1.工业过程的多尺度残差卷积与LSTM融合性能评估方法,其特征在于包括如下步骤:步骤一、以频率fs采集工业过程系统变量的运行数据,建立一个含有多变量,多类型故障的数据集,并对其进行数据预处理,在此基础上对故障类型进行编号打标签,设置对应的关系,之后对故障类型和标签划分相应的训练集和测试集;
步骤二、构建多尺度残差卷积与LSTM网络故障诊断模型,包括残差模块、多尺度残差模块、LSTM模块以及分类模块,具体包括如下步骤:步骤2.1、残差模块包括卷积层和BN层,卷积层对数据进行卷积运算,采用relu激活函数,padding采用same表示填充输入,使得输出与输入具有相同的长度,并使用正则化;
BN层对输入数据进行批归一化操作,使得输出数据的均值0,方差为1;
残差模块的输出结果输入到最大池化层中;
步骤2.2、多尺度残差模块分别采用不同卷积核大小的卷积核数量为64的残差模块并行连接,将提取到的特征数据拼接成特征向量,通过多尺度特征连接模块进行特征融合得到输出特征y,之后输入到LSTM模块;
步骤2.3、LSTM模块包括两层单元数分别为64和128的LSTM网络、BN层以及最大池化层,采用激活函数,输出结果输入到分类模块中;
步骤2.4、分类模块包括全连接层与dropout层,全连接层将卷积网络提取到的局部特征进行展平加权,输入到dropout层;
dropout层以概率p随机丢弃网络中的神经元,加强模型的泛化能力,之后将输出结果输入到分类层;
步骤三、利用训练集训练多尺度残差卷积与LSTM网络故障诊断模型,以故障类型标签作为所述模型的输出,将输出标签与真实标签的交叉熵作为损失函数,利用优化器进行反向传播,更新整个模型的参数,优化损失函数;
步骤四、将测试集输入训练好的多尺度残差卷积与LSTM网络故障诊断模型中,进行故障识别,输出诊断结果。
2.如权利要求1所述的工业过程的多尺度残差卷积与LSTM融合性能评估方法,其特征在于所述步骤2.1中的卷积运算如下:[l] [l] [l‑1] [l]
x =f(W *x +b ) (2)
[l] [l]
式中x 表示第l层的输出,l∈[1,2,…,n],W 表示第l层卷积核,“*”表示卷积运算,b[l]表示第l层对应的偏置,f(·)表示激活函数。
3.如权利要求1所述的工业过程的多尺度残差卷积与LSTM融合性能评估方法,其特征在于所述步骤2.1中的BN层,具体操作如下:式中 表示经BN层计算后的输出;yi表示输入的特征值;E表示输入特征值的均值;D表示输入特征值得方差;γ和β表示模型中需要训练的参数。
4.如权利要求1所述的工业过程的多尺度残差卷积与LSTM融合性能评估方法,其特征在于所述步骤2.1中的正则化是L2正则化,具体表示如下:(n) n
式中N表示样本数,y 表示第n个样本的实际标签,n∈[1,2,…,N],x表示第n个样本,θ为其参数,lp为范数函数,p∈[1,2],代表L2范数,λ为正则化系数,f(·)为学习的神经网络,L(·)为损失函数。
5.如权利要求1所述的工业过程的多尺度残差卷积与LSTM融合性能评估方法,其特征在于所述步骤2.1中的最大池化层,具体计算如下:h=max(c(t)) (6)
式中h表示池化层的输出,c(t)表示输入特征中每个神经元的数值集合,t∈[1,2,…,n],表示第t个神经元。
6.如权利要求1所述的工业过程的多尺度残差卷积与LSTM融合性能评估方法,其特征在于所述步骤2.3中的激活函数是tanh激活函数,具体计算公式如下:
7.如权利要求1所述的工业过程的多尺度残差卷积与LSTM融合性能评估方法,其特征在于所述步骤2.4中的全连接层,具体计算公式如下:y=W*x+b (8)
式中W表示权重,b表示偏置,x表示输入神经元,y表示加权后的输出。
8.如权利要求1所述的工业过程的多尺度残差卷积与LSTM融合性能评估方法,其特征在于所述步骤2.4中的分类层是Softmax分类层,将输入特征进行分类运算,其计算公式如下:式中 表示第i个输出神经元的值。
9.如权利要求1所述的工业过程的多尺度残差卷积与LSTM融合性能评估方法,其特征在于所述步骤一中的数据预处理,是指对数据集进行离差标准化处理,对采集的原始信号数据集进行线性变化,使数据样本落在[0,1]区间,相关转换函数如下:式中min{·}表示原始数据中的最小值,max{·}表示样本数据中的最大值,xi表示样本数据。
10.如权利要求1所述的工业过程的多尺度残差卷积与LSTM融合性能评估方法,其特征在于所述步骤一中的打标签,是指对数据集进行one‑hot编码,即使用N位状态寄存器来对N个故障进行编码,每个故障都有各自独立的寄存器位,且在任意时刻,只有其中一位有效。