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专利号: 2020110392847
申请人: 西南交通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于GAF‑CNN‑BiGRU网络的滚动轴承故障识别方法,其特征在于包括以下步骤:L1将接收的滚动轴承振动信号数据利用格拉姆场转换成二维图像;该步骤包括以下分步骤:

L11将接收的滚动轴承振动信号数据进行归一化处理;

将接收的数据按照公式(1)归一化到[‑1,1]:式中,时间序列X={x1,x2,x3,…,xn},表示滚动轴承振动信号样本,xi表示样本中第i个滚动轴承振动信号,n表示样本中滚动轴承振动信号数量,max(X)表示样本中滚动轴承振动信号中的最大值,min(X)表示样本中滚动轴承振动信号中的最小值;

L12将归一化处理后的数据映射到极坐标系上;

按照以下公式对归一化处理后的数据进行编码,映射到极坐标系上:式中, 表示归一化后的滚动轴承振动信号,取 表示归一化后的时间序列;ti为xi对应的时间戳,表示时间戳集合,N是一个归一化因子,其将给定的单位圆半径区间[0,

1]分成N等份,N与样本中滚动轴承振动信号数量n相等;

L13依据映射到极坐标系上的数据通过格拉姆角场得到二维图像;

L2将转换后的二维图像输入到训练好的CNN‑BiGRU网络模型中,输出滚动轴承故障类别。

2.根据权利要求1所述基于GAF‑CNN‑BiGRU网络的滚动轴承故障识别方法,其特征在于步骤L13中,将映射到极坐标系上的数据利用格拉姆角和场或格拉姆角差场得到二维图像。

3.根据权利要求2所述基于GAF‑CNN‑BiGRU网络的滚动轴承故障识别方法,其特征在于所述格拉姆角和场的定义为:

所述格拉姆角差场的定义为:

式中,I为单位行向量[1,1,…,1], 表示 的转置, 表示 的转置。

4.根据权利要求1所述基于GAF‑CNN‑BiGRU网络的滚动轴承故障识别方法,其特征在于所述CNN‑BiGRU网络模型包括顺次设置的一个及以上的卷积单元、双向门控制单元、全连接层和输出层。

5.根据权利要求4所述基于GAF‑CNN‑BiGRU网络的滚动轴承故障识别方法,其特征在于所述双向门控制单元包括两个常规的GRU和一个融合层,其中一个GRU对输入序列数据沿时间正序进行处理,另外一个GRU对输入序列数据沿时间逆序进行处理,然后将两个GRU的处理结果通过融合层进行合并得到双向门控制单元的输出结果。

6.根据权利要求4或5所述基于GAF‑CNN‑BiGRU网络的滚动轴承故障识别方法,其特征在于所述CNN‑BiGRU网络模型的训练方法包括以下步骤:S1将用于训练的滚动轴承振动信号数据利用格拉姆角场转换成二维图像,构建训练用二维图像数据;

S2将训练用二维图像数据输入到CNN‑BiGRU网络模型;

S3判断CNN‑BiGRU网络模型是否收敛,若模型收敛,即完成对CNN‑BiGRU网络模型的训练;若模型不收敛,则进入步骤S4;

S4对CNN‑BiGRU进行优化,然后返回步骤S2。