2024一区优化套用!TTAO-PCNN-MSA-SVM故障识别,三角拓扑聚合优化并行卷积融合注意力机制的故障识别程序

文摘   教育   2024-11-15 09:06   江苏  
适用平台:Matlab2023版本及以上

本原创程序结合物理类的优化算法,提出的TTAO-PCNN-MSA-SVM故障识别模型,绝对没有人写!,并且提供超多炫酷的可视化数据分析图,让专家眼前一亮!真正做到一个程序发表一篇学术论文!

  • 优化模型部分参考知名SCI期刊2024年3月正式发表中科院1区顶级SCI期刊《Expert Systems with Applications》上该算法也就前几天刚提出,时间极短,完全不用担心撞车,学术水平很高,基于物理类的优化算法更容易得到审稿专家的认可!

  • 识别模型部分参考中文EI期刊《电力自动化设备》12月29号网络首发文献:《基于格拉姆角场与并行CNN的并网逆变器开关管健康诊断》;

识别模型原文献解读:这篇文献中,首先,采集一维故障电压与电流信号的时序序列;其次,利用格拉姆角场对其进行变换,将两种一维时序信号转化为格拉姆角场,最后,将生成的两组图像同时送入CNN进行并行学习训练,实现逆变器故障诊断。原理不再赘述,点击查看过往推文

TTAO优化ZOA简介:算法的启发来源是类似三角形的拓扑学性质。名为Triangulation Topology Aggregation OptimizerTTAO)的新型数学元启发算法中,每个三角形拓扑单元表示一个搜索个体。TTAO算法通过聚合形成不同大小的类似三角形拓扑单元,以作为基本的进化单元。与其他元启发算法不同,TTAO算法提出了一种新的进化指导模式,主要依靠每个三角形单元中的最佳个体指导单元内个体的进化。原理请看往期推文
模型改进:我们提出的模型在上述文献模型基础上作出多重改进提出的TTAO-PCNN-MSA-SVM故障识别模型采用双支路结构(Parallel convolutional neural networks,PCNN) ,仅需原始故障波形数据,即可根据波形数据,将一维序列转化为二维格拉姆求和场图像。将图像同时输入TTAO-PCNN-MSA-SVM模型,TTAO对模型中的超参数进行寻优,提供两条支路提取的特征图,提供原始样本和特征样本之间的分布情况,提高模型可解释性,并计算精确度、召回率、精确率、F1分数等评价指标。故障识别流程如下:https://mbd.pub/o/bread/ZZ2Vkp1r

七重创新点:

1、时序图像化:将一维时序信号转化为二维图像,从而更全面地描述数据的特征。这有助于提取更丰富、更有区别性的特征,从而提高分类和识别的准确性。
2、空间特征学习:CNN(卷积神经网络)在图像处理中表现出色,能够有效地学习图像的空间特征和局部模式。将CNN用于图像数据的处理可以帮助提取图像的纹理、形状和边缘等特征,有助于更准确地进行分类和故障识别。
3、双支路结构:利用两个分支PCNN学习不同的图像权重值,双支路高维特征互补,使得深层空间特征得到显著增强。
4、多头自注意力机制:融合多头注意力机制Multihead Self-Attention,MSA有效把握提取特征的贡献程度,将特征进行重点强化,提高故障识别的准确率。
5、可解释性为提升模型的可解释性,应用t-SNE可解释性算法对各个支路模块的特征图进行可视化;对比原始样本和TTAO-PCNN-AT-SVM提取特征后的样本分布情况。
6、改进输出结构:将原始的Softmax层改进为SVM,Softmax作为概率方法,会受到异常值的影响,而SVM采用样本分布的边缘来分类一定距离内的故障样本,对异常值具有更强的鲁棒性。
7、超参数优化:三角形拓扑聚合优化算法TTAO对模型中的难以确定的学习率、支路1卷积核大小、支路2卷积核大小等参数进行寻优,使得模型的结构更加合理,提高了故障识别精度
适用领域:适用于各种数据分类场景,如滚动轴承故障、变压器油气故障、电力系统输电线路故障区域、绝缘子、配网、电能质量扰动,等领域的识别、诊断和分类。
以下手把手带大家分析程序的结果:
数据格式:一行一个样本,最后一列为样本所属的故障类型标签直接替换数据就可以,使用Excel表格直接导入,不需要对程序大幅修改。程序内有详细注释,便于理解程序运行。
程序结果:(由上述一维序列自动转化为格拉姆图像)
模型结构:

PCNN 双支路实现特征可视化(证明2条支路的特征不同,有互补性)

与原始样本相比,TTAO-PCNN-MSA-SVM 能够实现相同样本聚合,实现同类别故障样本的聚合(不同类间的区分,同类间的聚合)

模型训练曲线:

训练曲线和三角形拓扑聚合优化TTAO适应度曲线:

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完整代码:https://mbd.pub/o/bread/ZZ2Vkp1r

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