草庐IT

西储大学(CWRU)轴承数据集故障诊断(一):数据读取,数据集划分

风筝不是风 2023-04-14 原文

CWRU轴承数据集故障诊断

博客编写背景

本次博客是对深度学在机械设备的故障诊断(模式识别)领域的入门级的基础教程,主要是专门针对CWRU滚动轴承故障数据集的数据读取、数据集的划分进行展开。希望对初入故障诊断的大四毕业设计和研一的课题入门有一定的帮助。后续将会持续进行进阶的博客撰写和代码的编写。

数据集读取

不管是深度学习做寿命预测还是做故障诊断,我相信,难道初学者的第一步便是对数据集进行读取的操作以及进行振动信号的预处理如FFT、STFT、HHT、CWT;或者从一维时间序列转成二维图像等。本文主要是针对一维原始振动数据的读取。
对于CWRU轴承数据集,有不同的载荷工况、不同故障类型、同一故障类型又有不同的故障程度。因此,一般进行故障诊断,基础的就是对不同的故障进行分类识别,进阶的就是扩充每一种故障类别的严重程度。再然后就 涉及到不同工况的、甚至不同的数据集之间的迁移诊断。
下面将具体针对数据集的样本数量、长度、工况、故障程度灵活选取的实现展开。

(1)每一类故障样本的数量num;

(2)每一类故障样本的长度length;

(3)每一类故障样本的负载的大小hp;

(4)每一类故障样本的故障程度fault_diameter;

下面为定义的数据加载函数的部分代码

def load_data(num = 90,length = 1280,hp = [0,1,2],fault_diameter = [0.007,0.028],split_rate = [0.7,0.2,0.1]):
    #num 为每类故障样本数量,length为样本长度,hp为负载大小,可取[0,1,2,3],fauit_diameter为故障程度,可取[0.007,0.014,0.021]
    #split_rate为训练集,验证集和测试集划分比例。取值从0-1。
    #bath_path1 为西储大学数据集中,正常数据的文件夹路径
    #bath_path2 为西储大学数据集中,12K采频数据的文件夹路径
    bath_path1 = r"D:\software\work\files\数据集\西储大学数据集\CWRU\Normal Baseline Data\\"
    bath_path2 = r"D:\software\work\files\数据集\西储大学数据集\CWRU\12k Drive End Bearing Fault Data\\"
    data_list = []
    label = 0

(5)数据集划分
数据的划分,一般按照训练集、验证集、测试集这三种进行划分,本文推荐0.7,0.2,0.1的比例。
如果是采用Tensorflow或者keras,可以只需要划分出训练集和测试集,然后再调用model.fit函数时,使用vaildation_split,在训练集的基础上随机划分出0.05-0.30的数据作为验证集。注意测试集不能参与训练以及模型的验证,否则就算是作弊。
最终处理的数据集均带有标签

    train_data = train[:,0:length]
    train_label = np_utils.to_categorical(train[:,length],len(hp)*(1+3*len(fault_diameter)))

    eval_data = eval[:,0:length]
    eval_label = np_utils.to_categorical(eval[:,length],len(hp)*(1+3*len(fault_diameter)))

    test_data = test[:,0:length]
    test_label = np_utils.to_categorical(test[:,length],len(hp)*(1+3*len(fault_diameter)))



    return train_data,train_label,eval_data,eval_label,test_data,test_label

训练与测试

(1)损失函数:

(2)准确率:

(3)测试集可视化:

完整数据读取代码

import random
import numpy as np
import scipy.io as scio
from sklearn import preprocessing
from keras.utils import np_utils

def deal_data(data,length,label):
    data = np.reshape(data,(-1))
    num = len(data)//length
    data = data[0:num*length]

    data = np.reshape(data,(num,length))

    min_max_scaler = preprocessing.MinMaxScaler()

    data = min_max_scaler.fit_transform(np.transpose(data,[1,0]))
    data = np.transpose(data,[1,0])
    label = np.ones((num,1))*label
    return np.column_stack((data,label))

def open_data(bath_path,key_num):
    path = bath_path + str(key_num) + ".mat"
    str1 =  "X" + "%03d"%key_num + "_DE_time"
    data = scio.loadmat(path)
    data = data[str1]
    return data

def split_data(data,split_rate):
    length = len(data)
    num1 = int(length*split_rate[0])
    num2 = int(length*split_rate[1])

    index1 = random.sample(range(num1),num1)
    train = data[index1]
    data = np.delete(data,index1,axis=0)
    index2 = random.sample(range(num2),num2)
    eval = data[index2]
    test = np.delete(data,index2,axis=0)
    return train,eval,test

def load_data(num = 90,length = 1280,hp = [0,1,2],fault_diameter = [0.007,0.028],split_rate = [0.7,0.2,0.1]):
    #num 为每类故障样本数量,length为样本长度,hp为负载大小,可取[0,1,2,3],fauit_diameter为故障程度,可取[0.007,0.014,0.021]
    #split_rate为训练集,验证集和测试集划分比例。取值从0-1。
    #bath_path1 为西储大学数据集中,正常数据的文件夹路径
    #bath_path2 为西储大学数据集中,12K采频数据的文件夹路径
    bath_path1 = r"D:\software\work\matlab\files\数据集\西储大学数据集\CWRU\Normal Baseline Data\\"
    bath_path2 = r"D:\software\work\matlab\files\数据集\西储大学数据集\CWRU\12k Drive End Bearing Fault Data\\"
    data_list = []
    label = 0
    for i in hp:
        #正常数据
        #path1 = bath_path1 + str(97+i) + ".mat"
        #normal_data = scio.loadmat(path1)
        #str1 = "X0" + str(97+i) + "_DE_time"
        normal_data = open_data(bath_path1,97+i)
        data = deal_data(normal_data,length,label = label)
        data_list.append(data)
        #故障数据
        for j in fault_diameter:
            if j == 0.007:
                inner_num = 105
                ball_num = 118
                outer_num = 130
            elif j == 0.014:
                inner_num = 169
                ball_num = 185
                outer_num = 197
            else:
                inner_num = 209
                ball_num = 222
                outer_num = 234

            inner_data = open_data(bath_path2,inner_num + i)
            inner_data = deal_data(inner_data,length,label + 1)
            data_list.append(inner_data)

            ball_data = open_data(bath_path2,ball_num + i)
            ball_data = deal_data(ball_data,length,label + 2)
            data_list.append(ball_data)

            outer_data = open_data(bath_path2,outer_num + i)
            outer_data = deal_data(outer_data,length,label + 3)
            data_list.append(outer_data)

        label = label + 4

    #保持每类数据数据量相同
    num_list = []
    for i in data_list:
        num_list.append(len(i))
    min_num = min(num_list)

    if num > min_num:
        print("每类数量超出上限,最大数量为:%d" %min_num)

    min_num = min(num,min_num)
    #划分训练集,验证集和测试集,并随机打乱顺序
    train = []
    eval = []
    test = []
    for data in data_list:
        data = data[0:min_num,:]
        a,b,c = split_data(data,split_rate)
        train.append(a)
        eval.append(b)
        test.append(c)

    train = np.reshape(train,(-1,length+1))
    train = train[random.sample(range(len(train)),len(train))]
    train_data = train[:,0:length]
    train_label = np_utils.to_categorical(train[:,length],len(hp)*(1+3*len(fault_diameter)))

    eval = np.reshape(eval,(-1,length+1))
    eval = eval[random.sample(range(len(eval)),len(eval))]
    eval_data = eval[:,0:length]
    eval_label = np_utils.to_categorical(eval[:,length],len(hp)*(1+3*len(fault_diameter)))

    test = np.reshape(test,(-1,length+1))
    test = test[random.sample(range(len(test)),len(test))]
    test_data = test[:,0:length]
    test_label = np_utils.to_categorical(test[:,length],len(hp)*(1+3*len(fault_diameter)))



    return train_data,train_label,eval_data,eval_label,test_data,test_label

有关西储大学(CWRU)轴承数据集故障诊断(一):数据读取,数据集划分的更多相关文章

  1. ruby - 解析 RDFa、微数据等的最佳方式是什么,使用统一的模式/词汇(例如 schema.org)存储和显示信息 - 2

    我主要使用Ruby来执行此操作,但到目前为止我的攻击计划如下:使用gemsrdf、rdf-rdfa和rdf-microdata或mida来解析给定任何URI的数据。我认为最好映射到像schema.org这样的统一模式,例如使用这个yaml文件,它试图描述数据词汇表和opengraph到schema.org之间的转换:#SchemaXtoschema.orgconversion#data-vocabularyDV:name:namestreet-address:streetAddressregion:addressRegionlocality:addressLocalityphoto:i

  2. ruby - Ruby 有 `Pair` 数据类型吗? - 2

    有时我需要处理键/值数据。我不喜欢使用数组,因为它们在大小上没有限制(很容易不小心添加超过2个项目,而且您最终需要稍后验证大小)。此外,0和1的索引变成了魔数(MagicNumber),并且在传达含义方面做得很差(“当我说0时,我的意思是head...”)。散列也不合适,因为可能会不小心添加额外的条目。我写了下面的类来解决这个问题:classPairattr_accessor:head,:taildefinitialize(h,t)@head,@tail=h,tendend它工作得很好并且解决了问题,但我很想知道:Ruby标准库是否已经带有这样一个类? 最佳

  3. ruby - 我如何添加二进制数据来遏制 POST - 2

    我正在尝试使用Curbgem执行以下POST以解析云curl-XPOST\-H"X-Parse-Application-Id:PARSE_APP_ID"\-H"X-Parse-REST-API-Key:PARSE_API_KEY"\-H"Content-Type:image/jpeg"\--data-binary'@myPicture.jpg'\https://api.parse.com/1/files/pic.jpg用这个:curl=Curl::Easy.new("https://api.parse.com/1/files/lion.jpg")curl.multipart_form_

  4. 世界前沿3D开发引擎HOOPS全面讲解——集3D数据读取、3D图形渲染、3D数据发布于一体的全新3D应用开发工具 - 2

    无论您是想搭建桌面端、WEB端或者移动端APP应用,HOOPSPlatform组件都可以为您提供弹性的3D集成架构,同时,由工业领域3D技术专家组成的HOOPS技术团队也能为您提供技术支持服务。如果您的客户期望有一种在多个平台(桌面/WEB/APP,而且某些客户端是“瘦”客户端)快速、方便地将数据接入到3D应用系统的解决方案,并且当访问数据时,在各个平台上的性能和用户体验保持一致,HOOPSPlatform将帮助您完成。利用HOOPSPlatform,您可以开发在任何环境下的3D基础应用架构。HOOPSPlatform可以帮您打造3D创新型产品,HOOPSSDK包含的技术有:快速且准确的CAD

  5. FOHEART H1数据手套驱动Optitrack光学动捕双手运动(Unity3D) - 2

    本教程将在Unity3D中混合Optitrack与数据手套的数据流,在人体运动的基础上,添加双手手指部分的运动。双手手背的角度仍由Optitrack提供,数据手套提供双手手指的角度。 01  客户端软件分别安装MotiveBody与MotionVenus并校准人体与数据手套。MotiveBodyMotionVenus数据手套使用、校准流程参照:https://gitee.com/foheart_1/foheart-h1-data-summary.git02  数据转发打开MotiveBody软件的Streaming,开始向Unity3D广播数据;MotionVenus中设置->选项选择Unit

  6. 使用canal同步MySQL数据到ES - 2

    文章目录一、概述简介原理模块二、配置Mysql使用版本环境要求1.操作系统2.mysql要求三、配置canal-server离线下载在线下载上传解压修改配置单机配置集群配置分库分表配置1.修改全局配置2.实例配置垂直分库水平分库3.修改group-instance.xml4.启动监听四、配置canal-adapter1修改启动配置2配置映射文件3启动ES数据同步查询所有订阅同步数据同步开关启动4.验证五、配置canal-admin一、概述简介canal是Alibaba旗下的一款开源项目,Java开发。基于数据库增量日志解析,提供增量数据订阅&消费。Git地址:https://github.co

  7. ruby-on-rails - 创建 ruby​​ 数据库时惰性符号绑定(bind)失败 - 2

    我正在尝试在Rails上安装ruby​​,到目前为止一切都已安装,但是当我尝试使用rakedb:create创建数据库时,我收到一个奇怪的错误:dyld:lazysymbolbindingfailed:Symbolnotfound:_mysql_get_client_infoReferencedfrom:/Library/Ruby/Gems/1.8/gems/mysql2-0.3.11/lib/mysql2/mysql2.bundleExpectedin:flatnamespacedyld:Symbolnotfound:_mysql_get_client_infoReferencedf

  8. STM32读取串口传感器数据(颗粒物传感器,主动上传) - 2

    文章目录1.开发板选择*用到的资源2.串口通信(个人理解)3.代码分析(注释比较详细)1.主函数2.串口1配置3.串口2配置以及中断函数4.注意问题5.源码链接1.开发板选择我用的是STM32F103RCT6的板子,不过代码大概在F103系列的板子上都可以运行,我试过在野火103的霸道板上也可以,主要看一下串口对应的引脚一不一样就行了,不一样的就更改一下。*用到的资源keil5软件这里用到了两个串口资源,采集数据一个,串口通信一个,板子对应引脚如下:串口1,TX:PA9,RX:PA10串口2,TX:PA2,RX:PA32.串口通信(个人理解)我就从串口采集传感器数据这个过程说一下我自己的理解,

  9. SPI接收数据异常问题总结 - 2

    SPI接收数据左移一位问题目录SPI接收数据左移一位问题一、问题描述二、问题分析三、探究原理四、经验总结最近在工作在学习调试SPI的过程中遇到一个问题——接收数据整体向左移了一位(1bit)。SPI数据收发是数据交换,因此接收数据时从第二个字节开始才是有效数据,也就是数据整体向右移一个字节(1byte)。请教前辈之后也没有得到解决,通过在网上查阅前人经验终于解决问题,所以写一个避坑经验总结。实际背景:MCU与一款芯片使用spi通信,MCU作为主机,芯片作为从机。这款芯片采用的是它规定的六线SPI,多了两根线:RDY和INT,这样从机就可以主动请求主机给主机发送数据了。一、问题描述根据从机芯片手

  10. 微信小程序通过字典表匹配对应数据 - 2

    前言一般来说,前端根据后台返回code码展示对应内容只需要在前台判断code值展示对应的内容即可,但要是匹配的code码比较多或者多个页面用到时,为了便于后期维护,后台就会使用字典表让前端匹配,下面我将在微信小程序中通过wxs的方法实现这个操作。为什么要使用wxs?{{method(a,b)}}可以看到,上述代码是一个调用方法传值的操作,在vue中很常见,多用于数据之间的转换,但由于微信小程序诸多限制的原因,你并不能优雅的这样操作,可能有人会说,为什么不用if判断实现呢?但是if判断的局限性在于如果存在数据量过大时,大量重复性操作和if判断会让你的代码显得异常冗余。wxswxs相当于是一个独立

随机推荐