利索能及
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专利号: 2020108931971
申请人: 中国计量大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于改进型LSTM网络的表面粗糙度预测方法,其特征在于:包括如下步骤:S1将不同切削参数条件下所产生的振动信号作为输入,将不同切削参数下所对应的粗糙度值作为标签数据,建立不同切削参数下振动信号与所对应的粗糙度值的大数据集;

S2采用步骤S1中的大数据集对CNN网络层进行训练以获得CNN筛选特征集;

S3对步骤S1中的大数据进行人工筛选特征获得人工筛选特征集;

人工筛选特征集为manmade_feature=[a,b,c,d],其中a是CNN网络层的输入信号的均值、b是CNN网络层的输入信号的方差、c是CNN网络层的输入信号的峰值、d是CNN网络层的输入信号的峭度值;

S4将步骤S2中的CNN筛选特征集和步骤S3中的人工筛选特征集作为输入门的特征数据对LSTM网络层进行训练获得全特征集,以保证特征提取的稳定性;

所述的LSTM网络层包括若干单元组,每个单元组包括遗忘门、输出门和输入门;

其中,遗忘门计算如公式1所示:

ft=σ(Wf·[h't‑1,xt]+bf)(1)

其中,ft为遗忘门向量,Wf是待训练的参数,h't‑1为改进后上一时刻的单元输出,xt是CNN网络层的输出,bf是遗忘门的偏置项,σ为激活函数sigmoid;

输入门计算如公式2,3所示:

it=σ(Wi·[h't‑1,xt]+bi)(2)

其中σ为激活函数sigmoid、tanh为激活函数tanh,Wi、WC为待训练的参数,h't‑1为改进后上一时刻的单元输出,bi、bC为偏置项,it为输入门向量, 为当前输入的单元状态向量,xt为当前时刻网络的输入向量;

输出门计算如公式4,5所示

ot=σ(Wo[h't‑1,xt]+bo)(4)

ht=ot*tanh(Ct)(5)

其中,σ为激活函数sigmoid,Wo为待训练参数,h't‑1为改进后上一时刻的单元输出,bo为偏置项,ot为输出门向量,ht为此时刻的单元输出,xt为当前时刻网络的输入向量,Ct为当前时刻的单元状态向量;

S5采用一个FCN网络对全特征集进行训练,以获得振动信号与粗糙度值相对应的预测模型;

S6在S5的预测模型中输入待测粗糙度的振动信号以获得表面粗糙度值。

2.根据权利要求1所述的基于改进型LSTM网络的表面粗糙度预测方法,其特征在于:所述步骤S1中的过程如下:S11将不同铣削参数设定下的振动信号作为实验数据;铣削参数下所对应的工件表面粗糙度值作为模型的标签数据;大数据集内所对应的数据采集不低于1000组;

S12对S11中的原始振动信号进行预处理,预处理部分包括信号上采样、数据切割和数字滤波;预处理后得到数据集XX=[xx1,xx2,…,xx1000],XF=[xf1,xf2,…,xf1000],XX为预处理后的振动信号数据集,XF为提取的特征集,xxi为单条信号的数据矩阵,xfi为单条信号的特征矩阵。

3.根据权利要求1所述的基于改进型LSTM网络的表面粗糙度预测方法,其特征在于:所述步骤S2中的CNN网络层包括5层,分别为:第一层中卷积层filters数量为15,卷积核尺寸为131*131,激活函数为Relu;最大池化层中pool_size为2;

第二层中卷积层filters数量为17,卷积核尺寸为73*73,激活函数为Relu;最大池化层中pool_size为2;

第三层中卷积层filters数量为21,卷积核尺寸为29*29,激活函数为Relu;最大池化层中pool_size为2;

第四层中卷积层filters数量为27,卷积核尺寸为21*21,激活函数为Relu;最大池化层中pool_size为2;

第五层中卷积层filters数量为34,卷积核尺寸为15*15,激活函数为Relu;最大池化层中pool_size为2。

4.根据权利要求1所述的基于改进型LSTM网络的表面粗糙度预测方法,其特征在于:所述步骤S5中的全连接层的节点数为30,激活函数为linear;输入数据用xxi={x1,x2,…,xn}表示,其中n为单条输入信号长度,xi为单条输入信号第i采样点数值;训练时的模型参数为:损失函数为mean_squared_error,优化器为adam,学习率为0.001,迭代次数epoch为

300。