堆叠自编码网络性能优化及其在滚动轴承故障诊断中的应用

简介

为了解决堆叠自编码网络在参数较多时的梯度弥散问题,对网络每层的编码值进行了统计分析,发现大部分分布于激活函数的饱和区,这直接导致了神经元权值梯度的消失。为此,引入了一种标准化策略,将神经元按照样本进行归一化,然后引入两个待学习参数进行缩放和平移,最后通过激活函数输出到下一级神经元。运用带标准化的堆叠自编码网络进行滚动轴承故障诊断,将振动信号的频谱输入到网络中。与普通堆叠自编码网络相比,该标准化策略可有效地使网络编码值均匀分布,如将第一层编码值的熵从0.88bit提高到了16.29bit。带标准化的堆叠自编码网络可有效提高网络的抗噪能力和训练速度在凯斯西储大学滚动轴承数据集上,当人为添加噪声信号的信噪比为0dB时,识别正确率从16.18％提高到了100％;在实验室实测数据集上,不仅训练时间下降了37.22％,而且识别正确率从97.93％提高到了99.95％。对网络的编码值进行分析以及引入的标准化策略,可为科研技术人员构建堆叠自编码网络时提供参考,也为滚动轴承故障诊断提供了一种策略。