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专利号: 2024108830540
申请人: 四川轻化工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-05-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种改进SCSO‑CNN‑BiLSTM的旋转机械故障诊断方法,包括以下步骤:步骤一:输入旋转机械振动信号;

步骤二:利用VMD对旋转机械振动信号进行分解,去除残差后重构生成新振动信号;

步骤三:将新振动信号通过短时傅里叶变换STFT转换为二维时频图像;

步骤四:基于改进沙猫群优化算法优化CNN‑BiLSTM的超参数;

步骤五:将二维时频图像输入优化超参数后的CNN‑BiLSTM模型,实现旋转机械故障诊断;

步骤四中,所述改进沙猫群优化算法,包括:种群初始化阶段、搜索阶段、开发阶段、反捕食阶段:在种群初始化阶段,采用tent混沌映射初始化种群位置,其数学表达式为:其中,a为混沌系数,xi是值在(0‑1)之间的随机序列,xi+1是根据xi生成的混沌映射序列;

当|R|>1时,进入搜索阶段;当|R|≤1时,进入开发阶段,其中R为平衡因子,表达式如下:R=RG×(2×rand‑1)

其中,rand为(0,1)之间的随机数,RG为灵敏度,表达式如下:RG=2×(1‑t/T)

其中,t为当前迭代次数,T为最大迭代次数;

搜索阶段位置更新公式为:

Pt+1=RG×rand×(Pbestt‑rand×Pt)Pbestt表示目前的沙猫的最佳位置,Pt表示当前沙猫的位置,Pt+1为沙猫下一个时间步的位置;

开发阶段分为追踪捕猎行为和伏击捕猎行为:当GF≤|R|≤1时,进入追踪捕猎行为;当|R|

追踪捕猎行为位置更新公式为:

Prnd=|(rand×Pbestt‑Pt)|Pt+1=Pbestt‑Prnd×RG×rand×cosθ伏击捕猎行为位置更新公式为:

Pt+1=Pbestt+rand×(Pt‑Prand)+Xstep×trnd(1)(‑C×t/T)

Xstep为等待猎物的时间步长,Xstep=(ub‑lb)×e ,其中,C=2×GF×N,为耐性因子,ub表示参数上边界,lb表示参数下边界,Prnd和Prand表示当前沙猫移动距离和随机的一个沙猫位置,θ为圆周上的随机角度,trnd(1)为服从自由度为1的t分布的随机数;

经过搜索或开发阶段后,随机选取A个体进入反捕食阶段,其中 表示向下(1‑t/T)

取整,N为种群个数,z=0.3×e ,在反捕食阶段位置更新公式如下:其中,Pworstt表示目前的沙猫的最差位置,ft、fg、fw分别为个体适应度值、目前最佳的适应度值、目前最差的适应度值,β是步长控制参数,服从均值为0,方差为1的正态分布的随‑50机数,k为(‑1,1)的随机数,ε是常数为10 ,避免分母为0。

2.如权利要求1所述的一种改进SCSO‑CNN‑BiLSTM的旋转机械故障诊断方法,其特征在于,步骤四中,所述改进沙猫群优化算法优化CNN‑BiLSTM的超参数,包括卷积层神经元个数、卷积核大小、BiLSTM层神经元个数。

3.如权利要求1所述的一种改进SCSO‑CNN‑BiLSTM的旋转机械故障诊断方法,其特征在于,步骤五中,所述CNN‑BiLSTM模型,包括4个卷积层、3个池化层、一个展平层、一个BiLSTM层、一个输出层,卷积层激活函数为relu函数,步幅为(2,2),零填充;池化层大小为2×2;输出层输出为4,激活函数为softmax函数;其中,卷积层神经元个数、卷积核大小、BiLSTM层神经元个数由步骤四中得到。