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样本不均衡下的DCGAN轴承故障诊断方法

张笑璐 邹益胜 曾大懿 彭飞 赵市教

张笑璐, 邹益胜, 曾大懿, 彭飞, 赵市教. 样本不均衡下的DCGAN轴承故障诊断方法[J]. 机械科学与技术, 2022, 41(1): 9-15. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200335
引用本文: 张笑璐, 邹益胜, 曾大懿, 彭飞, 赵市教. 样本不均衡下的DCGAN轴承故障诊断方法[J]. 机械科学与技术, 2022, 41(1): 9-15. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200335
ZHANG Xiaolu, ZOU Yisheng, ZENG Dayi, PENG Fei, ZHAO Shijiao. DCGAN Bearing Fault Diagnosis Method under Unbalanced Samples[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2022, 41(1): 9-15. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200335
Citation: ZHANG Xiaolu, ZOU Yisheng, ZENG Dayi, PENG Fei, ZHAO Shijiao. DCGAN Bearing Fault Diagnosis Method under Unbalanced Samples[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2022, 41(1): 9-15. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200335

样本不均衡下的DCGAN轴承故障诊断方法

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200335
基金项目: 

国家重点研发计划项目 2018YFB1201901-05

重庆市教委科学技术研究项目 KJZD-K201805801

详细信息
    作者简介:

    张笑璐(1996-), 硕士研究生, 研究方向为智能制造, guotaimingan09@163.com

    通讯作者:

    邹益胜, 副研究员, 博士后, zysapple@sina.com

  • 中图分类号: TH13

DCGAN Bearing Fault Diagnosis Method under Unbalanced Samples

  • 摘要: 在实际工况下, 轴承可采集到的故障样本分布往往呈现极强的不均衡特性, 该特性对故障诊断精度具有不可忽略的影响。为提高样本不均衡情况下的轴承故障诊断精度, 采用样本生成扩充的思路, 提出一种基于深度卷积生成对抗网络的故障诊断方法。首先针对轴承振动数据信号的特性, 采用快速傅里叶变换使其转化为频域, 并通过归一化进行预处理; 其次利用深度卷积生成对抗网络进行对抗训练, 生成具有真实样本特征的虚拟样本。模型采用衰减学习率并增设Dropout层, 提高了模型生成的效率及真实性。最后, 构建一维卷积神经网络模型完成故障诊断。实验验证结果表明, 提出的方法能有效提高样本不均衡情况下的诊断精度以及诊断稳定性。
  • 图  1  生成对抗网络模型

    图  2  DCGAN故障诊断流程

    图  3  滚动轴承状态监测试验台

    图  4  真实样本与生成样本的频域特性对比分析

    图  5  真实样本和生成样本的空间分布情况对比分析

    图  6  生成样本中MMD变化

    图  7  试验设计

    图  8  各试验整体平均精度

    图  9  各试验诊断结果

    图  10  各试验不同类型错误诊断结果统计

    图  11  诊断结果的混淆矩阵

    表  1  故障类型和总量

    类型 故障位置 损伤等级 样本数量 单样本数 FFT处理后
    1 20 2 048 1 024
    2 外圈 2 20 2 048 1 024
    3 外圈 1 20 2 048 1 024
    4 内圈 1 20 2 048 1 024
    5 内圈 2 20 2 048 1 024
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  • 收稿日期:  2020-07-15
  • 刊出日期:  2022-01-01

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