[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于半監(jiān)督對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)的軸承故障診斷方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110588072.2
• 申請(qǐng)日: 2021-05-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113324758B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-08-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫闖;武靖耀;趙志斌;田紹華;王詩(shī)彬;嚴(yán)如強(qiáng);陳雪峰
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01M13/045
• 分類(lèi)號(hào): G01M13/045;G06K9/00;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 北京中濟(jì)緯天專(zhuān)利代理有限公司 11429
• 代理人: 覃婧嬋

1.一種基于半監(jiān)督對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)的軸承故障診斷方法，包括如下步驟：

S100：采集軸承真實(shí)故障時(shí)的振動(dòng)信號(hào)x_f、軸承正常運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)信號(hào)x_h以及待測(cè)軸承振動(dòng)信號(hào)

S200：構(gòu)建由生成器g、特征網(wǎng)絡(luò)f、故障分類(lèi)器fc、鑒別器d、輔助分類(lèi)器ac和診斷網(wǎng)絡(luò)diag組成的半監(jiān)督生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)并進(jìn)行訓(xùn)練，訓(xùn)練包括如下步驟：

S201：對(duì)生成器g進(jìn)行訓(xùn)練，生成故障狀態(tài)以及正常運(yùn)行下的偽軸承振動(dòng)信號(hào)

S202：以振動(dòng)信號(hào)x_f、x_h以及偽軸承振動(dòng)信號(hào)對(duì)特征網(wǎng)絡(luò)f、故障分類(lèi)器fc、鑒別器d和輔助分類(lèi)器ac進(jìn)行訓(xùn)練；其中，

所述輔助分類(lèi)器ac通過(guò)均方誤差損失函數(shù)衡量輔助信息的損失，所述均方誤差損失函數(shù)表示為：

其中，表示從標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布中隨機(jī)采樣得到的無(wú)監(jiān)督輔助編碼，即c₂～N(0，I)，代表信號(hào)相關(guān)的未知信息；表示輔助分類(lèi)器輸出的輔助編碼預(yù)測(cè)；

所述故障分類(lèi)器fc通過(guò)多分類(lèi)交叉熵?fù)p失函數(shù)衡量故障分類(lèi)性能，所述多分類(lèi)交叉熵?fù)p失函數(shù)表示為：

其中，表示由故障類(lèi)型決定的獨(dú)熱故障編碼，且表示故障分類(lèi)器輸出的故障編碼預(yù)測(cè)，k表示故障類(lèi)別總數(shù)；

S203：待步驟S201和步驟S202的訓(xùn)練收斂后，以振動(dòng)信號(hào)x_h、x_f和偽軸承振動(dòng)信號(hào)對(duì)診斷網(wǎng)絡(luò)diag進(jìn)行訓(xùn)練；

S300：將待測(cè)軸承振動(dòng)信號(hào)輸入訓(xùn)練后的診斷網(wǎng)絡(luò)diag進(jìn)行故障診斷。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，步驟S201中，通過(guò)將半監(jiān)督故障獨(dú)熱編碼無(wú)監(jiān)督輔助編碼和噪聲編碼共三種多源信息編碼合并以獲得維度為k+m+n的最終編碼c＝[z，c₁，c₂]對(duì)生成器g進(jìn)行訓(xùn)練。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述特征網(wǎng)絡(luò)f訓(xùn)練后輸出故障振動(dòng)信號(hào)特征S＝f(x_f)或者f(x_h)或者

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述鑒別器d、輔助分類(lèi)器ac和故障分類(lèi)器fc訓(xùn)練后分別輸出真實(shí)性判斷結(jié)果輔助編碼預(yù)測(cè)和故障編碼預(yù)測(cè)

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述診斷網(wǎng)絡(luò)diag訓(xùn)練后輸出軸承故障類(lèi)別預(yù)測(cè)

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，步驟S201中，所述偽軸承振動(dòng)信號(hào)且其中，表示實(shí)數(shù)域，上標(biāo)l表示偽樣本的序列長(zhǎng)度。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，步驟S202中，所述鑒別器d通過(guò)二值交叉熵?fù)p失函數(shù)鑒別樣本的真實(shí)性，所述二值交叉熵?fù)p失函數(shù)表示為：

其中，r∈{0，1}表示真實(shí)性標(biāo)簽，決定輸入樣本是否來(lái)自真實(shí)樣本，當(dāng)輸入樣本為真實(shí)樣本時(shí)r＝1，當(dāng)輸入樣本為偽樣本時(shí)，r＝0；表示鑒別器輸出的真實(shí)性判斷結(jié)果。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，步驟S203中，所述診斷網(wǎng)絡(luò)diag通過(guò)多分類(lèi)交叉熵?fù)p失函數(shù)衡量對(duì)軸承進(jìn)行故障診斷，所述多分類(lèi)交叉熵?fù)p失函數(shù)表示為：

其中，y＝[y¹，y²，...y^k]表示軸承故障類(lèi)別標(biāo)簽，且yⁱ∈{0，1}，∑yⁱ＝1，表示診斷網(wǎng)絡(luò)diag預(yù)測(cè)的故障類(lèi)別。