【稀疏展开+盲解卷】基于K‑LISTA网络监督学习的滚动轴承故障特征增强和辨识(PyTorch)

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算法是一种基于稀疏优化展开网络的监督式盲解卷积方法,首先建立稀疏盲解卷积模型,并将ISTA迭代求解过程展开为K‑LISTA网络,使卷积核可学习以嵌入故障冲击的先验稀疏性;然后利用仿真数据生成带标签的理想包络谱,以监督方式训练该网络,使其从含噪振动信号中直接映射出增强后的冲击源包络谱;最后对实测轴承信号进行解卷增强,再以包络谱为特征训练简单分类器。提出方法结合了模型驱动的物理先验与数据驱动的学习能力,提升了低信噪比下故障特征的显著度。

算法步骤:

① 分析轴承固有参数,计算理论故障特征频率(内圈、外圈、滚动体)。

② 根据故障机理模型生成大量仿真故障信号,并计算其无噪冲击信号的包络谱作为理想标签。

③ 构建K‑LISTA网络:将ISTA迭代中的矩阵乘法替换为可学习的一维卷积核,设网络层数T、卷积核长度及软阈值参数。

④ 用仿真信号及标签监督训练K‑LISTA,最小化网络输出包络谱与理想包络谱之间的MSE损失。

⑤ 对实测轴承振动信号(西储大学数据)进行帧分割与归一化,用训练好的K‑LISTA网络逐帧解卷增强,得到时域冲击序列。

⑥ 对增强后的信号计算包络谱,作为特征向量;将特征向量与故障标签划分训练集/测试集。

⑦ 构建简单的全连接分类器,用增强特征训练分类器,最终在测试集上评估故障分类准确率。





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