1.一种基于时序特征的联邦蒸馏小样本故障诊断方法,其特征在于:所述基于时序特征的联邦蒸馏小样本故障诊断方法包括如下步骤:S1、采集电梯运行数据形成数据集,所述数据集包括正常样本和故障样本;
S2、将故障样本输入改进TimeGAN模型生成新的故障样本,并将新的故障样本存入数据集,使数据集中的故障样本与正常样本数量相等,划分数据集为训练集和测试集;
S3、建立联邦蒸馏模型,所述联邦蒸馏模型包括中央服务器和若干个客户端,并将训练集输入联邦蒸馏模型进行训练,包括:S31、利用中央服务器提取训练集中全部样本的时序特征,并分发到各客户端的本地模型θk进行训练,所述提取训练集中全部样本的时序特征通过学习改进TimeGAN模型的序列生成器Gω实现,所述时序特征包括潜在静态表征hS和t时刻的潜在时态表征ht,其中:所述序列生成器Gω满足如下目标函数:
式中,ω为生成器参数, 为输出标签y下标签真实先验分布p(y)的近似值 的经验风险, 为hs,ht输入Gω(hs,ht|y)的经验风险,Gω(hs,ht|y)为hs,ht在输出标签y下的后验概率分布,l为损失函数,σ为本地模型θk的全连接层的激活函数,g为本地模型θk的全连接层的输出函数, 为第k个客户端的本地模型的预测模块参数,k=1,…,K,K为客户端的总数;
所述潜在静态表征hs和t时刻的潜在时态表征ht满足如下条件:式中,eS为时序静态特征的嵌入网络,eχ为时序动态特征的嵌入网络,ht‑1为t‑1时刻的潜在时态表征,s为静态特征向量,xt为t时刻的时态特征向量,HS、Hχ分别为静态特征向量空间S和时态特征向量空间χ对应的潜在向量空间;
S32、将噪声向量 引入序列生成器Gω,满足如下条件:S33、基于知识蒸馏将引入噪声向量的序列生成器发送给客户端,使各本地模型θk从序列生成器Gω中采样获得特征空间上的增强表示hs,ht~Gω(·|y),并构建如下目标函数:其中, 为训练时 的平均损失,公式如下:
式中, 为域 的观测数据, 为采集电梯运行数据形成的原始数据集,为 与hs,ht~Gω(·|y)的经验风险,p为本地模型的预测模块,f为本地模型的特征提取模块, 为第k个客户端的本地模型的特征提取模块参数,xi为第i个输*入样本,c为真实标签函数;
S34、将本地模型的预测模块参数 进行参数共享,并保持本地模型的特征提取模块参数 本地化;
S4、将测试集输入训练好的联邦蒸馏模型进行测试,并根据故障诊断结果评估获得最终联邦蒸馏模型。
2.如权利要求1所述的基于时序特征的联邦蒸馏小样本故障诊断方法,其特征在于:所述本地模型采用CNN神经网络模型。
3.如权利要求1所述的基于时序特征的联邦蒸馏小样本故障诊断方法,其特征在于:所述损失函数l采用最大似然估计法监督损失,满足如下公式:式中, 为服从随机变量ζ及t时刻的时态特征向量xt概率分布P的期望,μt为t时刻的时态随机向量。
4.如权利要求1所述的基于时序特征的联邦蒸馏小样本故障诊断方法,其特征在于:所述标签真实先验分布p(y)的近似值 满足如下公式:式中, 为 的经验风险, 为域 的观测数据, 为采集电梯运行数据*
形成的原始数据集,I(·)为指示函数,x为输入样本,y为输出标签,c为真实标签函数。