独家首发 | 基于 2D-SwinTransformer + BiGRU-GlobalAttention的并行故障诊断模型

news2024/12/12 10:39:30

往期精彩内容:

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模型简介:

● 数据集:CWRU西储大学轴承数据集

● 环境框架:python 3.9  pytorch 1.8 及其以上版本均可运行

● 准确率:测试集100%

● 使用对象:论文需求、毕业设计需求者

● 代码保证:代码注释详细、即拿即可跑通。

注意:我们还有配套的模型讲解(方便学习网络结构)和参数调节讲解!有毕业设计或者发小论文需求的同学必看,模块丰富,创新度高,性能优越!

创新点:

基于 2D-SwinTransformer + BiGRU-GlobalAttention 的高创新模型

创新度高,效果明显!!

1.预处理部分:

结合快速傅里叶变换FFT和变分模态分解VMD来进行信号的时频、域特征提取,能够挖掘故障信号中的多尺度特征;(独家原创)

2.我们创造性的提出把一维故障信号不转为二维图片(对数据进行堆叠)进行基于顶会模型 SWinTransformer 的2D卷积学习,利用其窗口注意力机制提取故障信号的局部特征;(独家原创)

3. 提出一种基于GlobalAttention优化的BiGRU网络模型来提取故障信号预处理后的多尺度特征的全局时域特征;(独家原创)

4.通过并行模型融合两个分支提取的局部特征和全局时域特征,从而提高特征的表示能力来实现故障信号的识别,取得了极佳的效果!

前言

本文基于凯斯西储大学(CWRU)轴承数据,进行快速傅里叶变换(FFT)和变分模态分解VMD的数据预处理,最后通过Python实现基于2D-SWinTransformer + BiGRU-GlobalAttention并行的特征融合模型对故障数据的分类。

1 轴承故障数据的预处理

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

1.2 故障FFT变换可视化

1.3 故障VMD分解可视化

1.4 故障数据的特征预处理数据集制作

2 基于2D-SwinTransformer + BiGRU-GlobalAttention的轴承故障诊断分类

2.1 设置参数,训练模型

2.2 模型评估

准确率、精确率、召回率、F1 Score

故障十分类混淆矩阵:

其他可视化图:

(1)分类标签可视化

(2)原始数据 t-SNE特征可视化

(3)模型训练后的 t-SNE特征可视化:

模型分类效果显著,50个epoch,准确率100%,快速傅里叶变换(FFT)和变分模态分解(VMD)可以有效地挖掘信号中的多尺度特征,2D-SwinTransformer + BiGRU-GlobalAttention创新模型能够充分提取轴承故障信号的空间和时序特征,收敛速度快,性能优越,精度高,能够从故障信号频域、时域特征中属于提取出对模型识别重要的特征,效果明显,创新度高!

3 代码、数据整理如下:

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