Python电能质量扰动信号分类(七)基于CNN-TCN-Attention的扰动信号识别模型

作品简介

此代码已经继续加入Python电能质量信号分类模型代码全家桶:Python电能质量信号分类模型代码全家桶 (mbd.pub)

全家桶包括以下内容:

1.Python-电能质量扰动信号数据集生成与分类 (mbd.pub)

2.电能质量扰信号分类:Pytorch-LSTM一维信号分类 (mbd.pub)

3.Pytorch-CNN电能质量扰信号分类:一维信号分类 (mbd.pub)

4.Pytorch-Transformer电能质量扰信号分类:一维信号分类 (mbd.pub)

5.CNN-BiLSTM电能质量扰信号分类:一维信号分类 (mbd.pub)

6.CNN-Transformer电能质量扰信号分类:一维信号分类 (mbd.pub)

7.Python电能质量扰动信号分类(七)基于CNN-TCN-Attention的扰动信号识别模型 (mbd.pub)


包括 完整的电能质量扰信号数据集, 以及已经生成制作好的十分类扰动信号数据集、分类数据和标签集,对应代码均可以运行

包括数据预处理的代码,和CNN-TCN-Attention分类模型代码

创新网络分类效果显著,模型能够充分提取信号的空间和时序特征和频域特征,收敛速度快,性能优越, 精度高。创新度也有!!!

环境:python 3.9 pytorch 1.8 及其以上都可以

任何环境安装或者代码问题,请联系作者沟通交流,对于购买者,作者免费解决后续问题,关注微信公众号[建模先锋],联系作者;


导读.png


CNN-TCN-Attention模型:

输入数据维度为[32, 1, 1024], 先送入CNN网络进行1d的卷积池化提取空间特征, 然后把卷积池化后的特征送入TCN层提取时序特征,最后通过自注意力进行多尺度特征融合,最终送入全连接层和softmax进行分类诊断。

前言

本文基于Python仿真的电能质量扰动信号, 先经过数据预处理进行数据集的制作和加载,最后通过Pytorch实现 CNN-TCN-Attention模型 对电能质量扰动信号的分类。 Python仿真电能质量扰动信号的详细介绍可以参考下文(文末附 10分类 数据集):

Python-电能质量扰动信号数据介绍与分类


部分扰动信号类型波形图如下所示:

复合扰动信号.png


1 电能质量扰动数据的预处理


1.1 导入数据

在参考IEEE Std1159-2019电能质量检测标准与相关文献的基础上构建了扰动信号的模型,生成包括正常信号在内的10中单一信号和多种复合扰动信号。参考之前的文章,进行扰动信号10分类的预处理:

第一步,按照公式模型生成单一信号


10分类公式.png


单一扰动信号可视化:

二维信号.png


2.2 制作数据集

制作数据集与分类标签

数据集制作.png

2 基于CNN-TCN-Attention的扰动信号识别模型


3.1 定义CNN-TCN-Attention分类网络模型

模型结构.png


3.2 设置参数,训练模型

模型训练.png

50个epoch,准确率将近97%,CNN-TCN-Attention网络分类效果显著,CNN-TCN-Attention模型能够充分提取电能质量扰动信号的多尺度特征,收敛速度快,性能特别优越, 效果明显。


注意调整参数:

  • 可以适当增加 TCN层数和每层维度数,微调学习率;
  • 微调CNN层数和每层神经元个数,增加更多的 epoch (注意防止过拟合)
  • 可以改变一维信号堆叠的形状(设置合适的长度和维度)


3.3 模型评估

准确率、精确率、召回率、F1 Score

模型评估.png


故障十分类混淆矩阵:

混淆矩阵.png

面包多.png

往期精彩内容:

Python-电能质量扰动信号数据介绍与分类

Python电能质量扰动信号分类(一)基于LSTM模型的一维信号分类

Python电能质量扰动信号分类(二)基于CNN模型的一维信号分类

Python电能质量扰动信号分类(三)基于Transformer的一维信号分类模型

Python电能质量扰动信号分类(四)基于CNN-BiLSTM的一维信号分类模型

Python电能质量扰动信号分类(五)基于CNN-Transformer的一维信号分类模型

基于FFT + CNN - BiGRU-Attention 时域、频域特征注意力融合的电能质量扰动识别模型

基于FFT + CNN -Transformer时域、频域特征融合的电能质量扰动识别模型

Python电能质量扰动信号分类(六)基于扰动信号特征提取的超强机器学习识别模型

交叉注意力融合时域、频域特征的FFT + CNN -BiLSTM-CrossAttention电能质量扰动识别模型

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