Reliable Fault Diagnosis of Bearings Using an Optimized Stacked Variational Denoising Auto-Encoder

自编码 Softmax函数 计算机科学 人工智能 降噪 模式识别(心理学) 稳健性(进化) 深信不疑网络 深度学习 编码器 噪音(视频) 算法 生物化学 化学 图像(数学) 基因 操作系统
作者
Xiaoan Yan,Yadong Xu,Daoming She,Zhang Wan
出处
期刊:Entropy [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:24 (1): 36-36 被引量:41
标识
DOI:10.3390/e24010036
摘要

Variational auto-encoders (VAE) have recently been successfully applied in the intelligent fault diagnosis of rolling bearings due to its self-learning ability and robustness. However, the hyper-parameters of VAEs depend, to a significant extent, on artificial settings, which is regarded as a common and key problem in existing deep learning models. Additionally, its anti-noise capability may face a decline when VAE is used to analyze bearing vibration data under loud environmental noise. Therefore, in order to improve the anti-noise performance of the VAE model and adaptively select its parameters, this paper proposes an optimized stacked variational denoising autoencoder (OSVDAE) for the reliable fault diagnosis of bearings. Within the proposed method, a robust network, named variational denoising auto-encoder (VDAE), is, first, designed by integrating VAE and a denoising auto-encoder (DAE). Subsequently, a stacked variational denoising auto-encoder (SVDAE) architecture is constructed to extract the robust and discriminative latent fault features via stacking VDAE networks layer on layer, wherein the important parameters of the SVDAE model are automatically determined by employing a novel meta-heuristic intelligent optimizer known as the seagull optimization algorithm (SOA). Finally, the extracted latent features are imported into a softmax classifier to obtain the results of fault recognition in rolling bearings. Experiments are conducted to validate the effectiveness of the proposed method. The results of analysis indicate that the proposed method not only can achieve a high identification accuracy for different bearing health conditions, but also outperforms some representative deep learning methods.
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