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专利号: 2021114796990
申请人: 南京信息工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于小波神经网络的网络故障诊断方法,其特征在于,包括步骤如下:S1,获取故障状态和正常状态下的网络数据;

S2,对网络故障数据进行数值化和归一化处理,并采用PCA降维算法进行数据降维;

S3,创建小波神经网络模型,选用改进的灰狼优化算法,将优化得到的参数作为小波神经网络模型的参数;再将步骤S2处理后的网络故障数据作为输入,反向调整参数时增加动量因子,通过不断训练,完成网络故障诊断模型建立;

改进的灰狼优化算法实现过程如下:S31,根据选择的神经网络模型,确定需要优化的参数数量Q满足条件如下:Q=Nin·Nhid+Nhid·Nout+2Nhid+2Nout其中,Nin是神经网络输入层的神经元个数,Nhid是神经网络隐含层的神经元个数,Nout是神经网络输出层的神经元个数;

S32,确定适应度计算函数:

其中,P为输入样本个数,obse表示实际样本类别值,pred表示代入狼群位置后小波神经网络的计算值;

S33,依据每个灰狼个体的适应度值来确定狼群等级α、β、δ和ω,将狼群中根据适应度值由小到大进行排序,第一个最小的灰狼个体作为头狼α,第二个体作为头狼β,第三个体作为头狼δ,其余的均为普通狼ω;对于每个灰狼个体,根据α、β、δ狼的位置更新自己的位置,并将新位置的适应度值与α、β、δ的位置适应度值比较,若新位置的适应度值更小,则保留新位置及其适应度值;不断迭代更新个体,达到迭代次数后,停止更新,此时,头狼α的位置,作为优化的小波神经网络权值、尺度因子、位移因子;实现过程如下:S331,灰狼个体将α、β、δ狼的位置假想为猎物的位置,并分别根据α、β、δ狼的位置更新自己的位置,该更新过程的表达式如下:Dα=|C1Xα(m′)‑X(m′)|Dβ=|C2Xβ(m′)‑X(m′)|Dδ=|C3Xδ(m′)‑X(m′)|X1=Xα(m′)‑A1Dα

X2=Xβ(m′)‑A2Dβ

X3=Xδ(m′)‑A3Dδ

其中,Xα(m′)、Xβ(m′)、Xδ(m′)分别为第m′次迭代后α、β、δ狼的位置,X(m′)是第m′代灰狼的位置,Dα、Dβ、Dδ是α、β、δ狼与灰狼之间的距离,X1、X2、X3为灰狼ω分别根据头狼α、β、δ的位置更新的位置;C1、C2、C3、A1、A2、A3为协同系数,协同系数C和A的计算公式分别为:C=2·r1

A=2s·r2‑s

其中,r1和r2为区间[0,1]的随机数,s是随迭代次数增加从2非线性递减到0的常数,m′max为优化算法的最大迭代次数;

S332,灰狼个体根据α、β、δ来更新自己的位置,并再次定位猎物的位置;具体表达式如下:

其中,Xα、Xβ、Xδ分别为α狼、β狼、δ狼的位置,W1、W2、W3分别为ω狼对α狼、β狼、δ狼的更新权重;

灰狼位置更新公式为:

X(m′+1)=W1*X1+W2*X2+W3*X3其中,X(m′+1)为第m′代灰狼的更新位置;

S4,输入实时网络状态数据,判断网络是否出现故障;

S5,输出网络故障诊断结果及具体故障类别。

2.根据权利要求1所述的基于小波神经网络的网络故障诊断方法,其特征在于,所述步骤S3中,小波神经网络模型的建立过程如下:设定有P个输入样本,N个输入层神经元数,M个输出层神经元数,则第p个样本输入为第k个隐含层的输出为 其中,h()为morlet小波函数,Wkn为第n个输入层和第k个隐藏层之间的连接权重,αk为小波的尺度因子,bk为小波的位移因子;

输出层的输出表达式为:

其中,Vmk为第m个输出层和第k个隐藏层之间的连接权重,p、n、m为整数,p∈[1,P],n∈[1,N],m∈[1,M];

小波神经网络输出的标准误差函数为:其中, 为第p个样本输出, 为第p个样本期望输出。

3.根据权利要求1所述的基于小波神经网络的网络故障诊断方法,其特征在于,所述步骤S3中,增加了动量因子ma后的权值修正公式为:其中,η为网络训练的学习率,Vmk(t)、Wkn(t)、αk(t)、bk(t)分别代表第t次迭代时神经网络的Vmk、Wkn、αk、bk。

4.一种基于小波神经网络的网络故障诊断设备,其特征在于,主要包括数据获取模块、数据预处理模块、参数优化模块、训练模块和故障诊断模块,完成权利要求1‑3中任一项所述网络故障诊断模型的训练及故障诊断;

所述数据预处理模块用于原始网络故障数据的数值化、压缩和过滤,统一数据类型,去除故障数据中存在的大量冗余信息;所述参数优化模块用于优化相关诊断模型的参数;所述训练模块用于神经网络训练,形成历史故障数据诊断模型;所述故障诊断模块用于实时网络故障数据的诊断,形成诊断报告。

5.一种基于小波神经网络的网络故障诊断存储介质,用于存储程序,其特征在于,网络故障诊断设备执行所述程序以实现权利要求1‑3中任一项所述网络故障诊断方法。