[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在审

专利信息
申请号: 202010753312.5 申请日: 2020-07-30
公开(公告)号: CN111832663A 公开(公告)日: 2020-10-27
发明(设计)人: 王超群;李彬彬;焦斌;梁昱;程鹏宇 申请(专利权)人: 上海电机学院
主分类号: G06K9/62 分类号: G06K9/62;G06N3/04;G06N3/08;G01M13/04
代理公司: 上海科盛知识产权代理有限公司 31225 代理人: 宣慧兰
地址: 200240 *** 国省代码: 上海;31
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摘要:
搜索关键词: 一种 基于 门控 循环 单元 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:

Zt=δ(Wzxt+Uzht-1+bz)

其中,Zt为更新门的状态值,δ为sigmoid函数,xt为t时刻的输入向量,Wz和Uz为更新门的权重矩阵,bz为偏置项,ht-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:

rt=δ(Wrxt+Urht-1+br)

其中,rt为重置门的状态值,Wr和Ur为重置门的权重矩阵,br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,Wc和Uc为候选状态的权重矩阵,bc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,ht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,vj为每层网络的输出向量,sj为每层网络的中间向量,cij为耦合系数,为预测向量,Wij为每层网络的权重矩阵,ui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,bij为第j次循环的初始向量,bij-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。

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