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基于仿真数据的无监督域适应轴承故障诊断方法

陈钧钖 袁逸萍 陈彩凤

陈钧钖, 袁逸萍, 陈彩凤. 基于仿真数据的无监督域适应轴承故障诊断方法[J]. 制造技术与机床, 2024, (2): 172-178. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.02.026
引用本文: 陈钧钖, 袁逸萍, 陈彩凤. 基于仿真数据的无监督域适应轴承故障诊断方法[J]. 制造技术与机床, 2024, (2): 172-178. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.02.026
CHEN Junyang, YUAN Yiping, CHEN Caifeng. Unsupervised domain-adaptive bearing fault diagnosis method based on simulation data[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2024, (2): 172-178. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.02.026
Citation: CHEN Junyang, YUAN Yiping, CHEN Caifeng. Unsupervised domain-adaptive bearing fault diagnosis method based on simulation data[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2024, (2): 172-178. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.02.026

基于仿真数据的无监督域适应轴承故障诊断方法

doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.02.026
基金项目: 国家自然科学基金“不确定环境下制造车间多场景运行态势评估与调度机制研究”(71961029);新疆自治区科技计划项目-重点研发专项“面向纺纱工厂的数字孪生全过程生产管控关键技术研发”(2022B01057-2)
详细信息
    作者简介:

    陈钧钖,男,1998年生,硕士研究生,研究方向为旋转机械状态监测和故障诊断。E-mail:407010370@qq.com

    通讯作者:

    袁逸萍,女,1973年生,博士生导师,教授,自治区天山英才,研究方向为智能制造关键技术。E-mail:xju0829@163.com

  • 中图分类号: TH133.33,TH17

Unsupervised domain-adaptive bearing fault diagnosis method based on simulation data

  • 摘要: 针对目前实际诊断任务中难以获得有效的滚动轴承故障数据以及目前诊断模型泛化能力差的问题,文章提出一种基于动力学仿真与无监督领域自适应的故障诊断方法。首先建立滚动轴承动力学仿真模型,获得大量的仿真数据充当源域;然后使用无监督领域自适应的迁移学习故障诊断方法,在全局领域适配的基础上,引入最大最小化分类器差异的对抗学习策略,进一步减小了源域和目标域特征的条件分布差异;最后通过与其他迁移学习方法对比验证所提方法的可行性与优异性。

     

  • 图  1  轴承动力学简化模型

    图  2  滚动轴承的故障示意图

    图  3  仿真数据时域图及包络谱图

    图  4  仿真数据和实际数据正态分布拟合图

    图  5  迁移学习网络模型

    图  6  各方法混淆矩阵

    图  7  各方法的特征可视化

    表  1  特征提取网络参数

    网络层 核大小、填充、步长 输出尺寸
    Input (1024,1)
    Layer1 [9, 4, 2] (512,16)
    Layer2 [7, 2, 3] (256,32)
    Layer3 [5, 2, 2] (128,64)
    Layer4 [3, 2, 1] (64,128)
    Layer5 [3, 2, 1] (32,256)
    AdaptiveAvgPool (4,256)
    Flatten (1024,)
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    表  2  分类器参数

    分类器 输入维度 输出维度 激活函数
    分类器C1 256 256 Tanh
    256 4 Softmax
    分类器C2 256 256 ReLu
    256 4 Softmax
    下载: 导出CSV

    表  3  数据样本

    样本 故障模式 标签号 样本长度 样本数量
    仿真/数据集 正常 0 1 024 500
    内圈故障 1 1 024 500
    外圈故障 2 1 024 500
    滚动体故障 3 1 024 500
    下载: 导出CSV

    表  4  不同方法平均诊断精度

    方法 平均诊断准确率/(%) 准确率标准差/(%)
    无迁移 36.68 2.86
    DeepCoral 56.42 7.34
    DAN 75.17 4.67
    DANN 72.67 8.18
    DSAN 84.53 6.03
    所提方法 87.53 1.62
    下载: 导出CSV
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  • 收稿日期:  2023-10-16

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