【摘要】：隨著裝備向自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展,為保障機(jī)電系統(tǒng)高精度高可靠性運(yùn)行,健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)與維護(hù)已經(jīng)成為一個(gè)重要的研究方向。與此同時(shí),卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與深度學(xué)習(xí)技術(shù),大大推動(dòng)了數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)故障診斷算法的發(fā)展。然而,以下問題嚴(yán)重制約了卷積網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用:數(shù)據(jù)標(biāo)簽難以獲得、實(shí)際工況變化復(fù)雜、采集與測(cè)試機(jī)器存在差異。本文將遷移學(xué)習(xí)中域自適應(yīng)理論引入到智能故障診斷算法中,分別針對(duì)數(shù)據(jù)標(biāo)注、跨工況和跨設(shè)備三個(gè)層次的適應(yīng)性問題進(jìn)行研究。對(duì)卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論基礎(chǔ)進(jìn)行介紹,同時(shí)將遷移學(xué)習(xí)與域自適應(yīng)概念引入故障診斷領(lǐng)域,詳細(xì)介紹了本文所采用的數(shù)據(jù)集,并且搭建絲桿故障信號(hào)采集平臺(tái),用于驗(yàn)證所提出算法的準(zhǔn)確率。研究基于物理模型的遷移學(xué)習(xí)故障診斷算法。本文改進(jìn)了現(xiàn)有對(duì)抗生成網(wǎng)絡(luò),向物理模型生成的有標(biāo)注仿真信號(hào)中添加真實(shí)采集信號(hào)的特征,得到趨于采集信號(hào)分布的生成信號(hào),并以此訓(xùn)練分類器進(jìn)行故障診斷。試驗(yàn)結(jié)果表明,提出的算法能夠極大程度降低傳統(tǒng)對(duì)抗生成網(wǎng)絡(luò)模式坍塌、訓(xùn)練不收斂等問題,并且在生成數(shù)據(jù)時(shí)保持了故障信息,可以使用無標(biāo)注數(shù)據(jù)進(jìn)行故障診斷,驗(yàn)證提出算法的域自適應(yīng)能力。研究基于膠囊網(wǎng)絡(luò)的ICN跨工況故障診斷方法。針對(duì)現(xiàn)有算法難以適應(yīng)工況變化的問題,本文使用無池化層的膠囊網(wǎng)絡(luò),并添加多路卷積分支結(jié)構(gòu)以提高網(wǎng)絡(luò)的非線性,提取更加抽象的特征。在軸承和絲杠多個(gè)數(shù)據(jù)集上進(jìn)行故障診斷實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證提出算法在跨工況故障診斷情況下的域自適應(yīng)能力。研究基于W-距離的特征正則化跨設(shè)備故障診斷方法,克服了現(xiàn)有故障診斷算法由于設(shè)備差異造成的低準(zhǔn)確率問題。在遷移學(xué)習(xí)領(lǐng)域,W-距離作為一種常用的分布差異度量準(zhǔn)則,難以求取精確解,本文提出W-距離在遷移學(xué)習(xí)情況下的近似簡化定理并給出證明。并且本文通過對(duì)多個(gè)網(wǎng)絡(luò)公開軸承數(shù)據(jù)集與自采集軸承、絲杠數(shù)據(jù)集進(jìn)行測(cè)試,驗(yàn)證了提出算法的在跨設(shè)備設(shè)備故障診斷情況下的域自適應(yīng)能力。
【圖文】：

圖 1-1 數(shù)據(jù)故障診斷基本步驟但是，基于深度學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)機(jī)械零部件故障診斷算法，大多集中在實(shí)驗(yàn)室階段，基于實(shí)驗(yàn)設(shè)備上進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與算法研究。在面向工程實(shí)際應(yīng)用的過程中，其過程中存在許多問題：（1）信號(hào)采集環(huán)節(jié)，有標(biāo)注數(shù)據(jù)難以獲得[2]。伴隨機(jī)械系統(tǒng)集成化程度的提高，待檢測(cè)關(guān)鍵零部件往往位于機(jī)械系統(tǒng)內(nèi)部，，而故障數(shù)據(jù)的標(biāo)注

假設(shè)聯(lián)合分布相同時(shí)必然會(huì)推出 ( ) ( )T SP x P x 的結(jié)論，即邊緣分布相同。然而對(duì)于不同裝置，不同機(jī)器來說邊緣分布相同是一個(gè)非常難以確保的條件。然而，在保證P( y | x )相同，兩個(gè)邊緣分布 ( )TP x 、 ( )SP x 不同但已知的情況下進(jìn)行機(jī)器學(xué)習(xí)任務(wù)正是遷移學(xué)習(xí)中領(lǐng)域自適應(yīng)學(xué)習(xí)方法。領(lǐng)域適配歸屬于遷移學(xué)習(xí)下的同構(gòu)遷移學(xué)習(xí)，遷移學(xué)習(xí)方法的分類如下圖 1-1 所示：
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TH17;TP183;TP277

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本文編號(hào)：2622715