基于半监督阶梯网络的故障分类研究及空调系统应用

来源 :浙江大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jin_sarah
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
得益于信息化智能化的发展趋势,更多的传感器被部署到工业过程中,这使得工业过程中采集到的过程数据变得更加丰富也更加复杂。因此,基于数据驱动的故障诊断技术在学术界和工业界得到了广泛的关注,成为了过程监测领域的研究热点。然而,实际工业过程采集到的数据大比例标签缺失、维度高、价值密度低等问题,使得传统的模式识别分类方法难以基于这些数据训练出可以进行有效故障识别的高精度故障分类模型。本文将深度学习方法应用于故障诊断领域,研究了基于半监督阶梯网络的故障分类方法。从对半监督阶梯网络分类决策部分进行改进的角度,在已有经典有监督分类算法基础上提出了基于半监督阶梯网络特征提取和多模型融合的故障分类方法;从对半监督阶梯网络进行跨层结构优化的角度,提出了半监督残差阶梯网络和半监督密集阶梯网络;从算法应用角度,将本文提出的算法应用于空调系统的故障诊断中。  本文主要的研究工作和成果如下:  1)针对工业过程中有标签故障数据少、样本特征区分度不强的问题,为了获得具有更好分类性能的故障分类模型,通过对半监督阶梯网络分类决策部分进行改进,提出了两种基于半监督阶梯网络特征提取与多模型融合的故障分类模型。模型利用半监督阶梯网络可以同时学习有标签样本的标签信息和无标签样本的数据分布信息的特点,将半监督阶梯网络视为一个可训练半监督特征提取器,通过与传统分类器进行组合的方式,解决传统分类器对样本特征区分度要求较高和半监督阶梯网络分类层分类机制较简单的问题。此外为了减少由于分类器不同、数据集数据分布不同产生的影响,模型在各基础分类器基础上还分别引入了投票式和堆栈式多模型融合算法。实验结果证明了所提出的基于半监督阶梯网络特征提取与多模型融合的故障分类模型的有效性和稳定性,其中基于堆栈式融合的故障分类模型效果更好也更稳定,可以获得比原始半监督阶梯网络更好的分类结果。  2)针对改进半监督阶梯网络分类决策邵分所得模型结构复杂且训练与分类环节相脱离的问题,为了获得具有更好分类性能的分类器,尝试简化模型流程,基于原始半监督阶梯网络提出了半监督残差阶梯网络和半监督密集阶梯网络两个故障分类模型,通过对网络结构和损失函数的优化来获得更好的分类性能。本文中延伸了半监督阶梯网络中信息跨层传递的思想,通过引入残差网络的残差连接和密集网络的密集连接来加强网络内部的信息传递和特征复用,实现网络结构的改进。此外,为了避免出现有噪声有监督损失下降,而无噪声有监督损失升高的情况,确保损失函数优化方向与最终的分类目标一致,通过在原始损失函数中引入无噪声编码过程有监督损失项的方式,实现损失函数的改进。实验证明,本文提出的跨层结构优化算法好于原始的半监督阶梯网络,并好于其他传统分类方法,其中最大化阶梯网络内部信息流的半监督密集阶梯网络分类效果最为出色。  3)为解决空调系统故障数据小比例有标签情况下的故障分类问题,从实际应用角度出发,将本文研究的故障分类算法应用于空调系统的故障诊断中。基于UTC开利公司提供的多联变水量风冷式空调系统,针对该系统中室内机压差控制回路、室外机压差控制回路以及室外机出水温度控制回路设计并仿真模拟了9个不同类型的故障,由此搭建空调系统故障数据集。实验结果证明了本文提出的故障分类算法的有效性和优越性,其中基于跨层结构优化的半监督密集阶梯网络的分类效果最为出色,具有较高的应用价值。
其他文献
随着计算机技术的飞速发展,滤波技术在近年来也取得了巨大的进步,但是由于系统模型的复杂、干扰的多样性的影响,非线性非高斯系统模型滤波问题仍然是研究过程中所要面临的挑
随着无线网络技术的不断进步和智能设备的普及,移动流媒体业务得到了快速的发展。种类繁多的移动视频应用丰富了人们的生活,但也带来了巨大的流量,给无线网络带来了很大压力,
在智能视频监控中,场景建模和修复是目标检测和场景理解的核心内容。计算机视觉科技的进步使得背景建模的算法日臻成熟,对于普通场景中的前景物体变化都能做到较为准确的识别
随着微电网技术的不断发展,能实现能量双向流动、并且储能和逆变状态可自由切换的双向储能逆变器作为微电网的重要组成部分得到了足够的重视,越来越多的科研工作者们对其展开
近年来,稀疏表示理论在图像处理领域得到了迅猛地发展,已成功地运用到图像的超分辨率重建中,并取得了巨大的研究成果。本文围绕基于稀疏表示的图像超分辨率重建展开研究,提出了两
随着这些年来互联网技术的迅猛发展,电子商务、社交网络及垂直门户网站迫切需要一种能自动向用户发送个性化推荐信息的功能,用以增加网站营收,改善用户体验,这一功能正是用户
负载模拟系统是伺服驱动系统研制与测试过程中的重要设备,能够显著改善实验条件,加快研发进度,并且有助于降低研发成本。负载模拟系统可以准确、重复的再现伺服系统中的负载力矩,为各种控制算法和控制对象的研究提供实验平台。本文在深入研究负载模拟系统功能和结构的基础上提出了负载模拟系统的整体设计方案,然后以磁粉制动器为加载元件,以FPGA为控制核心设计了一套负载模拟系统。在理论计算和仿真的基础上完成了磁粉制动
随着火电机组向高参数、大容量的方向发展,其对热工系统的控制要求越来越严格,而主汽温控制一直是热工控制领域的难点问题,关乎着机组的安全经济运行,显得格外重要。本文采用IMC-
超(超)临界机组是典型的非线性、大时滞与大惯性并存的多变量强耦合系统,这使得机组在大幅变工况下采用常规PID控制方法的协调控制品质变差,影响机组的负荷响应速度,同时易造成主
为了能够模拟宽带通信系统中基带信号的产生,人们需要研究一种全新的模拟分析方法,从最开始的利用模拟器件来实现,到模拟器件逐渐向数字器件过渡,再发展到利用软件方式实现多