论文-遗传算法优化神经网络的故障诊断方法研究

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1、遗传算法优化神经网络的故障诊断方法研究摘要提出了一种基于遗传优化的神经网络故障诊断方法。该方法把经小波包分解的信号能暈特征向暈作为神经网络的输入向量，用遗传算法对BP神经网络的隐含层节点数、初始权值、阈值和网络的学习速率进行前期优化训练，再用LM算法进行二次训练，最后将优化得到的网络用于故障诊断。仿真结果表明，该算法不仅可以得到最优的网络结构和参数，而口降低了网络误差.提高了运算速度和训练性能。将该方法应用于平流泵故障诊断.证实了它的可行性和有效性。关键词小波包神经网络遗传算法故障诊断Researchoffaultdiagnosismethodbased

2、onneuralnetworkoptimizedbygeneticalgorithmsAbstractThispaperproposesthefaultdiagnosismethodbasedonneuralnetworkoptimizedbygeneticalgorithms.Thismethodregardstheenergyeigenvectorswhicharedecomposedbythewaveletpacketastheinputeigenvectoroftheneuralnetwork・Geneticalgorithmisusedtoop

3、timizethenumberofhiddenneuron,theinitialweightsandthresholdsandthelearningrateofBPneuralnetworkforthefirsttime,thenthenetworkistrainedbyLMalgorithmagain,finally,faultdiagnosisisdonebytheoptimizedneuralnetworkThesimulationresultshowsthatthismethodcannotonlygiveanoptimizedstructure

4、andparametersofneuralnetwork,butalsoreducethenetworkerror,improvethecomputingspeedandthetrainingperformance.Furthermore,thismethodverifiesthecorrectnessandeffectivenessofapplyinginthepumpfaultdiagnosis.Keywordswaveletpacketneuralnetworkgeneticalgorithmfaultdiagnosis1引言人工智能技术特别是专家

5、系统在故障诊断领域屮的应用，为故障诊断的智能化提供了可能性，也使诊断技术进入新的发展阶段。神经网络以其固有的记忆能力、自学习功能以及强容错性为故障诊断问题提供了一个新的解决途径，但是人们通常使用的谋差反向传播算法，即BP算法，也有着自身的缺陷，如网络的性能严重依赖于训练样本和初始权值、阈值，网络的隐含层节点数需山经验或试探来确定，网络的收敛速度慢且容易陷入局部极小值等山。遗传算法是一种随机优化搜索方法,具有很强的全局搜索能力,并能以较人的概率找到最优解或性能很好的次优解，但标准的遗传算法也有容易过早收敛等方而的局限性叫木文针对科学实验屮广泛使用的平流泵的

6、故障特点，选取合适的小波函数提取信号的能暈特征向量,用遗传算法优化BP神经网络的结构和参数，然后用优化后的网络对平流泵进行故障诊断，实验证实了它的可行性和有效性。2故障信号能量特征提取2.1小波函数的选取运用小波包进行时频分析时，耍求能够提取非平稳信号的瞬时、奇杲与突变成分，即提取有限频带上的信息，也就是在特定尺度上进行小波变换。因此，选择小波函数时，考虑时频两域的紧支撐尤为重要。考察故障信号可以发现，它们是不平滑的曲线，所以，小波函数的止则性也耍着重考虑。工程实践经验告诉我们，dbN小波因其具有正交、时频紧支撑等特点，在信号处理领域大受欢迎。db/V小

7、波的支撑t度为2/V-1,因此必2〜db4要比db5〜必10的局部化特性好叫在对db2、db3、必4、刃?5儿种小波进行比较后发现，db3与故障信号的波形相似。因此，综合以上儿方而的考虑，本文选用d/?3小波进行信号分析。2.2信号的小波包降噪在信号处理中，信噪比(SNR)、均方根误差(RMSE)和峰值误差是最常用的三种衡量信号降噪有效性的指标。信号的信噪比越高，原始信号与估计信号的均方根误差越小，同时，若峰值误差越接近于零的话，则估计信号就越接近于原始信号，降噪效果越好。小波包降噪处理一般有强制降噪处理、默认阈值降噪处理、给定软(或硬)阈值降噪处理三种

8、方法⑷。木文任意抽取一种信号用这三种方法分别进行小波包降噪，对比它们的降噪效果，