基于改进 DQN 网络的滚动轴承故障诊断方法
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TN911. 7 TH165. 3

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国 家 自 然 科 学 基 金 ( 51805120 )、 黑 龙 江 省 自 然 科 学 基 金 ( LH2019E058 )、 黑 龙 江 省 普 通 高 校 基 本 科 研 业 务 专 项 资 金(LGYC2018JC022)资助


A fault diagnosis method of rolling bearing based on the improved DQN network
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    摘要:

    针对实际中滚动轴承正常和故障状态下的振动数据不平衡,且故障诊断准确率不高的问题,基于深度强化学习,提出一 种改进深度 Q 网络(DQN)的滚动轴承故障诊断方法。 该方法将振动信号进行短时傅里叶变换,构建时频图样本集;提出把 Kmeans 算法中样本到中心点的距离作为回报值的偏置,以不平衡比为基准,为训练集构建具有个性化的回报函数,同时引入残 差网络(Resnet-18)实现特征的深层提取;智能体将新的回报函数和时频图作为输入,在每个时间步长执行诊断动作,判断并返 回回报值;最终,智能体学会不平衡数据下的故障诊断策略。 实验表明,所提改进的诊断模型相比本文对比的其他方法在不平 衡下提高了 5% ~ 8% ;同时不平衡且变负载情况下也表现突出,不平衡指标得分达到了 0. 982 左右,具有较好的泛化性。

    Abstract:

    Under normal and fault states in practice, rolling bearing vibration data are imbalanced and the fault diagnosis accuracy is low. Based on the deep reinforcement learning, an improved deep Q network (DQN) fault diagnosis method for rolling bearing is proposed. The short time Fourier transform is performed on the vibration data to establish sample sets of time-frequency graph. The distance between the sample and the center point in the K-means algorithm is used as the bias of the return value. The imbalance ratio is utilized as the benchmark to formulate a personalized reward function for the training set. Meanwhile, the residual network (Resnet-18) is used to realize the deep extraction of features. In which, the agent takes the new reward function and time-frequency graph as input. The diagnosis action is executed at each time step. And the reward is judged and returned. Finally, the agent learns the fault diagnosis strategy under imbalanced data. Compared with other methods, experimental results show that the improved diagnostic model is improved by 5% to 8% under imbalanced conditions. At the same time, it also performs outstandingly under imbalanced and variable load conditions. The imbalanced index score can reach about 0. 982, which shows better generalization.

    参考文献
    相似文献
    引证文献
引用本文

康守强,刘 哲,王玉静,王庆岩,兰朝凤.基于改进 DQN 网络的滚动轴承故障诊断方法[J].仪器仪表学报,2021,(3):201-212

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  • 在线发布日期: 2023-06-28
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