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专利号: 2021109900890
申请人: 江苏科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 液体变容式机械;液体泵或弹性流体泵
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:

1.一种基于EAS和堆叠胶囊自编码器的离心泵故障诊断方法,其特征在于:所述离心泵故障诊断方法包括如下步骤:

步骤1:数据的选择与处理:使用电特征分析技术(ESA)选择电信号作为故障诊断输入数据并归一化处理,采用主元分析(PCA)分析不同故障信号在故障诊断中的贡献率,证实电特征分析技术(ESA)选择的正确性,将选择的故障信号转为灰度图像;

步骤2:建立和训练堆叠胶囊自编码器模型的PCAE:将步骤1中的灰度图像训练集数据提取像素后输入PCAE;

步骤3:建立和训练堆叠胶囊自编码器模型的OCAE:将训练完成的PCAE提取的特征图输入OCAE进行分类。

步骤4:使用测试集验证故障诊断模型准确性。

2.根据权利要求1所述一种基于EAS和堆叠胶囊自编码器的离心泵故障诊断方法,其特征在于:所述步骤2具体包括如下步骤:步骤2.1:将图像像素输入PCAE的CNN编码器,编码器将图像划分为部分并推断不同部分的特征图,将CNN编码器提取出的特征图输入基于自注意力池化的全局平均池,降低划分的部分胶囊数量,将池化层输出输入全连接层,根据dm判定该部分胶囊是否存在,若部分胶囊别被判定存在,则使用PCAE的仿射变换解码器将部分胶囊变换到图像的模板Tm,其中, 为仿射变换后的模板;

步骤2.2:图像全部部分胶囊变换完成后,使用dm和 预测模板之间的混合概率:其中, 为图像模板的混合概率,使其得到最优的划分部分与推断特征图的性能。

3.根据权利要求2所述一种基于EAS和堆叠胶囊自编码器的离心泵故障诊断方法,其特征在于:所述步骤2.1中的所述特征图包括一个六维姿势xm、一个存在变量dm∈[0,1]和一个表示部分遮挡关系和部分颜色的特殊标识zm∈R,表示为:enc

x1:M,d1:M,z1:M=h (y)enc

其中,h (y)为CNN编码器。

4.根据权利要求2所述一种基于EAS和堆叠胶囊自编码器的离心泵故障诊断方法,其特征在于:所述步骤2.2中,计算重构混合图像与原始图像的似然性的目标函数为:其中,y是原始图像, 为混合概率, 为仿射变换到模板的新部分,cm为预测部分的颜色。

5.根据权利要求1所述一种基于EAS和堆叠胶囊自编码器的离心泵故障诊断方法,其特征在于:所述步骤3具体包括如下步骤:步骤3.1:将训练完成的PCAE提取的特征图输入OCAE的基于自下而上注意力机制的Set Transfer编码器,根据输出稀疏激活少量对象胶囊:caps

OV1:K,c1:K,a1:K=h (x1:M)其中,编码器输出的OV1:K是对象胶囊‑观众仿射矩阵,c1:K是输出的特征向量,a1:K是不caps

同对象胶囊的存在概率,h 是Set Transfer编码器;

步骤3.2:根据a1:K稀疏激活少量对象胶囊,对象胶囊使用多层感知器解码器从c1:K中预测出n个候选部分以及它们的参数:其中,解码器输出的OPk,1:N是对象胶囊‑部分胶囊仿射矩阵,ak,1:N是候选部分的条件概率,λk,1:N是相关的标量标准差, 是对象胶囊的MLP解码器;

步骤3.3:根据候选部分生成一个独立的混合预测部分,并计算混合部分与原始部分的似然性:

步骤3.4:根据部分似然性判定部分是否属于激活的对象胶囊,如不是传递给下一个对象胶囊,通过最大化混合部分与原始部分的似然性,训练对象胶囊,使其拥有最高的分类精度。

6.根据权利要求5所述一种基于EAS和堆叠胶囊自编码器的离心泵故障诊断方法,其特征在于:所述步骤3.3中原始部分和混合部分似然度的目标函数为:其中,ak为对象胶囊的存在概率,ak,m为对象胶囊的候选部分存在概率,dm为部分胶囊存在概率,xm为部分的姿势,p(x1:M,d1:M)是原始部分与混合部分的似然度。

7.根据权利要求1所述一种基于EAS和堆叠胶囊自编码器的离心泵故障诊断方法,其特征在于:所述步骤1中从离心泵选择的故障信号为:提取离心泵在在间隙处磨损、出口处有少量沉积物、入口处有沉积物、出口的磨料磨损、叶轮刀片损坏、叶轮气蚀六种故障状态下的扬程、出口速度、入口速度、离心泵转矩、与离心泵相连的电机转矩的五个故障信号。