Multiscale Fusion Attention Convolutional Neural Network for Fault Diagnosis of Aero-Engine Rolling Bearing

Softmax函数 卷积神经网络 断层(地质) 计算机科学 人工智能 方位(导航) 模式识别(心理学) 人工神经网络 信号(编程语言) 振动 特征提取 卷积(计算机科学) 声学 地质学 物理 地震学 程序设计语言
作者
Xiaolin Liu,Jiani Lu,Zhuo Li
出处
期刊:IEEE Sensors Journal [IEEE Sensors Council]
卷期号:23 (17): 19918-19934 被引量:33
标识
DOI:10.1109/jsen.2023.3298712
摘要

Considering the nonstationary characteristics of the vibration signal of aircraft engine rolling bearings and the insufficient ability of convolutional neural network (CNN) to extract important fault features from the signals affecting the fault diagnosis performance, a fault diagnosis method based on multiscale fusion attention CNN (MSFACNN) is proposed. First, the raw 1-D vibration signal is matrixed and converted into 2-D gray scale images as input, which preserves the relevant information between the time series data. Second, considering the multiple time scale characteristics of the vibration signal, a multiscale convolution module is constructed to extract the multiscale features of the samples. Then, the importance of the fault feature is learned by the improved attention mechanism and then weighted fusion, making the network learn to focus on more important information, and realizing a dynamic scale-selection mechanism. Finally, fault diagnosis is realized by the fully connected (FC) layer and softmax function. The short connection is introduced to avoid the problem of network degradation. The method is applied to two different rolling bearing datasets, and the results of experiments reveal that MSFACNN can achieve higher recognition accuracy with smaller training parameters than other classical diagnostic methods.
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