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专利号: 2020111213859
申请人: 重庆邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于无线传感器网络多测量向量的机械装备故障诊断方法,其特征在于:该方法包括以下步骤:S1:多测量向量的压缩采集;

S2:数据处理;

S3:卷积神级网络模型训练;

S4:识别故障类型。

2.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络多测量向量的机械装备故障诊断方法,其特征在于:所述S1具体为:对大型机械装备在不同的位置方向安装L个无线传感器节点,L≥2,然后对L个无线传感器节点对故障源信号进行压缩测量,得到测量值由无线传感器网络进行传输;

多测量向量模型MMV的公式为:

Y=ΦX=ΦΨX=AX       (1)其中X={x1,x2,…,xL}xL∈RN为原信号,Φ∈RM×N为测量矩阵,M<<N,Y={y1,y2,…yL}yL∈RM为测量值矩阵;原信号xL在测量矩阵Φ的线性测量值yL=ΦxL,又称y是原信号在测量矩阵的线性投影,测量矩阵Φ必须服从有限等距性质RIP;x为X经过稀疏基ΨN×N表示的稀疏系数,A=ΦΨ,∈RM×N的矩阵,称为感知矩阵求解NP问题:min||x||l s.t.Y=AX      (2)当L=1时,该模型成为SMV模型。

3.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络多测量向量的机械装备故障诊断方法,其特征在于:所述S2具体为:当L个传感器的测量值经过无线传感器网络出输到云端,组成测量值矩阵Y;将测量值矩阵Y做归一化处理,处理方法如下:计算均值:

计算方差:

处理测量值:

则处理后测量值矩阵为:

4.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络多测量向量的机械装备故障诊断方法,其特征在于:所述S3具体为:将采集h种不同类型故障源的信号进行多测量向量的压缩采集的压缩采集,得到测量值矩阵经过数据归一化处理后进行标签构成数据集;数据集的80%为训练数据集,20%为测试数据集,将数据集送入卷积神经网络。

5.根据权利要求4所述的基于无线传感器网络多测量向量的机械装备故障诊断方法,其特征在于:所述卷积神经网络包括:(1)卷积层

卷积层利用卷积核对输入测量值矩阵的局部区域进行卷积运算,提取相应的特征;卷积公式为:式中: 为第l层的第i个被卷积的局部区域, 为第l层的第i个卷积核的第j′个权值,W为卷积核的长度;

(2)激活层

卷积后,对每个卷积的输出值进行非线性变换;神经网络中常用的激活函数为Sigmoid函数、Tanh函数、Relu函数;利用Relu函数做激活函数,函数公式为:式中al(i,j)为卷积层输出yl(i,j)的激活值;

(3)池化层

池化层主要就是减少神经网络的训练参数,起到数据降维为作用;采用均值池化,其公式为:式中:pl(i,j)为第l层的池化输出值,W为池化区域的宽度,al(i,j)为卷积层输出yl(i,j)的激活值(4)全连接层

全连接层是将提取出来的特征进行分类;将最后一次池化层的输出值,拉伸为一维特征向量,作为全连接层的输入;全连接层中隐藏激活函数,最后一层的激活函数采用的是激活Softmax函数,将输入的神经元值转化概率分布;

全连接层的前向传播公式为:

l+1

式中:O 为第l+1层第第j个神经元的输出值, 为第l个神经元与第l+1层第j个神经元之间的权值, 为第l个神经元对第l+1层第j个神经元的偏置值;

当l+1层的隐藏层,采用Relu函数:l+1(i) l+1(j)

a =max{0,O }      (7)最后一层激活函数Softmax:

6.根据权利要求5所述的基于无线传感器网络多测量向量的机械装备故障诊断方法,其特征在于:所述S4具体为:将大型机械装备的故障源,经过多测量向量的压缩采集的压缩采集,得到多组测量值,经过无线传感器网络传输后,到达云端组成测量值矩阵,然后进行数据归一化处理后输入训练完成卷积神经网络模型,得到识别故障类型。