An Adaptive Domain Adaptation Method for Rolling Bearings’ Fault Diagnosis Fusing Deep Convolution and Self-Attention Networks

人工智能 计算机科学 特征提取 模式识别(心理学) 深度学习 深信不疑网络 断层(地质) 卷积(计算机科学) 人工神经网络 地震学 地质学
作者
Xiao Yu,Youjie Wang,Zhongting Liang,Haidong Shao,Kun Yu,Wanli Yu
出处
期刊:IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:72: 1-14 被引量:92
标识
DOI:10.1109/tim.2023.3246494
摘要

Intelligent fault diagnosis methods based on deep learning have attracted significant attention in recent years. However, it still faces many challenges, including complex and variable working conditions, noise interference, and insufficient valid data samples. Therefore, a novel deep transfer learning bearing fault diagnosis model is designed in this work by fusing time-frequency analysis, residual network (ResNet) and self-attention mechanism (SAM). A multiscale time-frequency feature map (MTFFM) and global statistical feature matrix (GSFM) of vibration signals are first constructed using wavelet packet transform (WPT). A deep feature extraction network combining ResNet and SAM networks is then designed to realize the fused extraction of local and global time-frequency features. Finally, we construct a joint loss function by the combination of multi-kernel maximum mean discrepancy (MK-MMD) and the domain adversarial neural network (DANN) to optimize the depth feature extraction network, which improves the cross-domain invariance and fault state discrimination of depth features. The proposed optimization method fully exploits the advantages of high-dimensional spatial distribution difference evaluation and gradient inversion adversarial strategy. Its effectiveness is demonstrated through variable working condition transfer fault diagnosis tasks, showing superior performance compared with other intelligent fault diagnosis methods.
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