一种基于LSTM和MLP结合的化工过程故障诊断方法与流程

文档序号:20669115发布日期:2020-05-08 17:09阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种基于lstm和mlp结合的化工过程故障诊断方法,其特征在于该方法包括以下步骤:

a.将原始一维数据通过降维,去掉部分冗余数据点;

b.将得到的一维数据输入堆叠的lstm,提取得到具有时间特性的特征信息;

c.通过flatten层将lstm的输出数据展开,输入到由全连接层堆叠而成的mlp中,进行下一阶段的特征提取;

d.由最后一层全连接层中的softmax分类器进行故障类别的分类。

2.根据权利要求1所述的一种基于lstm和mlp结合的化工过程故障诊断方法,其特征在于:所述步骤b中,在lstm中提取得到具有时间记忆特性的特征信息具体过程如下:

lstm包括记忆细胞ct和三个门限:输入门it、遗忘门ft和输出门ot;当输入序列为xt时,三个门限和记忆细胞的输出如下:

其中whf、whi、who、whc分别表示遗忘门、输入门、输出门、记忆细胞与上一隐含层之间的权重矩阵,ht-1为前一时刻单元的输出,wxf、wxi、wxo、wxc分别表示输入与遗忘门、输入门、输出门、记忆细胞之间的权重矩阵,bf、bi、bo、bc分别表示遗忘门、输入门、输出门、记忆细胞的偏置,σ为sigmoid函数,其中lstm的网络模型由两层lstm堆叠而成,在每层lstm中加入了随机丢弃机制以及l2正则化。

3.根据权利要求1所述的一种基于lstm和mlp结合的化工过程故障诊断方法,其特征在于:所述步骤c中,在mlp中提取特征信息具体如下:

在mlp输入层将之前lstm的输出展开为x1,x2,x3...化为向量x[1],mlp输入层到下一层之间权重为w1,w2,w3...化为向量w[1],其中1表示mlp第一层,偏置b[1]同理,则第一层的计算为z[1]=w[1]x+b[1],之后a[1]=sigmoid(z[1]),其中z[1]为输入的线性组合,a[1]为z[1]通过激活函数sigmoid的得到的值,对于mlp第一层的输入为x[1],输出为a[1],也就是下一层的输入值,即x[2]=a[1],依次类推到下一层,所述mlp由五层全连接网络堆叠而成;在每两层全连接层之间加入随机丢弃层,同时在每一个全连接层中加入l2正则化,并且采用he_normal作为权重的初始化方法。

4.根据权利要求1所述的一种基于lstm和mlp结合的化工过程故障诊断方法,其特征在于:所述步骤d中,通过softmax分类器进行故障类别的分类具体如下:

选择softmax作为最后一层全连接层的激活函数,用于计算样本属于不同类别的概率,对于给定的输入x,针对于每一类别j估算出概率值p,并输出诊断结果;随后softmax的输出向量[y1,y2,y3...]和样本的实际标签做交叉熵计算,公式如下:其中yi'是实际的标签值,yi为模型诊断结果,之后对输出向量求均值,得到想要的成本函数值,在定义好成本函数后,选择优化算法将成本函数最小化。


技术总结
本发明涉及一种基于LSTM和MLP结合的化工过程故障诊断方法。本发明首先将原始一维数据通过降维,去掉部分冗余数据点。其次将得到的一维数据输入堆叠的LSTM,提取得到具有时间特性的特征信息。然后通过Flatten层将LSTM的输出数据展开,输入到由全连接层堆叠而成的MLP中。最后由最后一层全连接层中的Softmax分类器进行故障类别的分类。本发明充分利用了LSTM与MLP网络在时间与空间方面特征提取的优势,在两层LSTM后使用MLP网络去进行整体的特征提取与学习,本发明运用于非线性、高耦合、时变以及多特征点的化工过程数据,诊断效果较好。

技术研发人员:王楠;张日东;吴胜
受保护的技术使用者:杭州电子科技大学
技术研发日:2019.12.30
技术公布日:2020.05.08
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