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专利号: 2020106090115
申请人: 重庆邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-12-10
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于可微连续映射的锂电池健康监测模型自学习方法,其特征在于:包括以下步骤:S1:根据锂电池健康状态监测的任务类型,以1d-CNN和AST-LSTM NN为核心模块进行组合,根据任务要求的性能指标以及网络本身的损失函数大小为约束,挑选适应任务需要的神经网络模型;

S2:在获得与各类健康状态监测任务匹配的神经网络模型之后,采用可微结构的自动学习方法,对这些神经网络进行自动训练。

2.根据权利要求1所述的基于可微连续映射的锂电池健康监测模型自学习方法,其特征在于:步骤S1中,以1d-CNN和AST-LSTM NN为核心模块,按以下四种基本方式对其组合,根据任务要求的性能指标以及网络本身的损失函数大小为约束,挑选适应任务需要的神经网络模型:在上式中,Y为锂电池健康状态监测的指标,是集合{SOH,RUL,SOC,SOF,…异常分类}中的任意元素或其组合; 表示神经网络模型的非线性映射作用;ΘA和ΘC分别为AST-LSTM NN与1d-CNN模块中的超参数;netA和netC分别为AST-LSTM NN与1d-CNN模块的输入;

和 分别为上述组合的损失函数;am和cn分别为AST-LSTM块的个数与1d-CNN中的通道宽度;w为这些神经网络中的权值。

3.根据权利要求1所述的基于可微连续映射的锂电池健康监测模型自学习方法,其特征在于:步骤S2中,自动学习框架包括离散网络结构的连续可微映射、部分通道连接、局部边界归一化,具体为:S21:离散化监测模型的连续可微映射,采用网络结构、网络单元表示为有向无环图,将结构搜索问题进行松弛,转化为连续变量优化问题;

S22:在进行局部通道自动学习时,网络的超参数定义为K;连接被选定,即Si,j=1,占所有连接的比例为1/K,通过改变K,实现方式灵活的自动学习,并在学习精度,即K较小,和效率,即K较大之间找到平衡点;

S23:引入边界归一化的自动学习,缓解潜在的波动。

4.根据权利要求3所述的基于可微连续映射的锂电池健康监测模型自学习方法,其特征在于:步骤S21具体包括:将锂电池健康状态监测的神经网络模型,分解为L个单元,每个单元为具有N个节点的有向无环图,每个节点代表模型中的一个网络层;预定义一个操作空间Ο,该空间中每个元素o(·)代表在网络层上执行的固定操作,包括卷积、池化、连接、LSTM单元中的遗忘门、输入门、输出门、CEC控制门操作;

网络的自动学习是从操作空间Ο选择一个操作,使得某一个单元中的几点进行连接配对,令一对节点为(i,j),0≤i<j≤N-1,从i到j的信息传递被视为一个加权和操作|Ο|,即:其中,xi是第i个节点的输出, 是加权运算o(xi)对应的一个超参数,节点j的输出是与其相连的所有节点的加权输入之和,即:在固定节点x0和x1作为单元输入之后,整个锂电池健康状态监测模型的单元输出对应于串联节点x2至节点xN-1;设Lt和Lv分别为训练集与验证集上的损失,自动学习的目标为:w*=arg minwLt(w,α*)  (4)

α*和w*分布为上层、下层优化变量,此优化问题进一步描述为

minαLv(w*(α),α) s.t.w*(α)=arg minwLt(w,α)  (5)在求解上述优化问题过程中,当执行k次迭代时,根据当前结构αk-1,通过将wk-1向着使得训练误差Lt(wk-1,αk-1)最小化的方向移动得到wk;然后固定wk,最小化在验证集上的损失,此过程的代价为:Lv(wk-ηLt(wk,αk-1),αk-1);为求解此代价,对w进行迭代的梯度下降计算,根据复合导数原则,代价函数对α的梯度为:其中,

如此,网络每层都有可微分权重w*和超参数α*,且按梯度下降方式进行自动学习与架构搜索。

5.根据权利要求3所述的基于可微连续映射的锂电池健康监测模型自学习方法,其特征在于:步骤S22具体包括:定义节点xi到节点xj的状态为Si,j,当二者连接时,其值为0,且不进行操作|Ο|,直接复制到单元输出,反之为1,执行操作|Ο|;此过程表示为:将考察 的内存开销,通过大量数值实验,分析在小批量操作中,分析更多的训练数据对网络权值和结构参数更新不确定性的影响。

6.根据权利要求3所述的基于可微连续映射的锂电池健康监测模型自学习方法,其特征在于:步骤S23中,定义归一化操作βi,j,对有向图中的每个边,即(i,j),进行显式加权,并采用下式计算在局部通道自动学习的同时,边(i,j)的连接由 和βi,j共同决定,即,将归一化系数和 进行相乘;在学习过程中,权重参数最大的边将被选中。