[发明专利]一种基于门控循环单元的胶囊网络滚动轴承故障诊断系统

权利要求书

1.一种基于门控循环单元的胶囊网络滚动轴承故障诊断系统，其特征在于，包括依次连接的门控层(1)、卷积层(2)和胶囊网络，所述胶囊网络包括初级胶囊层(3)和数字胶囊层(4)，其中：

门控层(1)，提取轴承的故障特征；

卷积层(2)，对提取出的故障特征进行压缩；

初级胶囊层(3)，将提取的故障特征由标量特征转化为向量特征；

数字胶囊层(4)，识别转化为向量特征的故障特征，输出相应的故障类型；

所述门控层(1)设有门控循环单元，所述门控循环单元通过更新门和重置门对门控层(1)的目标输出状态值进行控制，所述胶囊网络中每层网络的输入包括上一层网络的输出和耦合系数。

2.根据权利要求1所述的一种基于门控循环单元的胶囊网络滚动轴承故障诊断系统，其特征在于，所述更新门确定目标输出状态值需要保留的输出历史状态值，计算公式具体如下所示：

Z_t＝δ(W_zx_t+U_zh_t-1+b_z)

其中，Z_t为更新门的状态值，δ为sigmoid函数，x_t为t时刻的输入向量，W_z和U_z为更新门的权重矩阵，b_z为偏置项，h_t-1为门控层(1)的输出历史状态值。

3.根据权利要求2所述的一种基于门控循环单元的胶囊网络滚动轴承故障诊断系统，其特征在于，所述重置门根据输出历史状态值确定门控层(1)的输出候选状态值，计算公式具体如下所示：

r_t＝δ(W_rx_t+U_rh_t-1+b_r)

其中，r_t为重置门的状态值，W_r和U_r为重置门的权重矩阵，b_r为偏置项。

4.根据权利要求3所述的一种基于门控循环单元的胶囊网络滚动轴承故障诊断系统，其特征在于，所述候选状态值的计算公式具体如下所示：

其中，为门控层(1)的候选状态值，tanh为激活函数，⊙为同或运算，W_c和U_c为候选状态的权重矩阵，b_c为偏置项。

5.根据权利要求4所述的一种基于门控循环单元的胶囊网络滚动轴承故障诊断系统，其特征在于，所述门控层(1)的目标输出状态值的计算公式具体如下所示：

其中，h_t为门控层的目标输出状态值。

6.根据权利要求1所述的一种基于门控循环单元的胶囊网络滚动轴承故障诊断系统，其特征在于，所述胶囊网络中每层网络的输出向量的计算公式具体如下：

其中，v_j为每层网络的输出向量，s_j为每层网络的中间向量，c_ij为耦合系数，为预测向量，W_ij为每层网络的权重矩阵，u_i为上一层胶囊网络的输出向量。

7.根据权利要求6所述的一种基于门控循环单元的胶囊网络滚动轴承故障诊断系统，其特征在于，所述胶囊网络中设有确定耦合系数的动态路由模块，所述耦合系数由初始向量进行归一化得到，所述初始向量通过预测向量和输出向量来进行更新，具体过程如下所示：

其中，b_ij为第j次循环的初始向量，b_ij-1为上一次循环的初始向量。

8.根据权利要求1所述的一种基于门控循环单元的胶囊网络滚动轴承故障诊断系统，其特征在于，所述卷积层(2)中设有数量为一层的批量归一化层。