Python轴承故障诊断 (17)基于TCN-CNN并行的一维故障信号识别模型

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代码中包含三种模型融合方式

前言

本文基于凯斯西储大学(CWRU)轴承数据,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TCN-CNN模型对故障数据的分类。凯斯西储大学轴承数据的详细介绍可以参考下文:

Python-凯斯西储大学(CWRU)轴承数据解读与分类处理_cwru bearing data-CSDN博客

1 模型整体结构

模型整体结构如下所示:

2 轴承数据加载与预处理

2.1 导入数据

参考之前的文章,进行故障10分类的预处理,凯斯西储大学轴承数据10分类数据集:

train_set、val_set、test_set 均为按照7:2:1划分训练集、验证集、测试集,最后保存数据

上图是数据的读取形式以及预处理思路

2.2 数据预处理,制作数据集

3 基于Pytorch的TCN-CNN轴承故障诊断分类

3.1 定义TCN-CNN分类网络模型

注意:输入数据维度为[32, 1, 1024], 先送入CNN网络进行1d的卷积池化,同时将信号送入TCN层提取时序特征,最后把空间特征和时序特征进行融合,最终送入全连接层和softmax进行分类。

3.2 设置参数,训练模型

50个epoch,准确率将近97%,TCN-CNN网络分类效果显著,TCN-CNN模型能够充分提取轴承故障信号的全局空间和时域特征,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

故障十分类混淆矩阵:

代码、数据如下:

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