[发明专利]一种基于关系型知识蒸馏的滚动轴承故障诊断方法和系统有效
申请号: | 202110716619.2 | 申请日: | 2021-06-25 |
公开(公告)号: | CN113281048B | 公开(公告)日: | 2022-03-29 |
发明(设计)人: | 朱海平;王慧;陈志鹏;石海彬;冯世元;程佳欣 | 申请(专利权)人: | 华中科技大学 |
主分类号: | G01M13/045 | 分类号: | G01M13/045;G06K9/00;G06K9/62 |
代理公司: | 华中科技大学专利中心 42201 | 代理人: | 胡秋萍 |
地址: | 430074 湖北*** | 国省代码: | 湖北;42 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 基于 关系 知识 蒸馏 滚动轴承 故障诊断 方法 系统 | ||
1.一种基于关系型知识蒸馏的滚动轴承故障诊断方法,其特征在于,该方法包括:
准备阶段:
获取滚动轴承正常状态和故障状态下的振动信号段,每种状态进行多次测量;以相同状态类型的多个连续采样点作为一个处理样本,将每个处理样本构建为一个时频图,将时频图,对应状态类型作为训练样本,得到训练样本集;构建教师模型-学生模型;
训练阶段:
使用训练样本集预训练教师模型;将多个训练样本同时输入至预训练好的教师模型,得到教师模型最后一个池化层输出的多个对应特征,作为特征集合T;
随机初始化学生模型;将多个训练样本同时输入至初始化后的学生模型,得到学生模型最后一个池化层输出的多个对应特征,作为特征集合S;
计算特征集合T内各元素之间的二元距离和三元角度,计算特征集合S内各元素之间的二元距离和三元角度;
基于特征集合T和S内各元素之间的二元距离,构建距离蒸馏损失,基于特征集合T和S内各元素之间的三元角度,构建角度蒸馏损失;
将距离蒸馏损失和角度蒸馏损失纳入整个模型的总损失函数,所述总损失函数计算公式如下:
L=α*LKD+β*(ω1*LRKD-D+ω2*LRKD-A)
其中,LKD表示知识蒸馏损失值,LRKD-D表示距离蒸馏损失,LRKD-A表示角度蒸馏损失,α,β表示各类损失值的权重系数,ω1,ω2表示距离蒸馏损失和角度蒸馏损失的权重;
以总损失函数最小化为目标,训练教师模型-学生模型,得到训练好的教师模型-学生模型;
应用阶段:
获取待测滚动轴承的振动信号段,并构建时频图;将其输入至训练好的学生模型,得到诊断结果。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,对归一化后的一维振动信号段进行连续小波分析,生成连续三通道小波时频图谱。
3.如权利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述基于特征集合T和S内各元素之间的二元距离,构建距离蒸馏损失,具体如下:
其中,LRKD-D表示距离蒸馏损失,xi,xj分别表示第i,j个训练样本,χ2表示二元关系集合,lδ()表示Huber损失函数,ΨD(ti,tj)表示ti和tj的距离,ΨD(si,sj)表示si和sj的距离,ti,tj分别表示第i,j个训练样本输入至教师模型最后一个池化层输出的多个对应特征,si,sj分别表示第i,j个训练样本输入至学生模型最后一个池化层输出的多个对应特征。
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