为解决风电机组故障诊断中故障样本不足而导致模型准确率不高的问题,将当下备受关注的数据增强方法-去噪扩散概率模型(denoising diffusion probability model,DDPM)引入到故障诊断领域以生成大量高质量的故障样本数据集。因此,结合Tran...为解决风电机组故障诊断中故障样本不足而导致模型准确率不高的问题,将当下备受关注的数据增强方法-去噪扩散概率模型(denoising diffusion probability model,DDPM)引入到故障诊断领域以生成大量高质量的故障样本数据集。因此,结合Transformer网络,提出了一种DDPM-Transformer风电机组故障样本生成方法。首先,将用于计算机视觉图像生成领域的DDPM模型应用于风电机组故障诊断领域中,通过前向加噪过程将数据逐渐转化为噪声,再通过逆向去噪过程将噪声逐步恢复为原始数据,实现从噪声中生成故障数据,解决数据不平衡问题;其次,通过对原始DDPM中使用的U-net模块进行改进,使用Transformer模型替换U-net网络,利用扩散后的数据和添加的噪声训练Transformer模型,实现噪声预测,以提高故障数据的生成质量;最后,使用多种生成模型评价指标对生成的故障数据进行评价,在监督控制和数据采集系统(supervisory control and data acquisition,SCADA)故障数据生成中论证改进DDPM-Transformer模型的性能。通过试验证明,所提DDPM-Transformer模型与现有的生成模型相比,最大均值异(maximum mean discrepancy,MMD)最大提升0.13,峰值信噪比(peak signal to noise ratio,PSNR)最大提升7.8。所提模型可以有效地生成质量更高的风电机组故障样本,从而基于该样本集辅助训练基于深度学习的故障诊断模型,可以使诊断模型具有更高精度和良好的稳定性。展开更多
针对变工况条件下滚动轴承故障诊断模型泛化性能不佳的问题,基于深度域自适应与半监督学习技术,提出一种带有辅助分类器的半监督卷积神经网络(semi-supervised convolutional neural network based on auxiliary classifier,简称SSCNN-...针对变工况条件下滚动轴承故障诊断模型泛化性能不佳的问题,基于深度域自适应与半监督学习技术,提出一种带有辅助分类器的半监督卷积神经网络(semi-supervised convolutional neural network based on auxiliary classifier,简称SSCNN-AC)滚动轴承跨域故障诊断模型。首先,为提升训练过程中目标域样本伪标签的置信度,所提模型引入最近邻中心分类器作为辅助分类器,以类中心与样本嵌入特征间的余弦距离为目标域样本生成伪标签,有效提升伪标签的可靠性;其次,采用带有标签平滑项的交叉熵损失函数计算分类损失,抑制伪标签噪声对半监督学习的不利影响,提升模型泛化性能;最后,以2个不同数据集的实验结果分析对所提模型进行验证。结果表明:所提模型可有效对齐不同工况下振动信号的嵌入特征,在滚动轴承的跨域故障诊断方面具有明显优势。展开更多
无转速计阶次分析是解决变转速故障诊断问题的有效方法,其关键在于提取时频脊线作为转轴瞬时频率。针对变转速工况下谐波减速器振动信号时频脊线误差大与故障特征阶次提取不准确的问题,提出一种子带平均Hoyer图(subband average Hoyergr...无转速计阶次分析是解决变转速故障诊断问题的有效方法,其关键在于提取时频脊线作为转轴瞬时频率。针对变转速工况下谐波减速器振动信号时频脊线误差大与故障特征阶次提取不准确的问题,提出一种子带平均Hoyer图(subband average Hoyergram,SAH)结合二阶同步提取变换(second order synchroextracting transform,SSET)的变转速谐波减速器故障诊断方法。该方法提出基于双树复小波包变换的SAH,根据最优频段设计带阻滤波器,滤除故障冲击成分所处共振频段;提出SAH-SSET结合快速路径优化算法的时频脊线提取方法,改善频率模糊现象,提取时频脊线进行阶次分析,进而根据包络阶次谱判断谐波减速器故障类型。通过400→1000 r/min→500 r/min先加速后减速过程的谐波减速器4种故障信号进行试验验证,所提方法时频脊线的均方根误差为0.0072,极接近于0,决定系数R^(2)为0.8960,较对比方法提升0.1785~0.3767,更趋近于1,故障特征阶次最大误差为1.19%,较对比方法减少3.63%~4.34%。结果表明,所提方法对变转速下谐波减速器具有良好的故障诊断能力。展开更多
针对FasterVit网络存在的注意力机制失衡、池化策略缺陷导致部分重要特征无法保留和损失函数不能全面考虑所有类别的信息导致学习到的特征比较分散等问题,提出了一种基于CFasterVit-三并联分支融合注意力机制(triple-parallel fusion at...针对FasterVit网络存在的注意力机制失衡、池化策略缺陷导致部分重要特征无法保留和损失函数不能全面考虑所有类别的信息导致学习到的特征比较分散等问题,提出了一种基于CFasterVit-三并联分支融合注意力机制(triple-parallel fusion attention model,TFAM)与余弦均匀流形逼近与投影(cosineuniform manifold approximation and projection,COS-UMAP)模型的滚动轴承故障诊断方法。该模型由FasterVit-TFAM网络、COS-UMAP降维算法和激活函数类距均值标准差损失函数(class-distance mean standard deviation loss,CMSD)-Softmax组成。首先,提出了一种新的注意力机制TFAM,并与FasterVit网络结合,提升了FasterVit网络信息关注的均衡性和表征能力;其次,将基于COS-UMAP降维算法取代FasterVit网络全连接层前最后一次池化操作,有效筛选并保留多维数据中的重要特征;最后,将类距均值标准差损失函数替换Softmax激活函数中的交叉熵损失函数,更全面地学习特征并提高模型的泛化性。西安交通大学滚动轴承数据集滚动轴承故障试验结果表明,TFAM注意力机制和其他注意力机制相比诊断准确率最大提升8.0%,COS-UMAP对比其他降维算法诊断准确率最大提升15.8%,CMSD对比交叉熵损失函数诊断准确率提升0.5%,所提模型对故障样本的识别准确率达到了99.6%,相比FasterVit提升了1.4%,相较于其他网络模型最大提升7.8%;东南大学滚动轴承数据集仿真验证试验结果表明,所提模型对故障样本识别率达98.6%,相比FasterVit提升了2.2%,平均每轮训练时间缩短了16.92 s,对比其他网络模型最大提升12.2%,有效提高了滚动轴承故障诊断模型的准确率和泛化性能。展开更多
针对现有基于深度学习的滚动轴承故障诊断方法存在准确度不高、泛化性较差的缺点,提出了一种基于SConvNeXt-ECMS(the ConvNeXt network based on shuffled convolution-efficient channel and multi-scale spatial attention module)与D...针对现有基于深度学习的滚动轴承故障诊断方法存在准确度不高、泛化性较差的缺点,提出了一种基于SConvNeXt-ECMS(the ConvNeXt network based on shuffled convolution-efficient channel and multi-scale spatial attention module)与DBO-RELM(dung beetleoptimizer regularized extreme learning machine)的滚动轴承故障诊断模型。将ECMS注意力机制与分流卷积模块融入ConvNeXt网络,提升ConvNeXt网络的特征提取能力;使用蜣螂优化算法完成参数寻优后的RELM替换网络原有分类层,提升网络对相近特征的分辨能力;利用哈尔滨工业大学航空轴承故障数据集仿真实验,验证所提分流卷积对ConvNeXt网络的提升效果;使用帕德博恩大学数据集进行滚动轴承混合故障诊断实验,验证所提SConvNeXt-ECMS与DBO-RELM模型的分类效果。仿真实验结果表明:所提SConvNeXt网络在航空轴承故障分类任务中,准确率可达100%,优于其他现有网络;帕德博恩大学滚动轴承混合故障诊断实验表明,所提ECMS注意力机制以及DBO-RELM方法均对原网络的性能有进一步的提升,新模型对滚动轴承混合故障的诊断准确率最高可达99.94%,相较于其他现有的滚动轴承故障诊断模型,均具有更高的故障诊断准确率和更强的泛化能力。展开更多
文摘为解决风电机组故障诊断中故障样本不足而导致模型准确率不高的问题,将当下备受关注的数据增强方法-去噪扩散概率模型(denoising diffusion probability model,DDPM)引入到故障诊断领域以生成大量高质量的故障样本数据集。因此,结合Transformer网络,提出了一种DDPM-Transformer风电机组故障样本生成方法。首先,将用于计算机视觉图像生成领域的DDPM模型应用于风电机组故障诊断领域中,通过前向加噪过程将数据逐渐转化为噪声,再通过逆向去噪过程将噪声逐步恢复为原始数据,实现从噪声中生成故障数据,解决数据不平衡问题;其次,通过对原始DDPM中使用的U-net模块进行改进,使用Transformer模型替换U-net网络,利用扩散后的数据和添加的噪声训练Transformer模型,实现噪声预测,以提高故障数据的生成质量;最后,使用多种生成模型评价指标对生成的故障数据进行评价,在监督控制和数据采集系统(supervisory control and data acquisition,SCADA)故障数据生成中论证改进DDPM-Transformer模型的性能。通过试验证明,所提DDPM-Transformer模型与现有的生成模型相比,最大均值异(maximum mean discrepancy,MMD)最大提升0.13,峰值信噪比(peak signal to noise ratio,PSNR)最大提升7.8。所提模型可以有效地生成质量更高的风电机组故障样本,从而基于该样本集辅助训练基于深度学习的故障诊断模型,可以使诊断模型具有更高精度和良好的稳定性。
文摘针对变工况条件下滚动轴承故障诊断模型泛化性能不佳的问题,基于深度域自适应与半监督学习技术,提出一种带有辅助分类器的半监督卷积神经网络(semi-supervised convolutional neural network based on auxiliary classifier,简称SSCNN-AC)滚动轴承跨域故障诊断模型。首先,为提升训练过程中目标域样本伪标签的置信度,所提模型引入最近邻中心分类器作为辅助分类器,以类中心与样本嵌入特征间的余弦距离为目标域样本生成伪标签,有效提升伪标签的可靠性;其次,采用带有标签平滑项的交叉熵损失函数计算分类损失,抑制伪标签噪声对半监督学习的不利影响,提升模型泛化性能;最后,以2个不同数据集的实验结果分析对所提模型进行验证。结果表明:所提模型可有效对齐不同工况下振动信号的嵌入特征,在滚动轴承的跨域故障诊断方面具有明显优势。
文摘无转速计阶次分析是解决变转速故障诊断问题的有效方法,其关键在于提取时频脊线作为转轴瞬时频率。针对变转速工况下谐波减速器振动信号时频脊线误差大与故障特征阶次提取不准确的问题,提出一种子带平均Hoyer图(subband average Hoyergram,SAH)结合二阶同步提取变换(second order synchroextracting transform,SSET)的变转速谐波减速器故障诊断方法。该方法提出基于双树复小波包变换的SAH,根据最优频段设计带阻滤波器,滤除故障冲击成分所处共振频段;提出SAH-SSET结合快速路径优化算法的时频脊线提取方法,改善频率模糊现象,提取时频脊线进行阶次分析,进而根据包络阶次谱判断谐波减速器故障类型。通过400→1000 r/min→500 r/min先加速后减速过程的谐波减速器4种故障信号进行试验验证,所提方法时频脊线的均方根误差为0.0072,极接近于0,决定系数R^(2)为0.8960,较对比方法提升0.1785~0.3767,更趋近于1,故障特征阶次最大误差为1.19%,较对比方法减少3.63%~4.34%。结果表明,所提方法对变转速下谐波减速器具有良好的故障诊断能力。
文摘针对FasterVit网络存在的注意力机制失衡、池化策略缺陷导致部分重要特征无法保留和损失函数不能全面考虑所有类别的信息导致学习到的特征比较分散等问题,提出了一种基于CFasterVit-三并联分支融合注意力机制(triple-parallel fusion attention model,TFAM)与余弦均匀流形逼近与投影(cosineuniform manifold approximation and projection,COS-UMAP)模型的滚动轴承故障诊断方法。该模型由FasterVit-TFAM网络、COS-UMAP降维算法和激活函数类距均值标准差损失函数(class-distance mean standard deviation loss,CMSD)-Softmax组成。首先,提出了一种新的注意力机制TFAM,并与FasterVit网络结合,提升了FasterVit网络信息关注的均衡性和表征能力;其次,将基于COS-UMAP降维算法取代FasterVit网络全连接层前最后一次池化操作,有效筛选并保留多维数据中的重要特征;最后,将类距均值标准差损失函数替换Softmax激活函数中的交叉熵损失函数,更全面地学习特征并提高模型的泛化性。西安交通大学滚动轴承数据集滚动轴承故障试验结果表明,TFAM注意力机制和其他注意力机制相比诊断准确率最大提升8.0%,COS-UMAP对比其他降维算法诊断准确率最大提升15.8%,CMSD对比交叉熵损失函数诊断准确率提升0.5%,所提模型对故障样本的识别准确率达到了99.6%,相比FasterVit提升了1.4%,相较于其他网络模型最大提升7.8%;东南大学滚动轴承数据集仿真验证试验结果表明,所提模型对故障样本识别率达98.6%,相比FasterVit提升了2.2%,平均每轮训练时间缩短了16.92 s,对比其他网络模型最大提升12.2%,有效提高了滚动轴承故障诊断模型的准确率和泛化性能。
