Fault Diagnosis Method of Plunger Pump Based on Meta-Learning and Improved Multi-Channel Convolutional Neural Network Under Small Sample Condition

计算机科学 人工智能 过度拟合 模式识别(心理学) 卷积神经网络 特征提取 断层(地质) 人工神经网络 稳健性(进化) 机器学习 生物化学 基因 地质学 地震学 化学
作者
Xiwang Yang,Jiancheng Ma,Hongjun Hu,Jinying Huang,Licheng Jing
出处
期刊:Sensors [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:25 (15): 4587-4587
标识
DOI:10.3390/s25154587
摘要

A fault diagnosis method based on meta-learning and an improved multi-channel convolutional neural network (MAML-MCCNN-ISENet) was proposed to solve the problems of insufficient feature extraction and low fault type identification accuracy of vibration signals at small sample sizes. The signal is first preprocessed using adaptive chirp mode decomposition (ACMD) methods. A multi-channel input structure is then employed to process the multidimensional signal information after preprocessing. The improved squeeze and excitation networks (ISENets) have been enhanced to concurrently enhance the network’s adaptive perception of the significance of each channel feature. On this basis, a meta-learning strategy is introduced, the learning process of model initialization parameters is improved, the network is optimized by a multi-task learning mechanism, and the initial parameters of the diagnosis model are adaptively adjusted, so that the model can quickly adapt to new fault diagnosis tasks on limited datasets. Then, the overfitting problem under small sample conditions is alleviated, and the accuracy and robustness of fault identification are improved. Finally, the performance of the model is verified on the experimental data of the fault diagnosis of the laboratory plunger pump and the vibration dataset of the centrifugal pump of the Saint Longoval Institute of Engineering and Technology. The results show that the diagnostic accuracy of the proposed method for various diagnostic tasks can reach more than 90% on small samples.
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