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基于角域重采样的宽度迁移学习算法

齐晓轩 王珊

齐晓轩, 王珊. 基于角域重采样的宽度迁移学习算法[J]. 制造技术与机床, 2023, (9): 25-33. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.09.003
引用本文: 齐晓轩, 王珊. 基于角域重采样的宽度迁移学习算法[J]. 制造技术与机床, 2023, (9): 25-33. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.09.003
QI Xiaoxuan, WANG Shan. Broad transfer learning algorithm based on angular domain resampling[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2023, (9): 25-33. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.09.003
Citation: QI Xiaoxuan, WANG Shan. Broad transfer learning algorithm based on angular domain resampling[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2023, (9): 25-33. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.09.003

基于角域重采样的宽度迁移学习算法

doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.09.003
基金项目: 国家自然科学基金资助项目(61873338);辽宁省教育厅基础科研项目(LJKMZ20221824)*
详细信息
    作者简介:

    齐晓轩,女,1974年生,博士,教授,研究方向为机械设备健康管理等。E-mail:qi_xx@aliyun.com

    通讯作者:

    王珊,女,1997年生,硕士,研究方向为机械设备健康管理。E-mail:1271842573@qq.com

  • 中图分类号: TH165.3

Broad transfer learning algorithm based on angular domain resampling

  • 摘要: 针对在变工况中采集到的信号通常为非平稳信号,并且采集到的振动数据分布不一致等情况,提出了基于角域重采样的宽度迁移学习(ADR-BTL)算法,用于轴承故障诊断。首先将非平稳的时域振动信号转换为角域平稳信号,将平稳化处理后的信号进行特征提取,构建多域特征数据集,然后将不同工况下的源域数据和目标域数据通过平衡分布自适应(BDA)方法进行领域适配来减小域间的分布差异,最后构建宽度迁移学习模型。实验首先验证了角域重采样方法可以将振动信号进行平稳化处理,然后通过仿真样本分析得出BDA方法能够解决数据分布不一致问题,最后通过实验结果得出,提出的ADR-BTL识别率达到了98.9%,识别效果是最好的,证明了所提的方法在轴承故障诊断方面是有效的。

     

  • 图  1  ADR-BTL算法流程图

    图  2  实验装置

    图  3  采集的时域振动信号图

    图  4  转速和时间的关系

    图  5  角域振动信号图

    图  6  时域特征提取图1-14

    图  7  频域特征提取图

    图  8  VMD分解的前8个分量

    图  9  仿真样本散点图

    图  10  仿真样本概率密度曲线图

    图  11  适配后的散点图和概率密度曲线图

    图  12  识别准确率曲线

    算法:ADR-BTL
    输入:源域样本{(xs, ys)|xsRn*D, ys∈${{{\bf{R}}^{{\boldsymbol{n}} * {C_0}}}} $},目标域样本{xtRm*D},   宽度学习的正则化参数θ,最大迭代次数Tmax 输出:目标域数据的识别结果步骤1:初始化迭代次数T=0,BDA方法的平衡因子μ=0步骤2:通过式(22)与式(23)初始化源域和目标域构成的    MMD矩阵M0Mc步骤3:基于源域数据xs训练1个基分类器,预测xt对应的伪标签$ {\overline {{y_t}}} $步骤4:while ${ T \leqslant {T_{\max }} }$     利用适配后的数据{ATxsys}训练得到分类器f    更新伪标签:${ \overline {{y_t}} = f({{\boldsymbol{A}}^{\rm{T}}}{{{\boldsymbol{x}}_{t}}}) }$    通过式(23)更新矩阵Mc    利用式(13)更新平衡因子μ    T=T+1    End步骤5:求解式(24),获得最优的变换矩阵A步骤6:通过变换矩阵A得到映射后的源域样本ATxs和目标域样本    ATxt 步骤7:构建特征节点Zi,然后通过非线性变换为增强节点Hj,将    ZiHj组合输出步骤8:构建宽度迁移学习模型步骤9:输出目标域数据的识别结果
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    表  1  方法识别率对比

    方法WBLADR-KELMADR-1DCNNBTLADR-BTL
    识别率/(%)91.2959298.698.9
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  • 收稿日期:  2023-03-18
  • 录用日期:  2023-06-11

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