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基于FDTRP-ALDCNN的小样本轴承故障诊断方法
1
作者
王娜
刘佳林
王子从
《铁道科学与工程学报》
北大核心
2025年第9期4271-4283,共13页
针对滚动轴承在小样本条件下诊断精度低的问题,提出一种基于频域无阈值递归图与自适应线性可变卷积神经网络(frequency domain thresholdless recurrence plot-adaptive linear deformable convolutional neural network,FDTRP-ALDCNN)...
针对滚动轴承在小样本条件下诊断精度低的问题,提出一种基于频域无阈值递归图与自适应线性可变卷积神经网络(frequency domain thresholdless recurrence plot-adaptive linear deformable convolutional neural network,FDTRP-ALDCNN)的滚动轴承故障诊断方法。首先,使用快速傅里叶变换(fast fourier transform,FFT)将一维时域信号转为频域信号,并与无阈值递归图(thresholdless recurrence plot,TRP)相结合,以有效构建初始特征,提高模型输入质量;其次,采用线性可变卷积核(linear deformable convolutional kernel,LDConv)替换卷积神经网络中方形卷积核,从而能够根据采样数据的分布来调整卷积核形状,准确获取空间信息中的关键特征,提高小样本数据的利用率;再次,设计自适应交叉熵(adaptive cross entropy,ACE)损失函数,根据样本分类损失自适应调整分类器对难分与易分样本的拟合程度,增强难分样本损失在整体分类损失中的显著性,进一步提高小样本下的模型诊断精度;最后,采用CWRU滚动轴承数据集对所提方法进行3组仿真验证。对比仿真的结果表明,所提模型在不同小样本数量下均有较高的诊断准确率,最高可达到99.82%。而对2组不平衡数据集的泛化性分析可知,本模型的诊断准确率分别达到98.56%与99.3%,泛化能力优于其他模型,且具有良好的稳定性。并通过消融实验验证了FFT、LDConv与ACE损失函数对提高故障诊断精度的有效性。综上所述,所提方法能够有效诊断出小样本轴承故障,具有较高的实际应用价值。
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关键词
故障诊断
小样本
无阈值递归图
线性可变卷积核
卷积
神经网络
交叉熵损失函数
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职称材料
题名
基于FDTRP-ALDCNN的小样本轴承故障诊断方法
1
作者
王娜
刘佳林
王子从
机构
天津工业大学控制科学与工程学院
天津工业大学天津市电气装备智能控制重点实验室
出处
《铁道科学与工程学报》
北大核心
2025年第9期4271-4283,共13页
基金
天津市自然科学基金重点项目(23JCZDJC01140)。
文摘
针对滚动轴承在小样本条件下诊断精度低的问题,提出一种基于频域无阈值递归图与自适应线性可变卷积神经网络(frequency domain thresholdless recurrence plot-adaptive linear deformable convolutional neural network,FDTRP-ALDCNN)的滚动轴承故障诊断方法。首先,使用快速傅里叶变换(fast fourier transform,FFT)将一维时域信号转为频域信号,并与无阈值递归图(thresholdless recurrence plot,TRP)相结合,以有效构建初始特征,提高模型输入质量;其次,采用线性可变卷积核(linear deformable convolutional kernel,LDConv)替换卷积神经网络中方形卷积核,从而能够根据采样数据的分布来调整卷积核形状,准确获取空间信息中的关键特征,提高小样本数据的利用率;再次,设计自适应交叉熵(adaptive cross entropy,ACE)损失函数,根据样本分类损失自适应调整分类器对难分与易分样本的拟合程度,增强难分样本损失在整体分类损失中的显著性,进一步提高小样本下的模型诊断精度;最后,采用CWRU滚动轴承数据集对所提方法进行3组仿真验证。对比仿真的结果表明,所提模型在不同小样本数量下均有较高的诊断准确率,最高可达到99.82%。而对2组不平衡数据集的泛化性分析可知,本模型的诊断准确率分别达到98.56%与99.3%,泛化能力优于其他模型,且具有良好的稳定性。并通过消融实验验证了FFT、LDConv与ACE损失函数对提高故障诊断精度的有效性。综上所述,所提方法能够有效诊断出小样本轴承故障,具有较高的实际应用价值。
关键词
故障诊断
小样本
无阈值递归图
线性可变卷积核
卷积
神经网络
交叉熵损失函数
Keywords
fault diagnosis
small sample
thresholdless recurrence plot
linear deformable convolutional kernel
convolutional neural network
cross entropy loss function
分类号
TH133.33 [机械工程—机械制造及自动化]
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题名
作者
出处
发文年
被引量
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1
基于FDTRP-ALDCNN的小样本轴承故障诊断方法
王娜
刘佳林
王子从
《铁道科学与工程学报》
北大核心
2025
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