Graph Convolutional Contrastive Learning for Few-Shot Open-Set Fault Diagnosis in Electro-Hydrostatic Actuators

计算机科学 人工智能 卷积神经网络 图形 断层(地质) 特征提取 模式识别(心理学) 一般化 故障检测与隔离 执行机构 机器学习 相似性(几何) 有向图 特征学习 图论 人工神经网络 数据挖掘 特征(语言学) GSM演进的增强数据速率
作者
Zhen Jia,Zhifei Li,Kai Wang,Guozhu Zhi,Zhenbao Liu,Chi‐Man Vong
出处
期刊:IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:62: 3076-3092 被引量:1
标识
DOI:10.1109/taes.2025.3644834
摘要

Data-driven intelligent diagnosis methods for aerospace electro-hydraulic actuators (EHA) under few-shot conditions have achieved some progress. However, most approaches rely on a closed-set assumption, constructing diagnostic models solely for known fault categories while neglecting the occurrence of open-set scenarios involving unknown fault types during actual operation. This severely limits the algorithms' generalization capability and practical applicability. Aiming at this key issue, this paper proposes a small-sample fault diagnosis method for EHA that integrates graph convolutional contrast learning with unknown category perception mechanism (GCN-CN) of open-set data. The method introduces a cross-state difference-driven contrast learning strategy through graph convolutional neural networks, and constructs a Kullback-leibler scatter edge feature matrix fusing time-frequency features during the graph construction process, in order to enhance the network's ability of recognizing sample differences. On this basis, an unknown fault recognition mechanism based on the similarity distribution characteristics is designed to realize the effective discrimination of whether the input samples belong to an unknown fault category. Experimental results show that the proposed diagnostic network structure can still achieve excellent diagnostic performance while reducing the data volume requirement, and the fault diagnosis accuracy can reach over 99%. Meanwhile, the proposed fault category diagnosis mechanism can achieve more than 80% diagnosis accuracy for unforeseen fault types.
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