一种基于二次迁移学习和EfficientNetV2(Two-Step Transfer of EfficientNetV2,TSTE)的滚动轴承故障诊断新方法。首先,将模型在轴承全寿命周期数据集中训练,之后冻结模型浅层权重,将其在多工况轴承数据集中训练,进行第一次迁移学习。其次,通过构造类不平衡数据集,研究实际故障环境下可用数据稀缺对故障诊断性能的影响。然后,基于合成少数类过采样技术（Synthetic Minority Oversampling Technique,SMOTE）过采样方法与编辑最近邻（Edited Nearest Neighbors,ENN）欠采样方法对故障数据进行扩充,使类不平衡数据集重构为类平衡数据集。最后,将模型在类平衡数据集中训练,冻结模型底层权重,训练模型深层,进行第二次迁移学习,使模型掌握平衡数据集故障特征。通过多种指标进行实验评估,同时与其他方法进行对比,并使用GradCAM方法进行了特征可视化。结果表明,所提方法能够将模型在实验室环境下积累的故障诊断知识应...     

基于多种卷积核特征提取自适应融合的滚动轴承故障诊断方法

传统卷积神经网络模型采用单一类型卷积核,面对复杂工况下的实际数据时存在特征提取不充分,故障识别率低等问题,因此提出了一种基于多种卷积核特征提取自适应融合的滚动轴承故障诊断方法(MCK-CNN)。首先,将轴承一维振动信号经过小波变换转换为二维时频图,将时频图经过一个共同的特征提取网络初步进行特征提取后并行经过一个常规的Convolution和Involution卷积网络;然后,经过2个由不同卷积核构成的网络进行不同方式的特征提取并通过CBAM注意力模块将两类特征自适应地融合;最后,将融合特征输入全连接层并通过Softmax函数输出分类结果。CWRU和实验室轴承数据集的试验结果表明,MCK-CNN模型的训练效率和故障识别率均较高。     

自适应正则化迁移学习的不同工况下滚动轴承故障诊断

针对不同工况下存在两域分布差异复杂的问题,提出自适应正则化迁移学习的不同工况下滚动轴承故障诊断方法。首先,训练基分类器为目标域预测伪标签,利用联合分布适配对齐两域分布,以减小分布差异;其次,通过流形正则化对目标域数据进一步利用,挖掘数据的潜在分布几何结构,学习目标域数据分布信息;最后,利用在结构风险最小化框架下建立的分类器结合上述两步学习策略,迭代更新伪标签获得最优系数矩阵完成不同工况下滚动轴承故障诊断。在两组滚动轴承数据集上进行实验验证,实验结果显示所提方法识别准确率分别达到了96.38%,94.18%。证明该方法能够有效应对多种工况导致的复杂分布差异,同时具有较好的有效性和可行性。