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专利号: 202111567596X
申请人: 燕山大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-07-01
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于零试学习和潜在空间编码的旋转机械故障诊断方法,其特征在于:包括如下步骤:

S1、采集旋转机械信号:获取实验需要的正常数据样本、自然损害的数据样本和人为故障的数据样本,将采集到的所有样本整合成一个完整的数据集,并将该数据集划分为训练集、验证集和测试集;

S2、数据预处理及特征提取:对训练集、验证集和测试集分别进行预处理,然后对预处理后的数据进行特征提取;

S3、建立基于零试学习的潜在空间编码模型,从训练集和验证集中提取的视觉特征均用 表示,将视觉特征送入潜在空间编码模型中,由标注数据的惩罚函数来训练整个模型,找到潜在空间编码模型的最优解矩阵Ui,最优解矩阵Ui是使输入矩阵和恢复矩阵之间差异最小时的编码矩阵,如果找到最优解矩阵Ui,则用测试集进行测试并保存相关参数,否则调整超参数,优化模型,直到找出最优解矩阵Ui;

S4、训练完成后,将测试集中的数据送入训练好的潜在空间编码模型中,验证性能效果,若检测效果好,则为最终结果,否则继续调整超参数继续训练,直到得到最优模型。

2.根据权利要求1所述的基于零试学习和潜在空间编码的旋转机械故障诊断方法,其特征在于:所述步骤S2中数据预处理过程中采用小波变换得到时频谱图,具体过程为:首先将单个数据样本剪切成长度为1024的序列,然后使用小波变换得到同一大小的时频谱图,最后对经过预处理的数据分类保存。

3.根据权利要求2所述的基于零试学习和潜在空间编码的旋转机械故障诊断方法,其特征在于:所述步骤S2中数据样本进行特征处理过程中采用AlexNet网络进行特征提取,并将经过AlexNet进行特征提取后的结果送入步骤S3中建立的潜在空间编码模型中训练。

4.根据权利要求3所述的基于零试学习和潜在空间编码的旋转机械故障诊断方法,其特征在于:所述步骤S3中在潜在空间编码的模型中经过特征提取的样本输入为xi∈X1(i=

1,2,......,N),xi是指数据集中人为故障的数据样本中第i个数据样本的视觉特征矩阵,在编码过程中,编码器结构对输入向量Xi进行映射,得到编码后的向量C,向量C表示为输入向量Xi和编码矩阵 的乘积,表示为 在译码过程中,译码器结构对向量C进行映射,得到重构矩阵 是对输入信号的近似,因此,向量C表示为译码矩阵Vi和重构矩阵的乘积,表示为

5.根据权利要求4所述的基于零试学习和潜在空间编码的旋转机械故障诊断方法,其特征在于:所述步骤S3中寻找潜在空间编码模型的最优解矩阵Ui过程中,惩罚函数满足以下公式:

其中,λ是平衡两项的参数, 是重构矩阵和输入矩阵的重构误差,是由输入矩阵导出的码向量C和 之间的误差,由于编码‑解码框架是对称结构,因此编码矩阵和解码矩阵是对称的,有Ui=Vi。

6.根据权利要求5所述的基于零试学习和潜在空间编码的旋转机械故障诊断方法,其特征在于:所述步骤S3中潜在空间编码模型训练过程中,当得到最小化的误差函数时,计算得出Ui的最优解矩阵为:当将公式(1)中的Ui替换为Ui的最优解矩阵之后,公式(1)的惩罚函数表示为:Tr[·]表示矩阵的迹,公式(3)中 是常数,求解L(Xi,C,Ui)的最小值,即求解 的最大值,因此,得出以下公式:T

s.t.CC=1,        (4)T

用C代替C,公式(4)可以写作:T T

L(Xi,C)=Tr[CΔiC]s.t.CC=1,      (5)其中,

7.根据权利要求6所述的基于零试学习和潜在空间编码的旋转机械故障诊断方法,其特征在于:所述步骤S4中潜在空间编码模型训练完成后进行测试,在测试样本过程中,类原型由训练中的可见类的类原型经过加权得到,每类的类原型用Si表示,i=1,…,N;因此,测试集中不可见的类原型由已知类的类原型的加权和构成表达式为:Au=αS1+....+γSN,α+...+γ=1,          (6)通过计算视觉特征与未知类原型之间的相似度,在这个过程中,将类原型编码到视觉空间中,在视觉空间中执行零试学习,有:其中,l(Xt)返回测试实例xt的标签, 是第j个不可见类的类原型Aj在视觉空间中的投影向量。