兵工学报 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (10): 2964-2974.doi: 10.12382/bgxb.2022.0767
收稿日期:
2022-08-31
上线日期:
2023-10-30
通讯作者:
基金资助:
HUANG Wenkuan1, QIAN Linfang1,2,*(), YIN Qiang1, LIU Taisu3
Received:
2022-08-31
Online:
2023-10-30
摘要:
针对多工况下的模块发射药供药装置故障诊断问题,提出一种基于迁移学习和奇异值分解的故障诊断方法。通过奇异值分解对模块药的位移速度数据进行降维和降噪预处理,并提取特征;采用基于TrAdaBoost算法框架的迁移学习方法,综合有限的试验数据和大量的仿真数据,提取有效故障信息,构建多个基故障分类器,并最终集成一个高质量故障分类器。研究结果表明,该方法对多样工况下的故障数据有很好的适应性,在试验数据量较少的情况下,相对于传统机器学习方法可以获得更好的故障识别准确率。
中图分类号:
黄文宽, 钱林方, 尹强, 刘太素. 基于迁移学习的供药装置故障诊断方法[J]. 兵工学报, 2023, 44(10): 2964-2974.
HUANG Wenkuan, QIAN Linfang, YIN Qiang, LIU Taisu. Fault Diagnosis Method of Modular Charge Feeding Mechanism Based on Transfer Learning[J]. Acta Armamentarii, 2023, 44(10): 2964-2974.
组合序号 | 缩略组合名 | 分布占比/% |
---|---|---|
1 | 1块-失效 | 0.06 |
2 | 1块-变形 | 0.12 |
3 | 1块-健康 | 27.8 |
4 | 4块-失效 | 0 |
5 | 4块-变形 | 2.1 |
6 | 4块-健康 | 29.2 |
7 | 6块-失效 | 0.07 |
8 | 6块-变形 | 0.03 |
9 | 6块-健康 | 38.1 |
表1 选药块数与故障情况的组合
Table 1 Combinations of modular charge numbers and faults conditions
组合序号 | 缩略组合名 | 分布占比/% |
---|---|---|
1 | 1块-失效 | 0.06 |
2 | 1块-变形 | 0.12 |
3 | 1块-健康 | 27.8 |
4 | 4块-失效 | 0 |
5 | 4块-变形 | 2.1 |
6 | 4块-健康 | 29.2 |
7 | 6块-失效 | 0.07 |
8 | 6块-变形 | 0.03 |
9 | 6块-健康 | 38.1 |
组合 | 样本占 比/% | 组合 | 样本占 比/% | 组合 | 样本占 比/% |
---|---|---|---|---|---|
1 | 5 | 4 | 5 | 7 | 5 |
2 | 5 | 5 | 5 | 8 | 5 |
3 | 20 | 6 | 20 | 9 | 30 |
表2 试验集各类组合样本的占比
Table 2 Distribution of various combinations in the bench test set
组合 | 样本占 比/% | 组合 | 样本占 比/% | 组合 | 样本占 比/% |
---|---|---|---|---|---|
1 | 5 | 4 | 5 | 7 | 5 |
2 | 5 | 5 | 5 | 8 | 5 |
3 | 20 | 6 | 20 | 9 | 30 |
组合 | 样本占 比/% | 组合 | 样本占 比/% | 组合 | 样本占 比/% |
---|---|---|---|---|---|
1 | 5 | 4 | 5 | 7 | 5 |
2 | 5 | 5 | 5 | 8 | 5 |
3 | 20 | 6 | 20 | 9 | 30 |
表3 仿真集各类组合样本的占比(策略1)
Table 3 Distribution of various combinations in the simulation set (Strategy 1)
组合 | 样本占 比/% | 组合 | 样本占 比/% | 组合 | 样本占 比/% |
---|---|---|---|---|---|
1 | 5 | 4 | 5 | 7 | 5 |
2 | 5 | 5 | 5 | 8 | 5 |
3 | 20 | 6 | 20 | 9 | 30 |
组合 | 样本占 比/% | 组合 | 样本占 比/% | 组合 | 样本占 比/% |
---|---|---|---|---|---|
1 | 10 | 4 | 10 | 7 | 10 |
2 | 10 | 5 | 10 | 8 | 10 |
3 | 10 | 6 | 10 | 9 | 20 |
表4 仿真集各类组合样本的占比(策略2)
Table 4 Distribution of various combinations in the simulation set (Strategy 2)
组合 | 样本占 比/% | 组合 | 样本占 比/% | 组合 | 样本占 比/% |
---|---|---|---|---|---|
1 | 10 | 4 | 10 | 7 | 10 |
2 | 10 | 5 | 10 | 8 | 10 |
3 | 10 | 6 | 10 | 9 | 20 |
测试错误率/ % | 试验∶仿真= 1∶1 | 试验∶仿真= 1∶2 | 试验∶仿真= 1∶5 |
---|---|---|---|
≤20 | 0.738 | 0.742 | 0.713 |
≤10 | 0.906 | 0.852 | 0.822 |
≤5 | 0.927 |
表5 仿真样本按策略1分布时的迁移阈值
Table 5 Transfer threshold of Strategy 1
测试错误率/ % | 试验∶仿真= 1∶1 | 试验∶仿真= 1∶2 | 试验∶仿真= 1∶5 |
---|---|---|---|
≤20 | 0.738 | 0.742 | 0.713 |
≤10 | 0.906 | 0.852 | 0.822 |
≤5 | 0.927 |
测试错误率/ % | 试验∶仿真= 1∶1 | 试验∶仿真= 1∶2 | 试验∶仿真= 1∶5 |
---|---|---|---|
≤20 | 0.713 | 0.681 | 0.693 |
≤10 | 0.881 | 0.815 | 0.779 |
≤5 | 0.895 |
表6 仿真样本按策略2分布时的最低迁移阈值
Table 6 Transfer threshold of Strategy 2
测试错误率/ % | 试验∶仿真= 1∶1 | 试验∶仿真= 1∶2 | 试验∶仿真= 1∶5 |
---|---|---|---|
≤20 | 0.713 | 0.681 | 0.693 |
≤10 | 0.881 | 0.815 | 0.779 |
≤5 | 0.895 |
分药块数 | 分类器 | 准确率/% | F1值 |
---|---|---|---|
SVM分类器 | 92.9 | 0.919 | |
1块药 | 基分类器 | 97.0 | 0.970 |
集成分类器 | 100 | 1.000 | |
SVM分类器 | 86.9 | 0.864 | |
4块药 | 基分类器 | 89.7 | 0.883 |
集成分类器 | 100 | 0.995 | |
SVM分类器 | 88.3 | 0.896 | |
6块药 | 基分类器 | 90.2 | 0.915 |
集成分类器 | 99.0 | 0.995 | |
SVM分类器 | 89.3 | ||
药块综合 | 基分类器 | 92.3 | |
集成分类器 | 99.7 |
表7 分药数目分类的准确率和F1值
Table 7 Accuracy and F1 value statistics for modular charge numbers
分药块数 | 分类器 | 准确率/% | F1值 |
---|---|---|---|
SVM分类器 | 92.9 | 0.919 | |
1块药 | 基分类器 | 97.0 | 0.970 |
集成分类器 | 100 | 1.000 | |
SVM分类器 | 86.9 | 0.864 | |
4块药 | 基分类器 | 89.7 | 0.883 |
集成分类器 | 100 | 0.995 | |
SVM分类器 | 88.3 | 0.896 | |
6块药 | 基分类器 | 90.2 | 0.915 |
集成分类器 | 99.0 | 0.995 | |
SVM分类器 | 89.3 | ||
药块综合 | 基分类器 | 92.3 | |
集成分类器 | 99.7 |
故障状态 | 分类器 | 准确率/% | F1值 |
---|---|---|---|
SVM分类器 | 89.5 | 0.872 | |
阻尼失效 | 基分类器 | 88.0 | 0.840 |
集成分类器 | 97.9 | 0.959 | |
SVM分类器 | 91.1 | 0.863 | |
药仓变形 | 基分类器 | 87.2 | 0.840 |
集成分类器 | 98.0 | 0.975 | |
SVM分类器 | 81.7 | 0.874 | |
装置健康 | 基分类器 | 78.1 | 0.824 |
集成分类器 | 93.3 | 0.956 | |
SVM分类器 | 87.0 | ||
故障综合 | 基分类器 | 84.0 | |
集成分类器 | 96.3 |
表8 故障类型分类的准确率和F1值
Table 8 Accuracy and F1 value statistics for fault classification
故障状态 | 分类器 | 准确率/% | F1值 |
---|---|---|---|
SVM分类器 | 89.5 | 0.872 | |
阻尼失效 | 基分类器 | 88.0 | 0.840 |
集成分类器 | 97.9 | 0.959 | |
SVM分类器 | 91.1 | 0.863 | |
药仓变形 | 基分类器 | 87.2 | 0.840 |
集成分类器 | 98.0 | 0.975 | |
SVM分类器 | 81.7 | 0.874 | |
装置健康 | 基分类器 | 78.1 | 0.824 |
集成分类器 | 93.3 | 0.956 | |
SVM分类器 | 87.0 | ||
故障综合 | 基分类器 | 84.0 | |
集成分类器 | 96.3 |
[1] |
doi: 10.1016/j.dt.2020.11.003 |
[2] |
|
[3] |
doi: 10.1016/j.eswa.2010.07.119 URL |
[4] |
doi: 10.1016/j.ymssp.2017.06.025 URL |
[5] |
doi: 10.21595/jve URL |
[6] |
李良钰, 苏铁熊, 马富康, 等. 基于集合经验模态分解-支持向量机的高压共轨系统故障诊断方法[J]. 兵工学报, 2022, 43(5): 992-1001.
doi: 10.12382/bgxb.2021.0155 |
doi: 10.12382/bgxb.2021.0155 |
|
[7] |
doi: 10.1016/j.neucom.2018.06.078 URL |
[8] |
钱林方, 孙乐, 陈光宋, 等. 无位置传感器电机控制在火炮装填应用的关键技术[J]. 兵工学报, 2022, 43(10): 2417-2428.
|
doi: 10.12382/bgxb.2022.0330 |
|
[9] |
刘太素, 钱林方, 陈光宋. 火炮输药机构小射角输药到位一致性稳健优化设计[J]. 兵工学报, 2020, 41(8): 1473-1482.
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2020.08.001 |
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2020.08.001 |
|
[10] |
doi: 10.1016/j.ymssp.2019.106587 URL |
[11] |
|
[12] |
doi: 10.1016/j.renene.2020.10.121 URL |
[13] |
|
[14] |
doi: 10.1177/0954406219840381 URL |
[15] |
|
[16] |
|
[17] |
|
[18] |
doi: 10.1006/jcss.1997.1504 URL |
[19] |
|
[20] |
|
[1] | 王伽豪,那文波,刘志威,昝琪,王铮. 双闭环比值控制系统传感器故障诊断方法[J]. 兵工学报, 2024, 45(4): 1252-1263. |
[2] | 吕卫民, 孙晨峰, 任立坤, 赵杰, 李永强. 一种基于TCN-LGBM的航空发动机气路故障诊断方法[J]. 兵工学报, 2024, 45(1): 253-263. |
[3] | 刘懿, 任济寰, 吴祥, 薄煜明. 基于集成迁移学习的新装备装甲车辆分类[J]. 兵工学报, 2023, 44(8): 2319-2328. |
[4] | 庞伊琼, 许华, 张悦, 朱华丽, 彭翔. 基于迁移元学习的调制识别算法[J]. 兵工学报, 2023, 44(10): 2954-2963. |
[5] | 魏剑峰, 张发平, 卢继平, 杨向飞, 杨鹏楷. 基于高斯模型和RMSD-DS的火炮反后坐装置故障诊断方法[J]. 兵工学报, 2023, 44(10): 3101-3114. |
[6] | 李良钰, 苏铁熊, 马富康, 吴小军, 徐春龙. 基于集合经验模态分解-支持向量机的高压共轨系统故障诊断方法[J]. 兵工学报, 2022, 43(5): 992-1001. |
[7] | 李泽东, 李志农, 陶俊勇, 毛清华, 张旭辉. 基于特征融合的注意力增强卷积神经网络的航空发动机滚动轴承故障诊断方法[J]. 兵工学报, 2022, 43(12): 3228-3239. |
[8] | 李炜, 韩寅龙, 孙晓静. 基于特征优选与深度学习的车载电源微小故障诊断方法[J]. 兵工学报, 2022, 43(11): 2935-2944. |
[9] | 李志农, 胡志峰, 毛清华, 张旭辉, 陶俊勇. 非线性调频模态分解-同步提取变换方法及其在滚动轴承故障诊断中的应用[J]. 兵工学报, 2021, 42(6): 1324-1330. |
[10] | 陆瑶敏, 龚建伟, 王博洋, 关海杰. 基于多重示范的智能车辆运动基元表征与序列生成[J]. 兵工学报, 2021, 42(4): 851-861. |
[11] | 朱敏, 许爱强, 许晴, 李睿峰. 基于改进多层核超限学习机的模拟电路故障诊断[J]. 兵工学报, 2021, 42(2): 356-369. |
[12] | 李金朋, 范红波, 张英堂, 李志宁, 尹刚. 斜磁化条件下多磁源目标的边界识别方法[J]. 兵工学报, 2020, 41(10): 2033-2044. |
[13] | 李佳蔚, 崔涛, 刘宇航, 师帅楠, 孙强. 基于排气温度动态模型的在线观测器研究[J]. 兵工学报, 2019, 40(8): 1562-1571. |
[14] | 郭伟超, 赵怀山, 李成, 李言, 汤奥斐. 基于小波包能量谱与主成分分析的轴承故障特征增强诊断方法[J]. 兵工学报, 2019, 40(11): 2370-2377. |
[15] | 翟禹尧, 史贤俊, 吕佳朋. 基于广义随机Petri网的导弹系统测试性建模与指标评估方法研究[J]. 兵工学报, 2019, 40(10): 2070-2079. |
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