基于改进鲸鱼算法优化LSTM的滚动轴承故障诊断

摘要：

适应性动量(Adam)估计优化器易使深度长短时记忆神经网络(long short-term memory,LSTM)陷入局部极小值,导致故障诊断精度过低;鲸鱼算法(whale optimization algorithm,WOA)的寻优区域过大,导致寻优效率过低.针对上述两问题,将WOA进行改进(improved whale optimization algorithm,IWOA),并优化LSTM,提出IWOA-LSTM新方法.所提方法将WOA赋予动量驱动功能,继承了LSTM中的Adam优化器动量项,可优化细胞权值的搜索区域,进而提高权值寻优效率;将其与Adam优化器联合优化更新权值矩阵,以跳出局部最小值,提高故障诊断精度.此外,还系统地分析了学习效率和迭代次数对IWOA-LSTM的诊断精度影响,实现高效的故障诊断分析.通过分析实测滚动轴承内圈、外圈和滚动体三种故障可知,IWOA-LSTM的故障诊断效率分别较浅层BP神经网络(BPNN)、深度卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)、深度门限循环单元神经网络(gated recurrent unit,GRU)、LSTM、WOA优化的LSTM (WOA-LSTM)高出了47.60％,38.06％,37.62％,26.82％,22.71％,且实现高达97％的诊断精度.

关键词：滚动轴承、深度学习、鲸鱼算法(WOA)、长短时记忆(LSTM)

所属期刊栏目：40

分类号：TH137;TP277

资助基金：河北省博士后科学基金;河北省省属高等学校基本科研业务费研究项目;唐山市应用基础研究计划项目;华北理工大学博士科研启动基金;国家重点研发计划项目

在线出版日期：2021-04-25（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共7页

页码：274-280