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科研绘图 | VMD-Transformer-BiGRU锂电池剩余寿命预测模型结构图

科研绘图 | VMD-Transformer-BiGRU锂电池剩余寿命预测模型结构图

1. 数据预处理阶段:VMD 分解

输入:原始锂电池数据(如电压、电流、容量或内阻随时间的变化序列)。

VMD(Variational Mode Decomposition,变分模态分解):这是一种信号处理算法。由于电池退化信号通常伴随着噪声和波动(再生现象),VMD 将复杂的原始信号分解为多个不同频率的子信号,称为 IMF(Intrinsic Mode Functions,本征模态函数)。

作用:通过将非平稳的电池数据分解,模型可以更清晰地捕捉到电池退化的整体趋势和局部细节特征。

2. 特征提取核心:Transformer Encoder + BiGRU

这一部分是模型的“大脑”,采用了混合结构:

BiGRU(双向门控循环单元):

GRU 是 RNN(循环神经网络)的一种,擅长处理时间序列数据。

“双向”(Bidirectional) 意味着模型不仅考虑过去的信息,还能结合未来的上下文信息(在离线训练或窗口预测中),从而更全面地提取电池退化的时序特征。

Transformer Encoder (Attention Blocks):

图中的 Attention Block 1 到 N 代表多头注意力机制。

作用:注意力机制能够自动为不同的时间步或不同的 IMF 分量分配权重。它能识别出哪些时刻的电池状态对预测剩余寿命贡献最大,从而增强模型捕捉长距离依赖关系的能力。

核心逻辑:BiGRU 负责提取时序上的局部和全局特征,而 Transformer 的注意力机制则负责在这些特征中“划重点”,提高预测精度。

3. 特征融合与映射:Fully Connected 层

Fully Connected (全连接层):将前面 BiGRU 和 Transformer 提取到的高维抽象特征进行融合和压缩。

作用:将复杂的神经网络特征转化为一个最终的数值表征。

4. 预测输出阶段:Output Layer

RUL Prediction:输出层通常是一个简单的线性层,给出最终的预测值。

结果:即该电池在当前状态下,还能正常循环多少次,或者还能使用多长时间。

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