1.一种应用于新能源汽车的电机声纹故障诊断方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)预先获取新能源车辆电机在正常和不同故障状态下的声纹信号,采用改进的辛几何模态分解ASGMD对故障数据进行去噪分解;
(2)提取多尺度散布熵特征,提取声纹信号的ASGMD特征能量熵特征和多尺度散布熵特征构建混合特征向量集,并划分训练集和测试集;
(3)在战争策略算法WSO中引入Tent混沌映射和非线性自适应权重策略,得到改进的战争策略算法AWSO;
(4)构建Flowformer‑CNN模型,并采用AWSO对Flowformer‑CNN进行参数寻优;所述Flowformer‑CNN模型为将标准的Transformer中的二次复杂度Attention替换为Flow‑Attention;
(5)将优化的Flowformer‑CNN模型与Softmax分类器结合,输入测试集,得到电机的声纹故障诊断结果;
所述步骤(3)实现过程如下:
定义战争策略算法WSO的种群规模N、最大迭代次数T、粒子维度D;利用Tent混沌映射初始化WSO中种群初始位置,定义混沌参数α;根据定义的初始参数得到初值序列x0的取值范围,随机获得处置序列x0的取值范围内的X个值;将X个值形成数列X0,令X0=x0(n),其中n=
1,2,3…,X;将X0作为序列x的首个值,然后按照序列生成后续n+1个值,所述序列生成公式如下:保存产生的序列x作为战争策略算法的种群个体的初始位置;
引入非线性自适应权重替代WSO里原有的士兵权重计算公式,公式如下:其中,Wi代表第i个士兵的权重,t代表当前迭代次数,T代表算法总迭代次数;k代表调节因子,用来限制非线性权重W的大小;
步骤(4)所述构建Flowformer‑CNN模型实现过程如下:Flowformer模型是基于流网络模型将Transformer线性化,Flow‑Attention机制采用相似性分解,将竞争机制引入源,将分配机制引入汇;
Flow‑Attention通过分别控制注意力机制与外部网络的交互,来实现“固定资源”,从而分别引起源和汇内部的竞争,通过归一化分别实现源的流出守恒 和汇的流入守恒其中φ为非线性函数,K、Q为原Attention中的keys和queries;O为源流出的信息量,对应着注意力权重矩阵的列和;I为汇的流入信息量,对应着注意力矩阵的行和;
通过将守恒引入注意力机制,得到引入竞争之后的源的流出量和汇的流入量:其中, 表示汇(R)流入信息量一定情况下,每个源(V)提供的信息量,代表了源(V)的重要性; 表示源流出信息量一定情况下,竞争之后,每个汇的所得信息量,代表了汇所需要获取的信息量;
Flow‑Attention机制具体包括竞争、聚合、分配三部分:其中, 表示竞争源,它是基于流入守恒的非平凡的重新加权;A是聚合的源信息,并通过矩阵乘法的结合性计算;R表示流注意力的结果,控制传递到下一层的信息量;⊙表示按元素相乘;
用CNN处理富含故障特征信息的Flowformer编码器输出序列;为了防止网络退化,在卷积之前加一个残差块,残差学习定义为:y=F(x,{Wi})+x (9)
其中,x为输入,y为输出,F为将要学习的残差映射,Wi为参数。
2.根据权利要求1所述的一种应用于新能源汽车的电机声纹故障诊断方法,其特征在于,步骤(1)声纹信号包括电机正常、轴承故障、转子磨损、气隙偏心、磁铁破损、转轴弯曲和齿轮箱故障这七种状态下的声纹信号。
3.根据权利要求1所述的一种应用于新能源汽车的电机声纹故障诊断方法,其特征在于,所述步骤(1)实现过程如下:基于信噪比的自适应辛几何分量SGC重构对原辛几何模态分解SGMD进行改进;定义原始信号x(n)与前m个SGC分量重构信号间的噪声比,其公式如下:其中,n为信号长度,i表示第i个信号;
通过不断计算SNRm发现,随着m的递增SNRm会先逐渐增大,随后减小;当SNRm>SNRm+1时,m为最佳分离点,此时前m个SGC分量最佳SGC重构分量;原始信号x(n)通过自适应SGMD即ASGMD重构得到的最佳时域信号L(n)为:
4.根据权利要求1所述的一种应用于新能源汽车的电机声纹故障诊断方法,其特征在于,所述步骤(2)实现过程如下:将初始长度为n的时间序列u={u1,u2,…un}分割成长度为τ的N个非重叠段,计算每个分段的平均值得到粗粒化序列,其公式如下:其中,τ为尺度因子,j代表常数;
计算每个τ下的粗粒化序列的散布熵值:
其中,X={x1,x2,…,xn},为长度为n的时间序列; 为散布模式;p代表概率;e为嵌入维数;m为类别数量;t为时延;
提取ASGMD分解的能量占比和能量熵特征和原始信号的多尺度散布熵特征,构建混合特征向量集;将特征向量集以7:3的比例划分为训练集和测试集。
5.根据权利要求1所述的一种应用于新能源汽车的电机声纹故障诊断方法,其特征在于,步骤(4)所述采用AWSO对Flowformer‑CNN进行参数寻优过程如下:Flowformer‑CNN模型参数具体包括:Flowformer中的学习率、编码器层数、解码器层数;
将Flowformer模型参数作为算法的输入,设置上下限;适应度值为训练集平均绝对误差;
其中,为预测值,Y为实际值,n为训练集样本个数,i表示第i个数;
改进的战争策略算法AWSO具有攻击和防守两种位置更新策略,根据不同策略更新士兵位置,公式如下:Xi(t+1)=Xi(t)+2×ρ×(C‑K)+rand×(Wi×K‑Xi(t)) (11)Xi(t+1)=Xi(t)+2×ρ×(K‑Xrand(t))+rand×Wi×(C‑Xi(t)) (12)公式(11)为攻击策略,公式(12)为防守策略;其中Xi(t+1)为士兵t+1次迭代的位置,Xi(t)为t次迭代位置,C为指挥官位置,K为国王位置,Wi为权重,rand代表随机数,这里取ρ为随机常数;
根据目标函数计算士兵在新位置的适应度值,若新位置适应度值大于原位置适应度值,则士兵位置改变;反之,士兵保持当前位置;通过不同策略下士兵的位置更新,得到全局最优解;
判断是否达到最大迭代次数,若达到,则将最好的适应度值对应的士兵所在位置作为输出,更新Flowformer模型参数。
6.根据权利要求1所述的一种应用于新能源汽车的电机声纹故障诊断方法,其特征在于,步骤(5)所述声纹故障诊断结果包括正常、轴承故障、转子磨损、气隙偏心、磁铁破损、转轴弯曲和齿轮箱故障。