$\require{mediawiki-texvc}$

연합인증

연합인증 가입 기관의 연구자들은 소속기관의 인증정보(ID와 암호)를 이용해 다른 대학, 연구기관, 서비스 공급자의 다양한 온라인 자원과 연구 데이터를 이용할 수 있습니다.

이는 여행자가 자국에서 발행 받은 여권으로 세계 각국을 자유롭게 여행할 수 있는 것과 같습니다.

연합인증으로 이용이 가능한 서비스는 NTIS, DataON, Edison, Kafe, Webinar 등이 있습니다.

한번의 인증절차만으로 연합인증 가입 서비스에 추가 로그인 없이 이용이 가능합니다.

다만, 연합인증을 위해서는 최초 1회만 인증 절차가 필요합니다. (회원이 아닐 경우 회원 가입이 필요합니다.)

연합인증 절차는 다음과 같습니다.

최초이용시에는
ScienceON에 로그인 → 연합인증 서비스 접속 → 로그인 (본인 확인 또는 회원가입) → 서비스 이용

그 이후에는
ScienceON 로그인 → 연합인증 서비스 접속 → 서비스 이용

연합인증을 활용하시면 KISTI가 제공하는 다양한 서비스를 편리하게 이용하실 수 있습니다.

유도전동기를 위한 고 신뢰성 고장 검출 및 분류 알고리즘 연구
Highly Reliable Fault Detection and Classification Algorithm for Induction Motors 원문보기

정보처리학회논문지. The KIPS transactions. Part B. Part B, v.18B no.3, 2011년, pp.147 - 156  

황철희 (울산대학교 전기공학부) ,  강명수 (울산대학교 컴퓨터정보통신공학과) ,  정용범 (울산대학교 전기공학부) ,  김종면 (울산대학교 전기공학부)

초록
AI-Helper 아이콘AI-Helper

본 논문에서는 유도전동기 고장 검출 및 분류를 위한 3-단계 (고장 신호의 전 처리, 고장 신호의 특징 추출, 고장 신호의 고장 유형별 분류) 알고리즘을 제안한다. 먼저 전 처리 단계에서는 저역 통과 필터를 통해 취득한 신호의 고주파 대역에 영향을 미칠 수 있는 잡음 성분을 제거하며, 다음으로는 이산 코사인 변환(discrete cosine transform)과 통계적 방법을 이용하여 고장 유형별 신호의 특징을 추출하고, 마지막 단계에서는 추출된 특징을 입력으로 하는 역 전파 신경 회로망(back propagation neural network)를 이용하여 신호를 고장 유형별로 분류한다. 시스템의 성능을 평가하기 위해 모의실험에 사용된 신호는 유도전동기의 진동 신호로, 정상 및 각종 이상 상태에 대해 8kHz의 샘플링율을 갖는 1초 길이의 데이터를 사용하였다. 모의실험 결과, 제안한 알고리즘은 학습된 상황의 고장 분류에서는 100%의 정확도를 보였으며, 기존의 공분산을 이용한 고장 검출 및 분류 알고리즘과 비교하여 약 50%의 정확도 향상을 보였다. 또한 고장 신호 취득 시 사용하는 센서의 종류나 주변 환경으로 인해 잡음이 추가될 수 있는 상황을 고려하여 취득한 데이터에 백색 가우시안 잡음을 인위적으로 추가한 모의실험에서도 98%이상의 고장 분류 정확도를 보였다. 더불어, 본 논문에서는 TI사의 TMS320F2812 디지털 신호 처리기에 제안한 고장 검출 및 분류 알고리즘을 탑재하여 실제 산업현장에서의 사용여부를 검증하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper proposes a 3-stage (preprocessing, feature extraction, and classification) fault detection and classification algorithm for induction motors. In the first stage, a low-pass filter is used to remove noise components in the fault signal. In the second stage, a discrete cosine transform (DCT...

주제어

AI 본문요약
AI-Helper 아이콘 AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 또한, 본 논문에서는 고장 신호 취득 시 취득에 사용되는 진동 센서와 주변 환경으로 인해 추가될 수 있는 잡음을 고려하여 유도전동기의 진동 신호에 인위적으로 백색 가우시안 잡음을 추가한 모의실험에서도 98%의 정확도를 보였다. 더불어, 본 논문에서는 TI사의 TMS320F2812 디지털 신호 처리기상에 제안한 고장 검출 및 분류 알고리즘을 탑재한 테스트베드 시스템을 제작하여 산업 현장에서의 사용여부를 검증하였다.
  • 본 논문에서는 고장 유형별 신호의 특징을 추출하기 위해 1초 길이의 고장 유형별 진동 신호에 이산 코사인 변환을 수행하였고, (그림 5)는 고장 유형별 각 신호의 이산 코사인 변환 결과를 보여준다.
  • 본 논문에서는 유도전동기 고장 검출 및 분류를 위한 3-단계 고 신뢰성 알고리즘을 제안하였다. 첫 번째 단계에서는 취득한 고장 신호를 저역 통과 필터를 이용하여 취득에 사용되는 진동 센서와 주변 환경 등의 영향으로 고주파 대역에 원치 않는 신호가 포함되는 것을 제거하였다.
  • 본 논문에서는 유도전동기의 고장 검출 및 고장 유형별 분류를 위한 고 신뢰성 알고리즘을 제안하며, (그림 1)은 이를 위한 블록도이다.
  • 입력된 고장 신호 전체를 특징으로 하여 고장 검출 및 분류에 사용하기에는 매우 비효율적이므로 적은 수의 데이터를 이용하여 보다 정확하고 연산 과정이 적은 알고리즘을 이용하여 고장을 검출하고 분류하는 것이 범용 디지털 신호처리기(TMS320F2812)를 이용한 테스트베드 시스템 구현을 위해 바람직하다. 본 논문에서는 효율적인 고장 유형별 신호의 특징 추출 방법으로 서브밴드(subband)별 이산 코사인 변환 계수에 대한 평균(mean)값을 이용하는 방법을 제안한다. 제안하는 방법은 이산 코사인 변환을 이용하여 신호의 주파수 특징을 효율적으로 추출할 뿐만 아니라 기존의 고속 푸리에 변환과는 달리 허수 항이 없어 메모리 공간의 절약과 알고리즘 실행 시간을 줄일 수 있는 장점이 있다.
본문요약 정보가 도움이 되었나요?

질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
대전력 공급에 사용되는 유도전동기의 고장은 무엇을 초래하는가? 로봇 시스템 등의 특별한 용도의 전동기와는 달리 일반적인 성능이 요구되는 산업현장의 설비에서 간단한 구조와 기계적 견고함을 갖춘 유도전동기는 전체 계통에 대한 동력을 공급하는 경우가 대부분이다[1]. 이러한 대전력 공급에 사용되는 유도전동기의 고장은 막대한 경제적 손실을 초래하기 때문에 고장을 사전에 방지하고 고장발생 시 손실을 최소화하기 위한 고장진단 기법과 같은 모니터링 시스템에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 일반적인 고장진단은 정상적으로 운행되는 이상적인 시스템의 정보를 데이터베이스로 구축하고, 실제 시스템의 동작 및 상태를 사전에 구축된 데이터베이스와 비교 분석하여 고장을 검출 하는 방법으로 이루어져왔다[2, 3].
유도전동기의 고장 상태를 효과적으로 표현할 수 있는 특징 추출 기법은 무엇이 있는가? 하지만 최근 유도전동기의 고장 검출 및 고장 유형별 분류를 위해서는 고장 유형별 신호를 사전에 분석하고, 신호의 특징들을 추출하여 패턴 매칭 알고리즘이나 신경 회로망의 입력으로 사용하여 분류하는 기법들이 소개되고 있는데[4, 5], 신호의 특징을 효과적으로 추출하여 분류 알고리즘의 입력의 개수를 최소화하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 이와 같은 유도전동기의 고장 상태를 효과적으로 표현할 수 있는 특징 추출 기법에는 고정자와 회전자의 주파수를 직류성분으로 변환하여 교류전동기의 해석이 용이한 d-q변환에 의한 추출하는 방법[6], 고속 푸리에 변환(fast Fourier transform)을 이용하여 특정 주파수를 추출하는 방법[7] 등이 주로 사용되어 왔다. 하지만 d-q 변환의 경우 다양한 고장 상태별로 고유의 패턴을 얻기가 어렵고, 잡음이 존재하는 환경 하에서는 고장 패턴을 분류하는데 어려움이 있다[8].
유도전동기의 고장 검출 및 고장 유형별 분류를 위한 고 신뢰성 알고리즘의 단계는? 첫 번째 단계에서는 저역 통과 필터를 이용하여 입력된 고장 신호의 고주파 대역에 영향을 미칠 수 있는 잡음 성분을 제거한다. 다음으로는 전 처리된 신호를 분석하여 특징을 추출하고, 마지막으로 추출된 특징을 역 전파 신경 회로망의 입력으로 사용하여 고장 신호를 유형별로 분류한다.
질의응답 정보가 도움이 되었나요?

참고문헌 (20)

  1. 김승석, 김형배, 유정웅, 전명근, "조건부 FCM과 방사기저함수 네트웍을 이용한 유도전동기 고장 검출", 한국퍼지 및 지능시스템학회, 제14권 제1호, pp.321-324, 2004. 

  2. S. Nandi, H. A. Toliyat, and X. Li, "Condigiton monitoring and fault diagnosis of electrical motors - A reiview," IEEE Transaction on energy conversion, Vol.20, No.4, pp.719-729, 2005. 

  3. W. Li and C. K. Mechefske, "Detection of induction motor faults: A comparison of stator current, vibration and acoustic methods," Journal of Vibration and Control, Vol.12, No.2, pp.165-188, 2006. 

  4. 강아람, 구미란, 신정호, 강대성, "유도전동기 고정자전류의 웨이블릿분석과 신경망을 이용한 자동 고장 진단 시스템 구현", 한국정보기술학회 하계종합학술발표논문집, pp.836-841, 2009. 

  5. Hyungseob Han, Sangjin Cho, Uipil Chong, "Fault Diagnosis System using LPC coefficients and Neural Network," Proceedings of the 2010 IFOST, pp.86-89, 2010. 

  6. H. Nejjari, and M. E. H. Benbouzid, "Monitoring and diagnosis of induction motors electrical faults using a current Park's vector pattern learning approach," in IEEE International Conference on Electric Machines and Drives, pp.275-277, May, 1999. 

  7. F. Zidani, M. E. H. Benbouzid, D. Diallo, and M. S. Mait-Said, "Induction motor stator faults diagnosis by a current Concordia pattern-based fuzzy decision system," IEEE Transactions on Energy Conversion, Vol.18, No4, pp.469-475, Dec., 2003. 

  8. M. Haji and H. A. Toliyat, "Pattern recognition a technique for induction machines rotor broken bar detection," IEEE Trans. on Energy Conversion, Vol.16, No.4, pp.312-317, 2000. 

  9. A, M. Trzynadlowski and E. ritchie, "Comparative investigation of diagnostic media for induction motors : a case of rotor cage faults," IEEE Trans. on Industrial Electronics, Vol.47, No.5, pp.1092-1099, 2000. 

  10. B.-S. Yang, K. J. Kim, T. Han, "Fault Diagnosis of Induction Motors using Data Fusion of Vibration and Current Signal," Transaction of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering, Vol.14, No.11, pp.1091-1100, Nov., 2004. 

  11. 이종석, 박철훈, "향상된 자동 독순을 위한 새로운 시간영역 필터링 기법", 정보처리학회논문지, 제15-B권 제2호, pp.123-130, 2008. 

  12. 강두병, 김성진, 황정호, 정찬수, "평탄한 통과 대역과 급격한 경사도를 위한 대역통과필터 설계에 관한 연구", 대한전기학회, 하계학술대회 논문집, pp.1942-1943, 2009. 

  13. N. Ahmed, T. Natarajan, and K. R. Rao, "Discrete Cosine Transform", IEEE Trans. Computers, pp.90-93, Jan., 1974. 

  14. 이재현, 배현, "DTW를 이용한 유도전동기 베어링 및 회전자봉 고장진단", 한국마린엔지니어링학회지, 제31권 제1호, pp.95-102, 2007. 

  15. Sakoe, H. and Chiba, S., "Dynamic programming algorithm optimization for spoken word recognition", IEEE Transactions on Acoustics, Speech and Signal Processing, Vol.26, No.1, pp.43-49, 1978. 

  16. I. A. Basheer, M. Hajmeer, "Artificial Neural Network: Fundamentals, Computing Design, and Application," Journal of Microbiological Methods, Vol.43, Vol.1, pp.3-31, Dec., 2000. 

  17. S. Haykin, "Neural Networks: A Comprehensive Foundation," Prentice-Hall, New Jersey, pp.156-248, 1999. 

  18. I. A. Basheer, M. Hajmeer, "Artificial Neural Network: Fundamentals, Computing Design, and Application," Journal of Microbiological Methods, Vol.43, Vol.1, pp.3-31, Dec., 2000. 

  19. 한형섭, 노창수, 조상진, 황갑주, 정의필, "Cross-Covariance를 이용한 유도전동기의 고장 분류", 한국신호처리.시스템학회 하계학술대회, 제10권 제1호, pp.168-171, 2009. 

  20. 강명수, 조상진, 정의필, "음질 열화를 줄이고 공격에 강인한 오디오 워터마킹 알고리듬", 한국음향학회지, 제28권 제7호, pp.653-660, 2009. 

저자의 다른 논문 :

LOADING...

관련 콘텐츠

오픈액세스(OA) 유형

BRONZE

출판사/학술단체 등이 한시적으로 특별한 프로모션 또는 일정기간 경과 후 접근을 허용하여, 출판사/학술단체 등의 사이트에서 이용 가능한 논문

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

저작권 관리 안내
섹션별 컨텐츠 바로가기

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

AI-Helper 아이콘
AI-Helper
안녕하세요, AI-Helper입니다. 좌측 "선택된 텍스트"에서 텍스트를 선택하여 요약, 번역, 용어설명을 실행하세요.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.

선택된 텍스트

맨위로