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专利号: 2022102360171
申请人: 山东科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-27
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于深度原型网络的少样本轴承故障诊断方法,其特征在于,包括以下步骤:支持集原型计算:采用改进的k‑means++聚类算法计算支持集中每个故障类别的原型;

查询集判别分类:将支持集原型应用到查询集的判别分类中,查询集包含已知故障类别的目标标记样本;

查询集样本聚合:构造原型损失,减小查询集样本到相应原型的特征距离;

测试集样本测试:测试集样本经过更新后的特征提取器处理后,将与每个已知故障类别的原型进行距离测量,如果测试集样本到原型的特征距离小于对应的决策距离,则该测试集样本与该原型属于同一故障类别;如果测试集样本到任意原型的特征距离大于所有类别的决策距离,则该测试集样本为未知故障类别样本;

所述支持集原型计算的步骤,包括:

步骤(1),假设支持集有k个故障类别:在k‑means++聚类算法中,随机选取k个样本作为初始聚类中心C={c1,c2,...,ck},即原型;

s

步骤(2),对于支持集中的每个样本x,计算其到k个聚类中心的距离,并将每个样本分配到距离最小的聚类中心对应的聚类中;

步骤(3),k个聚类形成后,利用 重新计算每个类的聚类中心;

步骤(4),重复样本分配过程和计算过程至聚类中心位置不变;

所述查询集判别分类的步骤,包括:

步骤(1),度量查询集样本到原型特征距离的度量为:其中,d(·,·)表示欧几里得距离;

步骤(2),基于Softmax函数,将属于每个原型的各查询集样本基于特征距离的先验概率定义为:q

其中, 表示标签,表示查询集样本x 属于原型ci,γ是一个超参数用来控制从距离到概率的转换难度,E(·)为特征提取器的输出;

步骤(3),结合交叉熵函数,总判别损失表示为:所述查询集样本聚合的步骤,包括:

步骤(1),第i类的原型损失 定义为:其中,i∈{1,2,…,k}, 表示类i中查询集样本的数量;

步骤(2),总原型损失定义为:

步骤(3),在查询集样本聚合后,计算查询集样本到每个聚类中对应原型的平均距离作为决策距离D={d1,d2,...,dk},并在测试集中使用,第i类的决策距离di计算为:其中,θ是控制决策距离的权衡参数;

步骤(4),将判别损失和原型损失相结合,所提模型的总损失定义为:dis pl

Ltotal=L +λ*L

其中,λ为平衡判别损失和原型损失的权衡参数,通过最小化训练过程中的总损失,所提模型的特征提取器的参数将通过反向传播进行更新。