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（1）人工蜂群优化变分模态分解的自适应降噪
低速重载设备如水泥辊压机、矿山破碎机等在运行过程中，由于负载波动剧烈、传动链复杂、环境噪声强烈等因素，采集到的轴承振动信号往往包含大量噪声干扰，信噪比极低。传统的降噪方法如小波去噪、经验模态分解等存在参数选择依赖经验、模态混叠、端点效应等问题，难以在低速重载场景下取得理想效果。变分模态分解作为一种新兴的信号分解方法，通过构建变分优化问题，将信号自适应地分解为若干个具有有限带宽的本征模态分量，每个分量对应于信号的一个特定频率成分。相比经验模态分解，变分模态分解具有更坚实的数学理论基础和更好的抗噪性能，但其性能高度依赖于两个关键参数的设置：模态分量个数和二次惩罚因子。不恰当的参数选择会导致过分解或欠分解，影响降噪效果。本研究提出采用人工蜂群优化算法自适应搜索变分模态分解的最优参数组合。人工蜂群算法模拟蜜蜂群体的觅食行为，通过雇佣蜂、观察蜂和侦查蜂三类个体的协同工作，在参数空间中进行全局搜索和局部开发，具有较强的全局优化能力和较快的收敛速度。以包络谱熵或峭度等能够反映信号故障特征显著程度的指标作为优化目标函数，通过人工蜂群算法迭代搜索使目标函数达到最优的参数组合。获得最优参数后，对原始振动信号进行变分模态分解，得到多个本征模态分量。这些分量中既包含了故障特征信息，也包含了噪声成分，需要进一步筛选。采用皮尔逊相关系数法评估各模态分量与原始信号之间的相关性，相关系数较高的分量包含了信号的主要特征信息，相关系数较低的分量主要是噪声。根据相关系数阈值筛选出有效的模态分量，将其重构得到降噪后的信号。通过仿真信号和水泥辊压机实际数据的对比实验，所提方法在信噪比提升、均方根误差降低等指标上均优于传统降噪算法和其他变分模态分解参数优化方法，为后续的故障特征提取和智能诊断提供了高质量的数据基础。
（2）特征增强与混合深度网络的微弱特征识别
低速重载轴承由于转速低、负载大，故障发生时产生的冲击能量相对较弱，且冲击间隔时间较长，导致振动信号中的故障特征不如高速轴承明显，传统的时频分析方法难以有效提取这些微弱的故障特征。本研究提出特征增强时间序列方法，通过信号处理技术对原始时域信号进行预处理，增强其中的冲击特征成分。具体而言，首先对时域信号进行快速傅里叶变换，将信号从时域转换到频域，获得信号的频谱分布。在频域中，故障冲击特征通常表现为特定频率处的能量集中，而高频噪声则分布在较宽的频率范围内。设计低通滤波器，保留包含故障特征的低频和中频成分，滤除高频噪声干扰。然后对滤波后的频域信号进行上采样处理，通过插值增加频谱的采样点数，提高频率分辨率，使得故障特征频率成分更加清晰。最后通过逆傅里叶变换将处理后的频域信号转换回时域，得到冲击特征增强的时域信号。这一系列操作在频域中完成，避免了时域滤波可能引入的相位失真和边界效应。增强后的信号作为深度学习模型的输入，能够显著提高模型对故障特征的学习效率。在模型架构方面，提出Transformer与双向长短期记忆网络相结合的混合模型。Transformer通过自注意力机制能够捕捉信号中长距离的依赖关系和全局特征，不受传统循环神经网络中梯度消失和序列长度限制的影响。双向长短期记忆网络则擅长建模时序数据的前向和后向依赖关系，通过门控机制选择性地记忆和遗忘信息。将两者结合，Transformer首先对输入信号进行全局特征提取，捕捉不同时间步之间的关联模式，然后双向长短期记忆网络对Transformer提取的特征进行时序建模，进一步挖掘特征的动态演化规律。在低速重载轴承磨损试验数据集上，引入特征增强方法后，模型的故障诊断准确率从原来的较低水平提升到百分之八十五，在西储大学公开数据集上准确率达到百分之九十九点六，在水泥辊压机实际数据上准确率达到百分之九十七点五，均优于其他对比模型，充分验证了所提方法在微弱特征识别和复杂工况适应方面的优越性能。
（3）残差注意力与联合分布自适应的跨设备诊断
在实际工业应用中，不同设备即使是相同型号的轴承，由于安装条件、负载特性、传动路径、传感器位置等因素的差异，采集到的振动信号在幅值分布、频率成分、噪声水平等方面存在显著差异，这种数据分布差异导致在一台设备上训练的诊断模型直接应用到另一台设备时性能大幅下降，模型的泛化能力和适用性受到严重制约。迁移学习技术为解决跨设备故障诊断问题提供了有效途径，其核心思想是利用源域数据训练的知识来辅助目标域的学习任务。本研究提出的联合分布自适应方法不仅考虑源域和目标域数据的边缘分布差异，还考虑条件分布差异，通过同时对齐两个域在特征空间中的边缘分布和条件分布，实现更彻底的域适配。在特征提取网络方面，将压缩激励注意力机制集成到残差网络结构中，构建残差注意力模块。残差网络通过跳跃连接缓解了深度网络训练中的梯度消失问题，使得网络能够学习更深层次的特征表示。压缩激励模块通过全局平均池化和全连接层学习各通道特征的重要性权重，对重要通道进行增强，对不重要通道进行抑制，实现了通道级别的特征选择。这种注意力机制使得网络能够自动聚焦于对故障诊断最具判别力的特征通道，提高了特征提取的有效性。
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