CNN-Transformer电能质量扰信号分类:一维信号分类

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-Transformer分类模型代码

环境:python 3.9

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;

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

导读.png

引言

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,然后通过Pytorch实现CNN-Transformer模型对扰动信号的分类。

封面图.png

部分扰动信号类型波形图如下所示:

复合扰动信号.png

1 数据集制作与加载

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

第二步,导入十分类数据

import pandas as pd

import numpy as np

# 样本时长0.2s  样本步长1024  每个信号生成500个样本  噪声0DB  

window_step = 1024

samples = 500

noise = 0

split_rate = [0.7, 0.2, 0.1]  # 训练集、验证集、测试集划分比例

# 读取已处理的 CSV 文件

dataframe_10c = pd.read_csv('PDQ_10c_Clasiffy_data.csv' )

dataframe_10c.shape


1.2 制作数据集

第一步,定义制作数据集函数

制作数据集1.png

第二步,制作数据集与分类标签

制作数据集2.png

2 CNN-Transformer分类模型和超参数选取

2.1定义CNN-Transformer分类模型

模型定义.png

注意:输入数据维度为[64, 1, 1024], 先送入CNN网络进行1d的卷积池化,然后再把卷积池化的空间特征送入Transformer进行信号特征增强,最终送入全连接层和softmax进行分类。

2.2 设置参数,训练模型

模型训练.png

100个epoch,准确率将近100%,CNN-Transformer模型分类效果良好,分类准确率高,性能优越,适当调整模型参数,可以进一步提高分类准确率。

注意调整参数:

  • 可以适当增加 CNN层数和隐藏层维度数,微调学习率;
  • 增加Transformer编码器层数和维度数,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 模型评估

3.1 准确率、精确率、召回率、F1 Score

模型评估.png

3.2 十分类混淆矩阵:

混淆矩阵.png



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