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Python轴承故障诊断 (15)基于CNN-Transformer的一维故障信号识别模型

10 人参与  2024年04月11日 13:05  分类 : 《我的小黑屋》  评论

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目录

往期精彩内容:

前言

1 轴承数据加载与预处理

1.1 导入数据

1.2 数据预处理,制作数据集

3 基于Pytorch的CNN-Transfromer轴承故障诊断分类

3.1 定义CNN-Transfromer分类网络模型

3.2 设置参数,训练模型

3.3 模型评估

代码、数据如下:


往期精彩内容:

Python-凯斯西储大学(CWRU)轴承数据解读与分类处理

Python轴承故障诊断 (一)短时傅里叶变换STFT

Python轴承故障诊断 (二)连续小波变换CWT_pyts 小波变换 故障-CSDN博客

Python轴承故障诊断 (三)经验模态分解EMD_轴承诊断 pytorch-CSDN博客

Pytorch-LSTM轴承故障一维信号分类(一)_cwru数据集pytorch训练-CSDN博客

Pytorch-CNN轴承故障一维信号分类(二)-CSDN博客

Pytorch-Transformer轴承故障一维信号分类(三)-CSDN博客

Python轴承故障诊断 (四)基于EMD-CNN的故障分类-CSDN博客

Python轴承故障诊断 (五)基于EMD-LSTM的故障分类-CSDN博客

Python轴承故障诊断 (六)基于EMD-Transformer的故障分类-CSDN博客

Python轴承故障诊断 (七)基于EMD-CNN-LSTM的故障分类-CSDN博客

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Python轴承故障诊断入门教学-CSDN博客

Python轴承故障诊断 (13)基于故障信号特征提取的超强机器学习识别模型-CSDN博客

Python轴承故障诊断 (14)高创新故障识别模型-CSDN博客

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CNN-Transformer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

模型整体结构

模型整体结构如下所示:

1 轴承数据加载与预处理

1.1 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

1.2 数据预处理,制作数据集

3 基于Pytorch的CNN-Transfromer轴承故障诊断分类

3.1 定义CNN-Transfromer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,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。

3.2 设置参数,训练模型

100个epoch,准确率将近100%,CNN-Transformer网络分类效果显著,CNN-Transformer模型能够充分提取轴承故障信号的全局空间和局部特征,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 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)

3.3 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:

对数据集和代码感兴趣的,可以关注最后一行

# 加载数据import torchfrom joblib import dump, loadimport torch.utils.data as Dataimport numpy as npimport pandas as pdimport torchimport torch.nn as nn# 参数与配置torch.manual_seed(100)  # 设置随机种子,以使实验结果具有可重复性device = torch.device("cuda" if torch.cuda.is_available() else "cpu") #代码和数据集:https://mbd.pub/o/bread/ZZuak55t


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