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深度对抗迁移学习的故障诊断方法研究

岳帅旭 雷文平 薛阳 王前江 徐向阳

岳帅旭,雷文平,薛阳, 等. 深度对抗迁移学习的故障诊断方法研究[J]. 机械科学与技术,2022,41(3):342-348 doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200373
引用本文: 岳帅旭,雷文平,薛阳, 等. 深度对抗迁移学习的故障诊断方法研究[J]. 机械科学与技术,2022,41(3):342-348 doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200373
YUE Shuaixu, LEI Wenping, XUE Yang, WANG Qianjiang, XU Xiangyang. Research on Fault Diagnosis Method of Deep Adversarial Transfer Learning[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2022, 41(3): 342-348. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200373
Citation: YUE Shuaixu, LEI Wenping, XUE Yang, WANG Qianjiang, XU Xiangyang. Research on Fault Diagnosis Method of Deep Adversarial Transfer Learning[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2022, 41(3): 342-348. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200373

深度对抗迁移学习的故障诊断方法研究

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200373
基金项目: 国家自然科学基金项目(51405453)与河南省高等学校精密仪器制造技术与工程重点学科开放实验室开放基金项目(PMTE301301A)
详细信息
    作者简介:

    岳帅旭(1994−),硕士研究生,研究方向为人工智能与专家系统 ,yueshuaixu@126.com

    通讯作者:

    雷文平,副教授 ,硕士生导师,博士,lwp@zzu.edu.cn

  • 中图分类号: TG156

Research on Fault Diagnosis Method of Deep Adversarial Transfer Learning

  • 摘要: 针对实验室环境下容易获取大量有标签故障类型数据,而在实际工况条件下很难或无法获取大量带标签数据的问题,提出机械设备故障的深度对抗迁移诊断方法(MAAN)。该方法将实验室环境中积累的故障诊断知识迁移应用于工程实际装备,通过融合时域与频域数据获取更全面的故障信息,在特征提取层利用残差网络深度提取故障特征,对抗层采用最大化域分类损失用于对齐源域与目标域的边缘分布和条件概率分布,最小化类别预测损失用于机械设备的故障分类实现无监督迁移学习。实验结果表明,此模型在无标签的目标数据集中有较高的分类精度,在一定条件下可以有效解决数据集缺少标签的难题,即实现机械故障诊断的智能诊断。
  • 图  1  迁移学习示意图

    图  2  MANN模型结构图

    图  3  数据重叠采样示意图

    图  4  30 dB高斯白噪声加噪示意图

    图  5  时域、频域、融合后的数据迁移准确率对比图

    图  6  不同数据源迁移诊断结果对比图

    图  7  不同负载下迁移诊断结果对比图

    图  8  t-SNE源域、目标域模型提取特征降维分布图

    表  1  XJTU-SU轴承的技术参数和规格信息

    内圈
    直径/mm
    外圈
    直径/mm
    滚动体
    直径/mm
    接触角/
    (°)
    滚动体
    个数
    29.30 39.80 7.94 0 8
    下载: 导出CSV

    表  2  CWRU轴承的技术参数和规格信息

    内圈
    直径/mm
    外圈
    直径/mm
    滚动体
    直径/mm
    接触角/
    (°)
    滚动体
    个数
    25.00 52.00 7.94 0 9
    下载: 导出CSV

    表  3  轴承数据集

    滚动轴承数据负载健康状态样本个数
    内圈故障 1000
    XJTU-SU(A) 11 kN 外圈故障 1000
    正常 1000
    内圈故障 1000
    CWRU(B) 0 外圈故障 1000
    (0.18) 正常 1000
    下载: 导出CSV

    表  4  CWRU轴承故障数据集

    负载/HP损伤直径/mm健康状态样本个数




    0/ 1/
    2/ 3
    0 正常 1000

    0.07
    内圈故障 1000
    外圈故障 1000
    滚动体故障 1000

    0.14
    内圈故障 1000
    外圈故障 1000
    滚动体故障 1000

    0.21
    内圈故障 1000
    外圈故障 1000
    滚动体故障 1000
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-09-14
  • 网络出版日期:  2022-05-06
  • 刊出日期:  2022-05-11

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