本發(fā)明涉及機(jī)械故障檢測，特別涉及一種高鐵齒輪箱的故障診斷方法、裝置、設(shè)備及介質(zhì)。
背景技術(shù)：
1、隨著高速鐵路網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展，高鐵作為現(xiàn)代鐵路交通的重要組成部分，在我國以及世界范圍內(nèi)的運(yùn)營規(guī)模在不斷擴(kuò)大。高鐵列車的高速運(yùn)行對其各個系統(tǒng)部件的性能和可靠性提出了更高要求，尤其是齒輪箱作為動力傳輸系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，其故障可能會導(dǎo)致整個車輛系統(tǒng)的失效，從而影響安全性、舒適性和運(yùn)營效率。因此，高鐵齒輪箱的故障診斷研究具有重要的學(xué)術(shù)意義和現(xiàn)實(shí)意義。
2、傳統(tǒng)的高鐵齒輪箱故障診斷方法通?；谡駝有盘柗治?，這些方法主要包括時域分析、頻域分析和時頻聯(lián)合分析等。盡管這些方法在特定條件下取得了一定效果，但它們在處理復(fù)雜故障模式時往往存在局限性，尤其是面對非平穩(wěn)的振動信號時，準(zhǔn)確率和魯棒性均會受到影響。
3、近年來，隨著人工智能技術(shù)的快速發(fā)展，深度學(xué)習(xí)被廣泛應(yīng)用于故障診斷領(lǐng)域。卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為深度學(xué)習(xí)的重要模型，因其在特征提取和模式識別中的卓越性能，逐漸成為故障診斷研究的熱點(diǎn)。然而，傳統(tǒng)的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在處理一維時間序列信號時，其卷積核和特征提取策略可能無法充分捕獲序列中的局部相關(guān)性和長期依賴性，導(dǎo)致故障診斷能力表現(xiàn)一般。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的在于提供一種高鐵齒輪箱的故障診斷方法、裝置、設(shè)備及介質(zhì)，可以解決卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)無法充分捕獲序列中的局部相關(guān)性和長期依賴性，導(dǎo)致故障診斷能力表現(xiàn)一般的技術(shù)問題。
2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種高鐵齒輪箱的故障診斷方法，包括以下步驟：
3、采集高鐵齒輪箱的具有時間序列的振動信號；
4、將振動信號輸入訓(xùn)練好的故障診斷模型中；其中，故障診斷模型通過高鐵齒輪箱在多種不同故障狀態(tài)下的振動信號訓(xùn)練得到，且故障診斷模型的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)包括由多個s3網(wǎng)絡(luò)層堆疊而成的s3網(wǎng)絡(luò)模塊以及交互卷積模塊；
5、通過s3網(wǎng)絡(luò)模塊的每個s3網(wǎng)絡(luò)層，將輸入第一個s3網(wǎng)絡(luò)層的振動信號或前一個s3網(wǎng)絡(luò)層輸出的振動信號沿時間維度劃分為多個等長的信號片段，并將多個信號片段重排后，與輸入第一個s3網(wǎng)絡(luò)層的振動信號或前一個s3網(wǎng)絡(luò)層輸出的振動信號進(jìn)行加權(quán)融合，以對振動信號的時間序列進(jìn)行迭代更新，得到目標(biāo)振動信號；
6、通過交互卷積模塊提取目標(biāo)振動信號的振動特征，并根據(jù)目標(biāo)振動信號的振動特征，獲取高鐵齒輪箱的故障診斷結(jié)果。
7、可選的，所述故障診斷模型還包括位置編碼模塊；
8、所述通過交互卷積模塊提取目標(biāo)振動信號的振動特征，包括：
9、通過位置編碼模塊將目標(biāo)振動信號沿預(yù)設(shè)維度劃分為多個patch塊，并為每個patch塊添加時間絕對位置編碼，以獲取由多個具有時間絕對位置編碼的patch塊構(gòu)成的patch序列；其中，時間絕對位置編碼用于指示patch塊的位置信息；
10、通過交互卷積模塊提取patch序列的振動特征。
11、可選的，所述時間絕對位置編碼通過如下公式獲?。?/p>
12、；
13、；
14、；
15、；
16、式中，i表示時間步索引，和表示第i個時間步的patch塊和時間絕對位置編碼， k表示維度的索引，和分別表示時間絕對位置編碼在偶數(shù)維度和奇數(shù)維度上的值，且，為頻率項(xiàng)，n表示patch塊的數(shù)量， d表示每個patch塊的維度。
17、可選的，所述patch塊的數(shù)量為：
18、；
19、式中，t表示每個patch的長度，l表示目標(biāo)振動信號的長度，stride表示每次滑動的步長，取值為t/2。
20、可選的，所述交互卷積模塊由兩個堆疊的交互卷積塊構(gòu)成；
21、所述通過交互卷積模塊提取目標(biāo)振動信號的振動特征，包括：
22、通過交互卷積模塊采用層歸一化、多尺度卷積、特征交互以及dropout正則化技術(shù)，提取目標(biāo)振動信號的振動特征。
23、可選的，所述根據(jù)目標(biāo)振動信號的振動特征，獲取高鐵齒輪箱的故障診斷結(jié)果，包括：
24、對目標(biāo)振動信號的振動特征進(jìn)行線性變換后，通過softmax函數(shù)計(jì)算線性變換后的振動特征針對不同故障狀態(tài)的概率分布，得到高鐵齒輪箱的故障診斷結(jié)果。
25、可選的，所述故障狀態(tài)包括：點(diǎn)蝕、磨損、正常、缺齒、斷齒、裂紋、斷齒伴隨著軸承內(nèi)圈故障以及斷齒伴隨著軸承外圈故障。
26、本發(fā)明的實(shí)施例還提供了一種高鐵齒輪箱的故障診斷裝置，包括：
27、信號采集模塊，用于采集高鐵齒輪箱的具有時間序列的振動信號；
28、信號輸入模塊，用于將振動信號輸入訓(xùn)練好的故障診斷模型中；其中，故障診斷模型通過高鐵齒輪箱在多種不同故障狀態(tài)下的振動信號訓(xùn)練得到，且故障診斷模型的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)包括由多個s3網(wǎng)絡(luò)層堆疊而成的s3網(wǎng)絡(luò)模塊以及交互卷積模塊；
29、故障診斷模塊，用于通過s3網(wǎng)絡(luò)模塊的每個s3網(wǎng)絡(luò)層，將輸入第一個s3網(wǎng)絡(luò)層的振動信號或前一個s3網(wǎng)絡(luò)層輸出的振動信號沿時間維度劃分為多個等長的信號片段，并將多個信號片段重排后，與輸入第一個s3網(wǎng)絡(luò)層的振動信號或前一個s3網(wǎng)絡(luò)層輸出的振動信號進(jìn)行加權(quán)融合，以對振動信號的時間序列進(jìn)行迭代更新，得到目標(biāo)振動信號；
30、通過交互卷積模塊提取目標(biāo)振動信號的振動特征，并根據(jù)目標(biāo)振動信號的振動特征，獲取高鐵齒輪箱的故障診斷結(jié)果。
31、本發(fā)明的實(shí)施例還提供了一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括：至少一個處理器；以及，與所述至少一個處理器通信連接的存儲器；其中，所述存儲器中存儲有可被所述至少一個處理器執(zhí)行的指令，所述指令被所述至少一個處理器執(zhí)行，以使所述至少一個處理器能夠執(zhí)行上述高鐵齒輪箱的故障診斷方法。
32、本發(fā)明的實(shí)施例還提供了一種計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，存儲有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時實(shí)現(xiàn)上述高鐵齒輪箱的故障診斷方法。
33、本發(fā)明所提供的高鐵齒輪箱的故障診斷方法，至少具有以下有益效果：
34、面對高鐵齒輪箱的具有時間序列的振動信號，將其輸入訓(xùn)練好的故障診斷模型中，通過模型的s3網(wǎng)絡(luò)模塊中每個s3網(wǎng)絡(luò)層將輸入第一個s3網(wǎng)絡(luò)層的振動信號或前一個s3網(wǎng)絡(luò)層輸出的振動信號沿時間維度劃分為多個等長的信號片段，并將多個信號片段重排后，與輸入第一個s3網(wǎng)絡(luò)層的振動信號或前一個s3網(wǎng)絡(luò)層輸出的振動信號進(jìn)行加權(quán)融合，即通過s3網(wǎng)絡(luò)模塊對振動信號的時間序列進(jìn)行迭代更新，以便在通過交互卷積模塊提取振動特征時，可以充分捕獲振動信號時間序列中的局部相關(guān)性和長期依賴性，增強(qiáng)振動信號的時序特征表達(dá)，從而提升高鐵齒輪箱故障診斷結(jié)果的準(zhǔn)確性。
1.一種高鐵齒輪箱的故障診斷方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高鐵齒輪箱的故障診斷方法，其特征在于，所述故障診斷模型還包括位置編碼模塊；
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高鐵齒輪箱的故障診斷方法，其特征在于，所述時間絕對位置編碼通過如下公式確定：
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高鐵齒輪箱的故障診斷方法，其特征在于，所述patch塊的數(shù)量為：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高鐵齒輪箱的故障診斷方法，其特征在于，所述交互卷積模塊由兩個堆疊的交互卷積塊構(gòu)成；
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高鐵齒輪箱的故障診斷方法，其特征在于，所述根據(jù)目標(biāo)振動信號的振動特征，獲取高鐵齒輪箱的故障診斷結(jié)果，包括：
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的高鐵齒輪箱的故障診斷方法，其特征在于，所述故障狀態(tài)包括：點(diǎn)蝕、磨損、正常、缺齒、斷齒、裂紋、斷齒伴隨著軸承內(nèi)圈故障以及斷齒伴隨著軸承外圈故障。
8.一種高鐵齒輪箱的故障診斷裝置，其特征在于，所述裝置包括：
9.一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，其特征在于，包括：至少一個處理器；以及，與所述至少一個處理器通信連接的存儲器；其中，所述存儲器存儲有可被所述至少一個處理器執(zhí)行的指令，所述指令被所述至少一個處理器執(zhí)行，以使所述至少一個處理器能夠執(zhí)行如權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的高鐵齒輪箱的故障診斷方法。
10.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，存儲有計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時，實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的高鐵齒輪箱的故障診斷方法。