基于深度生成对抗网络的直升机动力传动系统智能健康预示研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51905160
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    27.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0503.机械动力学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

There still exist some challenges in the intelligent health prognosis research of helicopter power transmission system, such as insufficient and unbalanced fault samples, multi-source and redundant condition parameters, subjective and unsatisfactory analyzed results, and so on. In this project, the optimal combined deep generative adversarial network model is constructed, and the generated data with high quality of multi-source monitored parameters of helicopter power transmission system fault samples can be acquired, which is able to overcome the limitation of unbalanced and insufficient fault data. The selected multi-source generated data fusion strategy is designed based on sensitivity and contribution, and the fused feature can be defined to comprehensively characterize performance degradation of helicopter power transmission system, which is able to overcome the limitation of incomplete information contained in a single or a few monitoring parameters. The intelligent health prognosis model designed with deep wavelet network is constructed based on the multi-source generated data and its fused feature, and it can be used to automatically evaluate the current operation conditions and predict the remaining useful life of helicopter power transmission system, which is able to overcome the limitation that the useful information hidden in the highly nonlinear data is very hard to be accurately captured. The simulated verification, experimental verification and engineering application will be performed for the key parts of helicopter power transmission system, such as rotor, bearing, planetary gear, blade, oil pump, disk and so on. This project research is expected to make innovations in fault data generation and multi-source parameter fusion, which has potential to improve intelligent operation and maintenance technology of helicopter power transmission system.
直升机动力传动系统智能健康预示研究仍存在故障样本失衡不足、状态参数多源冗余以及预测效果主观欠佳等挑战。本研究项目拟建立最优组合的深度生成对抗网络模型,获取高质量的直升机动力传动系统故障样本多源传感参数的生成数据,克服故障数据严重失衡不足的局限。拟设计基于敏感性及贡献度的选择性多源生成数据融合策略,定义综合表征直升机动力传动系统性能退化的融合特征量,克服单一或少数监测参数所含信息不完整的局限。拟构造基于多源生成数据及融合特征量的深度小波网络智能健康预示模型,克服高度非线性数据的深层特征信息难以精确捕获的局限,实现直升机动力传动系统运行状态与剩余寿命的自动化推理。针对轴、轴承、行星齿轮、叶片、油泵和轮盘等故障频发部件开展仿真验证、试验验证及工程应用等研究工作。通过本项目的研究,可望在故障数据生成和多源融合等方面有所创新,提高直升机动力传动系统智能运维技术。

结项摘要

本项目旨在针对直升机动力传动系统智能健康预示难题,从高质量的故障数据生成、选择性的多源参数融合和早期异常检测及寿命预测三方面开展了深入研究。三年资助期内取得了如下成果:(1)提出了基于改进辅助分类生成对抗网络的多模式数据生成与评估策略,改善了数据生成中分类与判别性能的兼容性,并在数据-特征层面及个体-整体层面评估生成质量。(2)构建了极少样本下改进局部融合生成对抗网络驱动的智能故障诊断模型,通过融合特征和丰富信息选择性聚焦生成样本的局部细节,在极少样本下实现相似性和多样性的数据增强。(3)开发了多传感器驱动集成堆叠小波自动编码器的协同故障诊断框架,基于并行端对端的多传感器信息特征学习和可调整决策融合权重提升协同诊断准确率和稳定性。(4)提出了多源参数选择性融合驱动深度神经网络的跨域寿命预测技术,通过综合规范化处理、相关分析和流形学习定义融合健康指标,嵌入模型迁移提升寿命预测适用性。重点以转子、轴承、行星齿轮和锥齿轮等关键部件为研究对象,对所提方法开展了仿真和实验验证。基于以上相关研究成果,以第一/通讯作者发表期刊论文34篇(标注基金号),其中非开源SCI论文30篇(ESI热点3篇、ESI高被引11篇),《机械工程学报》3篇(1篇年度Top 10高被引),会议论文6篇(3篇Best Paper Award),申请专利3项。研究成果受到了中国工程院邵新宇院士、张来斌院士、王自力院士;美国工程院院士Ali Mosleh;三院院士Miguel A. F. Sanjuan;三院院士Yan Zhang;两院院士Moncef Gabbouj;两院院士Lihui Wang;加拿大工程院院士Ming J. Zuo;IEEE/ASME/SME/CIRP Fellow、凯斯西储大学Robert X. Gao教授;IEEE/ASME/SAE/IMAP Fellow、马里兰大学Michael Pecht教授;故障诊断国际知名专家Andrew Ball教授;《IEEE COMST》(IF=33.840)主编Dusit Niyato教授;褚福磊教授、陈雪峰教授、林京教授、雷亚国教授、高亮教授和黄洪钟教授等10余位杰青团队的引用和正面评价;上述成果强力支撑了项目负责人晋升长聘副教授,入选科睿唯安2022全球高被引科学家、爱思唯尔2021中国高被引学者、湖南省优青,获批国家自然科学基金面上项目1项。

项目成果

期刊论文数量(34)
专著数量(0)
科研奖励数量(2)
会议论文数量(5)
专利数量(3)
Transfer fault diagnosis of bearing installed in different machines using enhanced deep auto-encoder
使用增强型深度自动编码器对安装在不同机器上的轴承进行转移故障诊断
  • DOI:
    10.1016/j.measurement.2019.107393
  • 发表时间:
    2020-02-01
  • 期刊:
    MEASUREMENT
  • 影响因子:
    5.6
  • 作者:
    He Zhiyi;Shao Haidong;Yang Yu
  • 通讯作者:
    Yang Yu
A novel approach of multisensory fusion to collaborative fault diagnosis in maintenance
维护中协作故障诊断的多传感器融合新方法
  • DOI:
    10.1016/j.inffus.2021.03.008
  • 发表时间:
    2021-04-07
  • 期刊:
    INFORMATION FUSION
  • 影响因子:
    18.6
  • 作者:
    Shao, Haidong;Lin, Jing;Kumar, Uday
  • 通讯作者:
    Kumar, Uday
Intelligent fault diagnosis among different rotating machines using novel stacked transfer auto-encoder optimized by PSO
使用PSO优化的新型堆叠传输自动编码器对不同旋转机械进行智能故障诊断
  • DOI:
    10.1016/j.isatra.2020.05.041
  • 发表时间:
    2020-10-01
  • 期刊:
    ISA TRANSACTIONS
  • 影响因子:
    7.3
  • 作者:
    Shao Haidong;Ding Ziyang;Jiang Hongkai
  • 通讯作者:
    Jiang Hongkai
Novel Joint Transfer Network for Unsupervised Bearing Fault Diagnosis From Simulation Domain to Experimental Domain
用于从模拟域到实验域的无监督轴承故障诊断的新型联合传输网络
  • DOI:
    10.1109/tmech.2022.3177174
  • 发表时间:
    2022-12
  • 期刊:
    IEEE/ASME Transactions on Mechatronics
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Yiming Xiao;Haidong Shao;SongYu Han;Zhiqiang Huo;Jiafu Wan
  • 通讯作者:
    Jiafu Wan
基于提升深度迁移自动编码器的轴承智能故障诊断
  • DOI:
    10.3901/jme.2020.09.084
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    机械工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    邵海东;张笑阳;程军圣;杨宇
  • 通讯作者:
    杨宇

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其他文献

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元注意力指导下数模联动的高速列车牵引传动系统故障诊断与预测
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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