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专利号: 2023111395649
申请人: 淮阴工学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 基本电气元件
更新日期:2025-03-25
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于PSO-GWO-DELM的质子交换膜燃料电池系统故障诊断方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤1:使用传感器测得质子交换膜燃料电池分别在膜干、水淹、正常情况下的电流数据,并将得到的电流数据拟合成等效模型,取等效模型的各元件参数组成原始数据集;

步骤2:通过对经验小波变换EWT算法进行优化得到改进经验小波变换IEWT算法,使用改进经验小波变换IEWT算法,将电流信号分解成不同频率和尺度的子信号,从而提取电池信号的频率特征,进而从中获得稳定的趋势分量,将获得的数据集随机分为训练数据集和测试数据集;

步骤3:利用粒子群算法PSO对灰狼算法GWO进行优化,得到粒子群算法改进的灰狼算法PSO-GWO;所述PSO-GWO通过混合PSO和GWO的搜索策略,更新每个粒子和灰狼的位置和速度,将PSO和GWO的搜索策略结合在一起,同时利用全局和局部搜索来搜索最优解;

步骤4:使用训练数据集构建深度极限学习机DELM分类模型,经由PSO-GWO算法对深度极限学习机DELM进行优化学习处理,搜索最优权值;

步骤5:利用优化训练后的深度极限学习机DELM对测试数据集进行辨别分类。

2.根据权利要求1所述的基于PSO-GWO-DELM的质子交换膜燃料电池系统故障诊断方法,其特征在于,所述步骤2中的通过对经验小波变换EWT算法进行优化得到改进经验小波变换IEWT算法,具体改进如下:步骤2.1:对故障信号进行傅里叶变换,在傅里叶域对被分析信号归一化处理,并依据Shannon法则将信号频谱定义在[0,π]范围内,并将[0,π]分为M个带宽不等的频带,每段用Λ即第m个频带的上边界等于

步骤2.2:计算经验小波的尺度函数和小波函数,两者组成的滤波器组,对检测到的所有频率段进行尺度变换和滤波,去除干扰噪声;尺度函数和小波函数的公式分别为:其中,确定小波框架的系数为

上述(3)式中的υ,即v(a)为信号函数,v(a)=a步骤2.3:根据经验小波的尺度函数和小波函数,得到经验小波的细节函数和近似函数;

细节函数的公式表达为:

近似函数的公式表达式:

步骤2.4:通过细节函数和近似函数,经由两者的重构得到重构信号;

重构信号公式表达式:

将(6)式和(7)式相应的公式代入(8)式中,然后再对其进行整理工作可得到如下公式:

3.根据权利要求1所述的基于PSO-GWO-DELM的质子交换膜燃料电池系统故障诊断方法,其特征在于,所述步骤3中的粒子群算法改进灰狼算法,得到PS0-GWO,具体如下:步骤3.1:灰狼确定猎物目标,即为

式中,

步骤3.2:猎物被包围后,α狼、β狼和δ狼被视为3个潜在解,且此三者会因为猎物的移动而随之改变其位置,灰狼群体追逐猎物的行为可以表述下面数学公式:其中,h取值为α,β,δ;q=1,2,3;

步骤3.3:使用PSO算法来优化GWO算法,PSO算法将粒子看作在空间中做有方向的变速运动,通过自身的记忆和群体的交流来不断调整运动方向和速度,从而寻找最优解,速度和位置的更新公式如下:步骤3.4:PSO-GWO通过调节惯性常数τ以提高算法全局搜索并平衡局部搜索能力,τ的变化范围为[0.5,1],则速度和位置的更新公式变为:则灰狼群体追逐猎物的行为变为:

4.根据权利要求1所述的基于PSO-GWO-DELM的质子交换膜燃料电池系统故障诊断方法,其特征在于,所述步骤4中的深度极限学习机DELM进行优化学习处理步骤如下:步骤4.1:DELM使用极限学习机和自动编码器相结合,形成了极限学习机-自动编码器ELM-AE模型;

步骤4.2:ELM学习过程:首先,随机初始化输入层权重和隐藏层偏置,然后将训练数据输入网络中进行训练,得到输出结果;其次,根据训练误差项和输出层权重范数的正则项构成损失函数,利用最小二乘法求解输出层权重;最后,利用Moore-Penrose广义逆矩阵理论求解输入层权重和隐藏层偏置,从而得到最终的模型;具体如下:数据集输入样本可表达为X

o

隐含层神经元数量为

ELM的学习目标是使输出误差尽量接近于零,表述为:步骤4.3:结合式(15),学习目标可表述为矩阵形式:Hβ=T                  (18)式中,T为期望输出;β为输出权重矩阵;H为极限学习机隐含层输出矩阵:为得到单隐层神经网络,式(18)又能够等价于

其中,

步骤4.4:利用ELM-AE作为无监督学习的基础单元,进行输入数据的自动编码器训练和学习,使用最小二乘法来获得ELM-AE的输出权值矩阵,并将其保存下来,以便用于构建堆栈多层极限学习机ML-ELM;具体如下:使用最小二乘法可以得到ELM-AE与最终的DELM分类层或回归层的权重矩阵,并且只需进行简单的反向计算即得到更新后的权重,DELM的输出表达式表示为下式:其中,a是由a

其中,X=[x