KR102473124B1 - Error detection apparatus and method of motor - Google Patents
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Abstract
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전동기의 고장 검출 장치는, 전동기의 상전류 신호에 대해 리샘플링을 수행하여 리샘플링 신호로 변환하는 리샘플링부, 상기 리샘플링 신호를 전처리하여 전처리 신호로 변환하는 변환부, 상기 전처리 신호를 통해 고장 특성 데이터를 학습하는 학습부, 및 상기 고장 특성 데이터를 이용하여 상기 전동기의 고장 여부를 판단하는 판단부를 포함한다.An apparatus for detecting a failure of a motor according to a preferred embodiment of the present invention includes a resampling unit that performs resampling on a phase current signal of the motor and converts it into a resampling signal, a conversion unit that preprocesses the resampling signal and converts it into a preprocessed signal, and the preprocessed signal. It includes a learning unit that learns failure characteristic data through and a determination unit that determines whether the motor is out of order using the failure characteristic data.
Description
본 발명은 전동기의 고장 검출 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for detecting a failure of a motor.
전동기는 전기적 에너지를 기계적인 에너지로 변환하는 장치로서 팬, 로봇, 전기차, 펌프를 비롯한 다양한 산업 분야에 사용되고 있다. 산업 분야에서는 교류 전원을 사용하는 AC 모터가 주로 사용되며 직류 모터에 비해 상대적으로 효율이 좋고 수명이 길다는 장점이 있어 널리 사용된다.An electric motor is a device that converts electrical energy into mechanical energy and is used in various industrial fields including fans, robots, electric vehicles, and pumps. In the industrial field, AC motors using AC power are mainly used and are widely used because they have advantages of relatively high efficiency and long life compared to DC motors.
전동기의 원활한 운행 및 안전성을 확보하기 위해서는 고장 진단이 필수적이다. 특히, 산업 라인에서 일부 전동기의 고장의 고장이 발생하게 된다면 라인 전체의 중단을 불러일으킴으로써 엄청난 경제적인 손실을 야기할 수 있다. 이에 따라, 신뢰성 있고 효과적인 전동기 고장 진단 기법을 개발하는 것이 중요한 이슈로 여겨지고 있다.Fault diagnosis is essential to ensure smooth operation and safety of motors. In particular, if a failure of some motors occurs in an industrial line, it may cause a huge economic loss by causing the entire line to be stopped. Accordingly, developing a reliable and effective motor failure diagnosis technique is considered an important issue.
일반적으로 전동기의 고장 진단에는, 등속 운행 중인 산업용 로봇, 및 전기차를 기반으로 한 고장 진단 알고리즘이 이용되고 있다.In general, for fault diagnosis of electric motors, fault diagnosis algorithms based on industrial robots and electric vehicles operating at constant speed are used.
종래의 고장 진단 알고리즘은, 전동기의 고정자 전류를 분석해서 고장 주파수 관련 특성을 추출한 후 추출한 특성 주파수를 이용하여 전동기의 고장을 진단하는 전동기 전류 신호 분석(Motor Signature Current Analysis, MCSA) 방식이 적용되고 있다.As a conventional fault diagnosis algorithm, a Motor Signature Current Analysis (MCSA) method is applied that analyzes the stator current of the motor to extract fault frequency-related characteristics and then diagnoses the fault of the motor using the extracted characteristic frequency. .
종래 고장 진단 알고리즘은, 주파수 영역으로 변환이 가능한 등속 및 동일 부하 신호에만 적용 가능하다. 이는 전동기의 변속 운행으로 인한 가변적인 회전 속도에 따라 전류의 주파수 또한 변화하기 때문에 주파수 분석 방식을 통해 고장 특성 주파수를 구하기 불가능하기 때문이다. 뿐만 아니라, 고장 특성 주파수를 구하기 위해 전동기의 파라미터(예, 폴(pole) 수, 베어링 정보 등) 정보가 요구된다. 또한, 전동기의 전류의 크기와 주파수가 계속해서 변화함에 따라 서로 다른 고장임에도 불구하고 비슷한 고장 특성 주파수가 발생하는 경우가 많기 때문에 정확한 고장 진단이 어려운 문제가 있다.Conventional fault diagnosis algorithms are applicable only to constant velocity and equal load signals that can be converted into a frequency domain. This is because it is impossible to obtain a fault characteristic frequency through a frequency analysis method because the frequency of the current also changes according to the variable rotational speed due to the variable speed operation of the motor. In addition, information on motor parameters (eg, number of poles, bearing information, etc.) is required to obtain the failure characteristic frequency. In addition, as the magnitude and frequency of the current of the motor continuously change, there are many cases in which similar failure characteristic frequencies occur despite different failures, so there is a problem in accurately diagnosing failures.
이러한 문제 해결을 위해 최근에는 딥러닝(Deep Learning) 기반 고장 진단 방식이 개발되고 있다. 딥러닝은 수학적 형태로 이루어진 여러 신경망을 쌓아서 만들어진 모델로 데이터의 특성을 자동으로 학습하고 학습된 데이터를 분류하는 기능을 수행한다.To solve this problem, a fault diagnosis method based on deep learning has recently been developed. Deep learning is a model created by stacking several neural networks in mathematical form, and performs the function of automatically learning the characteristics of data and classifying the learned data.
딥러닝 기반 고장 진단 방식은 높은 진단 성능을 가지고 있어 고장 진단에 널리 사용되고 있으나, 모델을 학습하기 위해서 많은 양의 데이터가 요구되며, 모델이 학습한 데이터에만 과도하게 국한되어 일반화 성능이 좋지 않을 가능성이 존재하며, 진단 결과의 해석이 어렵다는 단점이 있다.The deep learning-based fault diagnosis method has high diagnostic performance and is widely used for fault diagnosis, but a large amount of data is required to learn a model, and the model is excessively limited to the learned data, so there is a possibility that the generalization performance is not good. However, there is a disadvantage that the interpretation of diagnosis results is difficult.
이에 본 발명은 상기한 사정을 감안하여 안출된 것으로, 전동기의 운행 조건에 따라 가변되는 전동기의 상전류 신호의 크기 및 고장 특성 주파수를 이용한 고장 진단이 가능하고, 합성곱 기반 딥러닝 학습 알고리즘을 이용한 고장 분류 및 일반화 성능을 높일 수 있는 전류 데이터 전처리 방식이 적용되는 전동기의 고장 검출 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, the present invention has been devised in view of the above circumstances, and it is possible to diagnose faults using the magnitude and fault characteristic frequency of the phase current signal of the motor, which varies according to the operating conditions of the motor, and faults using a convolution-based deep learning learning algorithm. An object of the present invention is to provide an apparatus for detecting a failure of a motor to which a current data pre-processing method capable of improving classification and generalization performance is applied.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전동기의 고장 검출 장치는, 전동기의 상전류 신호에 대해 리샘플링을 수행하여 리샘플링 신호로 변환하는 리샘플링부; 상기 리샘플링 신호를 전처리하여 전처리 신호로 변환하는 변환부; 상기 전처리 신호를 통해 고장 특성 데이터를 학습하는 학습부; 및 상기 고장 특성 데이터를 이용하여 상기 전동기의 고장 여부를 판단하는 판단부;를 포함한다.An apparatus for detecting a failure of a motor according to a preferred embodiment of the present invention for achieving the above object includes: a resampling unit that performs resampling on a phase current signal of the motor and converts it into a resampling signal; a converter for preprocessing the resampling signal and converting the resampling signal into a preprocessing signal; a learning unit learning failure characteristic data through the preprocessing signal; and a determination unit determining whether the motor is out of order by using the failure characteristic data.
상기 리샘플링부는, 상기 상전류 신호를 해석 신호로 변환하고, 상기 해석 신호에서 순시각을 추정하며, 상기 순시각의 변화점을 기준으로 상기 해석 신호를 주기 별로 분리할 수 있다.The resampling unit may convert the phase current signal into an analysis signal, estimate an instantaneous angle from the analysis signal, and separate the analysis signal for each period based on a change point of the instantaneous angle.
상기 리샘플링부는, 미리 마련된 보간 방식을 통해 주기 별로 분리된 상기 해석 신호를 동일 간격의 신호로 리샘플링하고, 상기 동일 간격의 신호를 연결함으로써 상기 리샘플링 신호를 생성할 수 있다.The resampling unit may generate the resampling signal by resampling the analysis signal separated by period through a prearranged interpolation method into signals of equal intervals and connecting the signals of equal intervals.
상기 변환부는, 상기 리샘플링 신호에 대해 로그 스케일의 고속 푸리에 변환을 수행할 수 있다.The transform unit may perform a log scale fast Fourier transform on the resampling signal.
상기 변환부는, 상기 고속 푸리에 변환에 따른 신호의 크기에 대해 스케일링을 수행함으로써 상기 전처리 신호를 생성할 수 있다.The transform unit may generate the preprocessed signal by performing scaling on a magnitude of a signal according to the fast Fourier transform.
상기 스케일링 단위는 0 내지 1의 값을 가질 수 있다.The scaling unit may have a value of 0 to 1.
상기 학습부는, 미리 마련된 합성곱 기반 딥러닝 학습 알고리즘을 이용하여 상기 전처리 신호를 학습할 수 있다.The learning unit may learn the preprocessed signal using a previously prepared convolution-based deep learning learning algorithm.
상기 판단부는, 상기 고장 특성 데이터를 이용하여 상기 전동기의 축 불균형 또는 권선 열화 고장을 판단할 수 있다.The determination unit may determine an axis imbalance or a winding deterioration failure of the motor using the failure characteristic data.
상기 판단부는, 미리 마련된 CAM(Class Activation Map) 기반 해석 알고리즘을 이용하여 상기 전동기에 대한 고장 판단 결과를 해석할 수 있다.The determination unit may analyze the failure determination result of the motor using a previously prepared CAM (Class Activation Map) based analysis algorithm.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전동기의 고장 검출 방법은, 전동기의 상전류 신호에 대해 리샘플링을 수행하여 리샘플링 신호로 변환하는 리샘플링 단계; 상기 리샘플링 신호를 전처리하여 전처리 신호로 변환하는 전처리 단계; 상기 전처리 신호를 통해 고장 특성 데이터를 학습하는 학습 단계; 및 상기 고장 특성 데이터를 이용하여 상기 전동기의 고장 여부를 판단하는 고장 판단 단계;를 포함한다.A method for detecting a failure of a motor according to a preferred embodiment of the present invention for achieving the above object includes a resampling step of performing resampling on a phase current signal of the motor and converting it into a resampling signal; a preprocessing step of preprocessing the resampling signal and converting the resampling signal into a preprocessing signal; A learning step of learning failure characteristic data through the preprocessing signal; and a failure determination step of determining whether or not the motor has failed using the failure characteristic data.
상기 리샘플링 단계는, 상기 상전류 신호를 해석 신호로 변환하는 단계; 상기 해석 신호에서 순시각을 추정하는 단계; 상기 순시각의 변화점을 기준으로 상기 해석 신호를 주기 별로 분리하는 단계; 미리 마련된 보간 방식을 통해 주기 별로 분리된 상기 해석 신호를 동일 간격의 신호로 리샘플링하는 단계; 및 상기 동일 간격의 신호를 연결함으로서 상기 리샘플링 신호를 생성하는 단계;를 포함할 수 있다.The resampling step may include converting the phase current signal into an analysis signal; estimating an instantaneous time from the analysis signal; Separating the analysis signal by period based on the change point of the instantaneous time; Resampling the analysis signal separated by period into a signal of the same interval through a pre-arranged interpolation method; and generating the resampling signal by connecting the signals at equal intervals.
상기 전처리 단계는, 상기 리샘플링 신호에 대해 로그 스케일의 고속 푸리에 변환을 수행하는 고속 푸리에 변환 단계; 및 상기 고속 푸리에 변환에 따른 신호의 크기에 대해 스케일링을 수행하는 스케일링 단계;를 포함할 수 있다.The pre-processing step may include: a fast Fourier transform step of performing a log-scale fast Fourier transform on the resampling signal; and a scaling step of performing scaling on the magnitude of the signal according to the fast Fourier transform.
상기 학습 단계는, 미리 마련된 합성곱 기반 딥러닝 학습 알고리즘을 이용하여 상기 전처리 신호를 학습할 수 있다.In the learning step, the preprocessed signal may be learned using a previously prepared convolution-based deep learning learning algorithm.
상기 고장 판단 단계는, 상기 고장 특성 데이터를 이용하여 상기 전동기의 축 불균형 또는 권선 열화 고장을 판단할 수 있다.In the failure determination step, an axis imbalance or a winding deterioration failure of the motor may be determined using the failure characteristic data.
상기 고장 판단 단계는, 미리 마련된 CAM(Class Activation Map) 기반 해석 알고리즘을 이용하여 상기 전동기의 고장 판단 결과를 해석할 수 있다.In the failure determination step, a failure determination result of the motor may be analyzed using a previously prepared CAM (Class Activation Map) based analysis algorithm.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전동기의 고장 검출 장치 및 방법에 의하면, 전동기의 운행 조건에 따라 가변되는 전동기 전류 신호의 크기 및 고장 특성 주파수를 이용한 고장 진단이 가능하고, 합성곱 기반 딥러닝 학습 알고리즘을 이용한 고장 분류 및 일반화 성능을 높일 수 있는 전류 데이터 전처리 방식이 적용됨으로써 변속 운행 및 다양한 부하 조건에서의 전동기에 대한 실시간 고장 진단이 가능한 효과가 있다.According to the motor failure detection apparatus and method according to a preferred embodiment of the present invention, it is possible to diagnose failures using the magnitude and failure characteristic frequency of a motor current signal that varies depending on the operating conditions of the motor, and a convolution-based deep learning learning algorithm. A current data pre-processing method that can enhance fault classification and generalization performance using the applied current data has an effect of enabling real-time fault diagnosis for motors under variable speed operation and various load conditions.
또한, 합성곱 기반 딥러닝 학습 알고리즘을 통해 전동기의 특성 주파수를 자동 추출하기 때문에 전동기의 파라미터 관련 사전 지식이 요구되지 않으며, 비교적 낮은 주파수 영역의 정보(예, 4*pole*60Hz)를 이용하여 고장 진단이 이루어지기 때문에 고성능의 전류 측정 센서가 요구되지 않으며, 이로 인해 비용이 감소되는 효과가 있다.In addition, since the characteristic frequency of the motor is automatically extracted through the convolution-based deep learning algorithm, prior knowledge related to motor parameters is not required, and fault detection is performed using relatively low frequency domain information (e.g., 4*pole*60Hz). Because diagnosis is made, a high-performance current measurement sensor is not required, which has the effect of reducing cost.
또한, 합성곱 기반 딥러닝 학습 알고리즘의 판단 결과를 후처리 알고리즘을 통해 해석 가능하도록 하여 알고리즘의 정합성을 전문가가 판단하는 효과가 있다.In addition, the decision result of the convolution-based deep learning learning algorithm can be interpreted through a post-processing algorithm, so that an expert judges the consistency of the algorithm.
또한, 진동 신호로 고장 진단이 어려운 동적인 모터 시스템(예, 전기자동차, 및 산업용 로봇)에 적용 가능한 효과가 있다.In addition, there is an effect that can be applied to dynamic motor systems (eg, electric vehicles and industrial robots) in which failure diagnosis with vibration signals is difficult.
또한, 고장이 발생한 전동기를 분해하지 않고 신호 고장 모드를 파악하는 효과가 있다.In addition, there is an effect of identifying the signal failure mode without disassembling the motor in which the failure occurred.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전동기의 고장 검출 장치의 블록도이다.
도 2는 전동기의 속도 프로파일의 일 예를 보여주는 도면이다.
도 3은 도 2의 속도 프로파일에 따라 등속으로 동작하는 전동기의 상전류에 대한 신호 처리 결과를 보여주는 도면이다.
도 4는 도 2의 속도 프로파일에 따라 변속으로 동작하는 전동기의 상전류에 대한 신호 처리 결과를 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 학습부의 합성곱 신경망 구조를 보여주는 도면이다.
도 6은 전동기의 내부 권선 열화 고장 관련한 고장 특성 데이터를 해석한 해석 결과를 보여주는 도면이다.
도 7은 리샘플링이 수행되지 않은 고장 특성 데이터에 대한 해석 결과를 매트릭스 형태로 보여주는 도면이다.
도 8은 리샘플링 수행된 고장 특성 데이터에 대한 해석 결과를 매트릭스 형태로 보여주는 도면이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전동기의 고장 검출 방법의 순서도이다.
도 10은 도 9의 리샘플링 단계를 상세히 설명하기 위한 도면이다.1 is a block diagram of an apparatus for detecting a failure of a motor according to a preferred embodiment of the present invention.
2 is a diagram showing an example of a speed profile of an electric motor.
FIG. 3 is a diagram showing signal processing results for phase currents of a motor operating at a constant speed according to the speed profile of FIG. 2 .
FIG. 4 is a diagram showing signal processing results for phase currents of an electric motor operating with variable speed according to the speed profile of FIG. 2 .
5 is a diagram showing the structure of a convolutional neural network of a learning unit according to a preferred embodiment of the present invention.
6 is a diagram showing an analysis result of analyzing failure characteristic data related to an internal winding deterioration failure of a motor.
7 is a diagram showing analysis results for failure characteristic data for which resampling is not performed in a matrix form.
8 is a diagram showing analysis results for failure characteristic data for which resampling has been performed in a matrix form.
9 is a flow chart of a motor failure detection method according to a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a diagram for explaining the resampling step of FIG. 9 in detail.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. First, in adding reference numerals to components of each drawing, it should be noted that the same components have the same numerals as much as possible even if they are displayed on different drawings. In addition, although preferred embodiments of the present invention will be described below, the technical idea of the present invention is not limited or limited thereto and can be modified and implemented in various ways by those skilled in the art.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전동기의 고장 검출 장치의 블록도이다.1 is a block diagram of an apparatus for detecting a failure of a motor according to a preferred embodiment of the present invention.
도 1을 참고하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전동기의 고장 검출 장치(100)는, 전동기의 상전류 신호를 획득하고, 상전류 신호에 대해 리샘플링을 수행하고, 리샘플링 신호에 대해 고속 푸리에 변환 및 스케일링을 수행하고, 고속 푸리에 변환 및 스케일링된 전처리 신호를 통해 고장 특성 데이터를 학습하고, 고장 특성 데이터를 고려하여 전동기의 고장 여부를 판단하는 것을 특징으로 한다.Referring to FIG. 1 , an
전동기의 고장 검출 장치(100)는, 수신부(110), 리샘플링부(120), 변환부(130), 학습부(140), 및 판단부(150)를 포함한다.The motor
수신부(110)는, 센싱 장치(200)로부터 전동기의 상전류 신호를 수신할 수 있다. 여기서, 센싱 장치(200)는, 전동기의 권선에 흐르는 상전류 신호를 센싱할 수 있다. 전동기는 표면형 영구 자석 동기 전동기일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 센싱 장치(200)는 설치 작업이 용이한 비접촉식 방식의 센싱 장치일 수 있다. 일 실시예에 있어서, 센싱 장치(200)는 표면형 영구자석 전동기의 3상 전류선에 AC 전류 프로브(Probe)를 물림으로써 상전류 전류를 측정할 수 있다.The receiving unit 110 may receive the phase current signal of the motor from the
리샘플링부(120)는, 전동기의 상전류 신호를 리샘플링하여 리샘플링 신호로 변환할 수 있다. 이를 위해 리샘플링부(120)는 미리 마련된 힐버트 변환(Hilbert Transform)을 이용하여 전동기의 상전류 신호를 해석 신호(Analytic signal)로 변환할 수 있다. 리샘플링부(120)는, 해석 신호에서 순시각을 추정할 수 있다. 리샘플링부(120)는 추정된 순시각의 변화점을 감지할 수 있다. 리샘플링부(120)는 해당 변화점이 미리 마련된 경계선 이상인지를 검출할 수 있다. 리샘플링부(120)는 해당 변화점이 미리 마련된 경계선 이상인 경우, 해당 변화점을 기준으로 해석 신호를 주기 별로 분리할 수 있다. 리샘플링부(120)는 주기 별로 분리된 각 해석 신호를 큐빅 스플라인 보간(Cubic spline interpolation) 방식을 통해서 동일 간격의 신호로 리샘플링할 수 있다. 리샘플링부(120)는 동일 간격의 신호들을 서로 연결함으로써 리샘플링 신호를 생성할 수 있다. 리샘플링부(120)의 자세한 프로세스 및 리샘플링 과정은 도 10을 통해 확인할 수 있다.The
변환부(130)는, 합성곱 기반 딥러닝 학습 알고리즘의 입력 데이터로 사용하기 위해서, 슬라이딩 윈도우 방식으로 실시간 추출하여 리샘플링 신호를 분해할 수 있다. 변환부(130)는 고속 푸리에 변환(FFT)을 이용하여 신호 분해된 리샘플링 신호를 고속 푸리에 변환 신호로 변환할 수 있다. 이때, 변환부(130)는, 로그(Log) 단위를 기준으로 고속 푸리에 변환 신호의 스케일(Scale)을 설정할 수 있다. 이를 위해 변환부(130)는 비교적 낮은 샘플링 주파수 영역을 선택할 수 있다. 여기서, 선택된 주파수 영역은 대략 전기각 주파수의 4배 이하일 수 있다. 변환부(130)는 고속 푸리에 변환 신호의 최소-최대 스케일링(min max scaling)을 수행할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 최소-최대 스케일링은 후술할 고장 특성 데이터의 최소 최대값을 설정하기 위한 것으로서, 대략 0 내지 1 사이의 값으로 설정될 수 있다. 이를 통해, 전동기의 운행 성분에 비해 비교적 작은 세기를 가지는 고장 특성 주파수 영역의 크기가 증가될 수 있다. 이후 스케일링 완료된 고속 푸리에 변환 신호를 전처리 신호로 정의한다.The conversion unit 130 may decompose the resampling signal by performing real-time extraction in a sliding window method in order to use it as input data of a convolution-based deep learning algorithm. The transform unit 130 may convert the signal-decomposed resampling signal into a fast Fourier transform signal using fast Fourier transform (FFT). In this case, the transform unit 130 may set a scale of the fast Fourier transform signal based on a log unit. To this end, the conversion unit 130 may select a relatively low sampling frequency region. Here, the selected frequency range may be approximately 4 times or less of the electrical angular frequency. The transform unit 130 may perform min-max scaling of the fast Fourier transform signal. In one embodiment, the minimum-maximum scaling is for setting a minimum and maximum value of failure characteristic data to be described later, and may be set to a value between approximately 0 and 1. Through this, the size of the failure characteristic frequency region having a relatively small intensity compared to the operation component of the motor can be increased. Then, the scaled fast Fourier transform signal is defined as a preprocessing signal.
학습부(140)는, 합성곱 기반 딥러닝 학습 알고리즘에 전처리 신호가 입력되면 이를 통해 고장 특성 데이터를 학습할 수 있다. 합성곱 기반 딥러닝 학습 알고리즘에 이용되는 파라미터 정보는 하기 표 1과 같이 나타날 수 있다.The
표 1에서, 최종 Dense 레이어의 파라미터는 진단하려고 하는 고장 모드의 숫자의 개수에 따라 변동 가능하다. 일 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 합성곱 기반 딥러닝 학습 알고리즘은, 두가지 고장 모드 및 정상 상황을 분류하기 위해 파라미터를 3으로 설정할 수 있다. 여기서, 두 가지 고장 모드는 축 불균형(misalign), 권선 열화(inter-turn short)가 있을 수 있다.In Table 1, the parameters of the final Dense layer are variable according to the number of failure modes to be diagnosed. In one embodiment, the convolution-based deep learning learning algorithm according to the present invention may set a parameter to 3 to classify two failure modes and a normal situation. Here, two failure modes may include axis misalignment and winding deterioration (inter-turn short).
판단부(150)는, 고장 특성 데이터를 이용하여 전동기의 고장 여부를 판단할 수 있다. 판단부(150)는, CAM(Class Activation Map) 기반 해석 알고리즘을 통해 고장 판단 결과를 해석하여 고장 판단 결과의 신뢰성을 제공할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 전동기의 내부 권선 열화 고장 관련한 고장 특성 데이터는 도 6을 통해 확인할 수 있다.The
이하에서는, 전동기의 상전류에 대한 리샘플링을 통해 얻을 수 있는 효과를 설명한다.Hereinafter, effects obtained through resampling of the phase current of the motor will be described.
도 2는 전동기의 속도 프로파일의 일 예를 보여주는 도면이다.2 is a diagram showing an example of a speed profile of an electric motor.
도 2를 참고하면, 전동기의 속도 프로파일에 따른 RPM(Revolution Per Minute)의 일 예를 확인할 수 있다. 이와 같은, 속도 프로파일로 전동기가 동작하면, PWM(Pulse Width Modulation) 인버터에 의해 전동기의 상전류의 주파수가 변경될 수 있다.Referring to FIG. 2 , an example of RPM (Revolution Per Minute) according to the speed profile of the motor can be confirmed. When the motor operates with such a speed profile, the frequency of the phase current of the motor may be changed by a PWM (Pulse Width Modulation) inverter.
도 3은 도 2의 속도 프로파일에 따라 등속으로 동작하는 전동기의 상전류에 대한 신호 처리 결과를 보여주는 도면이다. 도 3의 스케일 단위는 로그일 수 있다.FIG. 3 is a diagram showing signal processing results for phase currents of a motor operating at a constant speed according to the speed profile of FIG. 2 . The scale unit of FIG. 3 may be logarithmic.
도 3의 (b)는 도 2의 속도 프로파일에 따라 등속으로 동작하는 전동기의 상전류에 대한 일반적인 고속 푸리에 변환 결과를 보여주는 도면이다. 즉, 전동기의 상전류에 대한 추가 신호 처리 없이 주파수 영역으로 고속 푸리에 변환이 수행되면, 도 3의 (b)와 같이 속도 변경에 의해 발생한 다수의 주파수가 서로 섞이게 되어 고장 주파수의 구분이 불가능하다. 여기서, 고장 주파수는, 전동기의 회전 속도와 관련된 함수로 구성되어 있다. 고속 푸리에 변환을 통해 상전류의 시간 축을 각(angle) 축으로 변경하게 되면, 전동기의 다양한 속도 변화 속에서도 상전류의 고장 주파수 및 정상 주파수가 정렬될 수 있다.Figure 3 (b) is a diagram showing a general fast Fourier transform result for the phase current of the motor operating at a constant speed according to the speed profile of FIG. That is, if the fast Fourier transform is performed in the frequency domain without additional signal processing for the phase current of the motor, as shown in FIG. Here, the fault frequency is composed of a function related to the rotational speed of the motor. When the time axis of the phase current is changed to the angle axis through fast Fourier transform, the fault frequency and normal frequency of the phase current can be aligned even in various speed changes of the motor.
도 3의 (c)는 도 2의 속도 프로파일에 따라 등속으로 동작하는 전동기의 상전류를 리샘플링한 이후에 리샘플링 신호를 고속 푸리에 변환한 결과를 보여주는 도면이다. 리샘플링부(120)는 전동기의 상전류를 리샘플링함으로써 기존에 시간과 전류의 함수로 구성되는 상전류 데이터를 회전각과 전류의 함수로 변경할 수 있다. 이때, 전동기의 회전 속도에 따라 주파수 성분들이 모이게 되어 해당 성분들을 통해 전동기에 대한 고장 판별이 가능하다.FIG. 3(c) is a diagram showing a result of fast Fourier transforming the resampling signal after resampling the phase current of the motor operating at constant speed according to the speed profile of FIG. 2 . The
도 4는 도 2의 속도 프로파일에 따라 변속으로 동작하는 전동기의 상전류에 대한 신호 처리 결과를 보여주는 도면이다.FIG. 4 is a diagram showing signal processing results for phase currents of an electric motor operating with variable speed according to the speed profile of FIG. 2 .
도 4의 (a)는 도 2의 속도 프로파일에 따라 변속으로 동작하는 전동기의 상전류에 대한 일반적인 고속 푸리에 변환 결과를 보여주는 도면이다.Figure 4 (a) is a diagram showing a general fast Fourier transform result for the phase current of the motor operating with variable speed according to the speed profile of FIG.
도 4의 (a)와 같이, 전동기의 상전류에 대해 고속 푸리에 변환을 수행한 후 크기를 일반적인 스케일로 표현하게 되면 동작 성분이 주된 성분이기 때문에, 동작 성분만 매우 큰 값이 나오고 다른 고조파(Harmonics)나 주변 성분(Sideband)은 상대적으로 0에 가까워 딥러닝 학습 시 학습 성능이 좋지 않게 된다.As shown in (a) of FIG. 4, when the magnitude is expressed on a general scale after performing fast Fourier transform on the phase current of the motor, since the operating component is the main component, only the operating component has a very large value and other harmonics However, the sideband is relatively close to 0, resulting in poor learning performance during deep learning.
도 4의 (b)는 도 2의 속도 프로파일에 따라 변속으로 동작하는 전동기의 상전류를 리샘플링한 이후에 리샘플링 신호를 고속 푸리에 변환한 결과를 보여주는 도면이다. 도 4의 (b)의 스케일 단위는 로그일 수 있다.FIG. 4(b) is a diagram showing a result of fast Fourier transforming the resampling signal after resampling the phase current of the motor operating with variable speed according to the speed profile of FIG. 2 . The scale unit of FIG. 4(b) may be log.
도 4의 (b)와 같이, 고속 푸리에 변환 신호에 대해 로그 단위로 스케일링을 수행하면, 동작 성분에 비해서 크기가 작은 주변 주파수 및 고조파 성분이 강조될 수 있다. 이후 정규화를 위해서 전체 데이터의 최대 및 최소값 기준으로 0 내지 1 사이로 고속 푸리에 변환 신호의 크기가 재변환될 수 있다.As shown in (b) of FIG. 4 , when the fast Fourier transform signal is scaled in a logarithmic unit, peripheral frequency and harmonic components that are smaller in magnitude than the operating component can be emphasized. Then, for normalization, the magnitude of the fast Fourier transform signal may be re-transformed between 0 and 1 based on the maximum and minimum values of all data.
전처리 신호를 고장 진단에 활용하기 위해서는 고장 특성 주파수의 크기와 존재를 확인해야 한다. 그러나, 해당 전동기에 대해 숙련된 관리 전문가가 아니라면 고장 특성 주파수의 위치가 어디에 있는지, 크기가 얼마 정도 되었을 때 고장으로 판단할 것인지에 대해 판단하기 어렵다는 문제가 존재한다. 또한, 부하가 변경되게 되면 FFT 성분의 크기가 변화하며 부하 변경에 따른 모든 고장 성분의 크기를 파악해서 진단을 내리는 것은 거의 불가능하다.In order to use the preprocessing signal for fault diagnosis, it is necessary to check the size and presence of the fault characteristic frequency. However, there is a problem in that it is difficult to determine where the location of the failure characteristic frequency is and how large it is to be determined as failure unless a management expert skilled in the corresponding motor is present. In addition, when the load is changed, the size of the FFT component changes, and it is almost impossible to diagnose by grasping the size of all fault components according to the load change.
이에 따라, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전동기의 고장 검출 장치(100)는, 이러한 점을 해결하기 위해 데이터 별 특성을 자동 추출해서 학습을 진행하는 합성곱 기반 딥러닝 학습 모델을 이용한다.Accordingly, in order to solve this problem, the motor
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 학습부의 합성곱 신경망 구조를 보여주는 도면이다.5 is a diagram showing the structure of a convolutional neural network of a learning unit according to a preferred embodiment of the present invention.
도 5를 참고하면, 합성곱 기반 딥러닝 학습 알고리즘은 3개의 1차원 합성곱 레이어(Conv 1d)를 통해 상전류의 주파수 특성을 학습 가능하고, GAP(Global Average Pooling layer)를 통해 파라미터의 병목현상을 방지하고, FC(Fully Connected Layer)를 통해 최종적으로 전동기의 고장 관련한 고장 주파수를 분류할 수 있다. 이를 통해 분류된 고장 주파수를 포함하는 고장 특성 데이터가 생성될 수 있다.Referring to FIG. 5 , the convolution-based deep learning algorithm can learn the frequency characteristics of phase current through three one-dimensional convolution layers (Conv 1d), and can solve the bottleneck of parameters through a global average pooling layer (GAP). and finally classify the fault frequency related to the fault of the motor through FC (Fully Connected Layer). Through this, failure characteristic data including classified failure frequencies may be generated.
도 6은 전동기의 내부 권선 열화 고장 관련한 고장 특성 데이터를 해석한 해석 결과를 보여주는 도면이다.6 is a diagram showing an analysis result of analyzing failure characteristic data related to an internal winding deterioration failure of a motor.
도 6을 참고하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 CAM 기반 해석 알고리즘은 기존 CAM 기법을 활용한 1D CAM 알고리즘으로서 고장 특성 데이터의 주파수 영역을 해석하도록 구성된다. 이를 통해, CAM 기반 해석 알고리즘은 고장 특성 데이터에서 중점적으로 확인된 주파수 영역에 대해 히트맵을 통해 빨간색으로 나타내고, 고장 특성 데이터에서 거의 활용되지 않은 부분을 히트맵을 통해 파란색으로 나타낼 수 있다. 이러한 히트맵을 통해 사용자가 CAM 기반 해석 알고리즘의 판단 결과를 해석할 수 있으며, 해석성 확보를 통해 산업 현장에서의 판단 결과에 대한 신뢰도가 높아질 수 있다.Referring to FIG. 6 , the CAM-based analysis algorithm according to a preferred embodiment of the present invention is a 1D CAM algorithm using an existing CAM technique and is configured to analyze the frequency domain of failure characteristic data. Through this, the CAM-based interpretation algorithm can display the frequency domain identified as the focus in the failure characteristic data in red through the heat map, and indicate the part that is hardly utilized in the failure characteristic data in blue through the heat map. Through this heat map, the user can interpret the judgment result of the CAM-based analysis algorithm, and the reliability of the judgment result in the industrial field can be increased by securing interpretability.
도 7은 리샘플링이 수행되지 않은 고장 특성 데이터에 대한 해석 결과를 매트릭스 형태로 보여주는 도면이다.7 is a diagram showing analysis results for failure characteristic data for which resampling is not performed in a matrix form.
도 7을 참고하면, 콘퓨전 매트릭스(Confusion Matrix)는 전동기의 정상 및 2 가지 고장 모드(권선 열화, 축 불균형)에 대해 검증한 결과를 나타낼 수 있다. 이때 리샘플링이 수행되지 않은 전처리 신호에 대해 학습이 진행됨에 따라, 매트릭스 데이터의 정상(normal) 상태가 대략 50%로 나타나고, 권선 열화(inter-turn short) 상태가 대략 64%로 나타나고, 축 불균형(misalign) 상태가 대략 80%로 나타나는 분류 성능을 확인할 수 있다. 즉, 학습 및 분류 성능이 떨어짐을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 7 , the confusion matrix may indicate the results of verification of the normal condition of the motor and two failure modes (winding deterioration and shaft imbalance). At this time, as learning progresses on the preprocessed signal for which resampling is not performed, the normal state of the matrix data appears at about 50%, the inter-turn short state appears at about 64%, and the axis imbalance ( It can be seen that the classification performance in which the misalignment state is approximately 80%. That is, it can be confirmed that the learning and classification performance is degraded.
도 8은 리샘플링 수행된 고장 특성 데이터에 대한 해석 결과를 매트릭스 형태로 보여주는 도면이다.8 is a diagram showing analysis results for failure characteristic data for which resampling has been performed in a matrix form.
도 8을 참고하면, 콘퓨전 매트릭스(Confusion Matrix)는 전동기의 정상 및 2 가지 고장 모드(권선 열화, 축 불균형)에 대해 검증한 결과를 나타낼 수 있다. 이때 리샘플링 수행된 전처리 신호에 대해 학습이 진행됨에 따라, 매트릭스 데이터의 정상(normal), 축 불균형(misalign), 및 권선 열화(inter-turn short) 상태 모두가 95%를 넘는 분류 성능을 확인할 수 있다. 즉, 고장 주파수별 특징이 제대로 추출되어 높은 학습 및 검증 성능을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 8 , the confusion matrix may indicate the result of verification of the normal condition of the motor and two failure modes (winding deterioration and shaft imbalance). At this time, as learning progresses on the resampled preprocessing signal, classification performance exceeding 95% can be confirmed in all of the normal, misaligned, and inter-turn short states of the matrix data. . That is, features for each fault frequency are properly extracted, and high learning and verification performance can be confirmed.
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전동기의 고장 검출 방법의 순서도이다.9 is a flow chart of a motor failure detection method according to a preferred embodiment of the present invention.
도 9를 참고하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전동기의 고장 검출 방법은, 상전류 신호 획득 단계(S910), 리샘플링 단계(S920), 고속 푸리에 변환 단계(S930), 스케일링 단계(S940), 학습 단계(S950), 및 고장 판단 단계(S960)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 9 , in the motor failure detection method according to a preferred embodiment of the present invention, phase current signal acquisition step (S910), resampling step (S920), fast Fourier transform step (S930), scaling step (S940), learning A step S950 and a failure determination step S960 may be included.
상전류 신호 획득 단계(S910)에서, 수신부(110)는, 전동기의 상전류 신호를 획득할 수 있다. 여기서, 전동기의 상전류 신호는 별도의 센싱 장치(200)에 의해 측정될 수 있다.In step S910 of acquiring the phase current signal, the receiving unit 110 may acquire the phase current signal of the motor. Here, the phase current signal of the motor may be measured by a
리샘플링 단계(S920)에서, 리샘플링부(120)는, 전동기의 상전류 신호를 리샘플링하여 리샘플링 신호로 변환할 수 있다. 리샘플링 단계(S920)는 도 10을 통해 상세히 후술한다.In the resampling step (S920), the
고속 푸리에 변환 단계(S930)에서, 변환부(130)는, 리샘플링 신호에 대해 고속 푸리에 변환을 수행할 수 있다. 변환부(130)는 고속 푸리에 변환에 앞서 슬라이딩 윈도우 방식으로 리샘플링 신호를 분해할 수 있다. 변환부(130)는 신호 분해된 리샘플링 신호에 대해 데시벨(DB) 스케일로 고속 푸리에 변환을 수행할 수 있다.In the fast Fourier transform step (S930), the transform unit 130 may perform fast Fourier transform on the resampling signal. The transform unit 130 may decompose the resampling signal in a sliding window method prior to fast Fourier transform. The transform unit 130 may perform fast Fourier transform on the signal decomposed resampling signal in a decibel (DB) scale.
스케일링 단계(S940)에서, 변환부(130)는, 고속 푸리에 변환 신호의 비교적 낮은 주파수 영역의 크기에 대해 최소-최대 스케일링을 수행할 수 있다. 최소-최대 스케일링은 대략 0 내지 1 사이의 로그 값으로 설정될 수 있다.In the scaling step ( S940 ), the transform unit 130 may perform minimum-maximum scaling on the size of a relatively low frequency domain of the fast Fourier transform signal. The min-max scaling can be set to approximately a logarithmic value between 0 and 1.
학습 단계(S950)에서, 학습부(140)는, 미리 마련된 합성곱 기반 딥러닝 학습 알고리즘을 이용하여 스케일링 완료된 전처리 신호를 학습할 수 있다. 학습부(140)는 전처리 신호 통해 고장 특성 데이터를 학습할 수 있다.In the learning step (S950), the
고장 판단 단계(S960)에서, 판단부(150)는, 고장 특성 데이터를 이용하여 전동기의 고장 여부를 판단할 수 있다. 판단부(150)는 미리 마련된 CAM 기반 해석 알고리즘을 이용하여 고장 판단 결과를 해석할 수 있다.In the failure determination step ( S960 ), the
도 10은 도 9의 리샘플링 단계를 상세히 설명하기 위한 도면이다.FIG. 10 is a diagram for explaining the resampling step of FIG. 9 in detail.
도 10을 참고하면, 도 9의 리샘플링 단계(S920)에서, 먼저 리샘플링부(120)는 힐버트 변환을 이용하여 원본 상전류 신호를 해석 신호로 변환할 수 있다. 리샘플링부(120)는 해석 신호에서 순시각(Φ(t))을 추정할 수 있다. 리샘플링부(120)는 순시각의 변화점을 기준으로 원본 전류 신호(해석 신호)를 주기(f0, f1) 별로 분리 또는 분해할 수 있다. 리샘플링부(120)는 주기 별로 분리된 각 해석 신호를 큐빅 스플라인 보간 방식을 통해 동일 간격의 신호로 리샘플링할 수 있다. 리샘플링부(120)는 동일 간격의 신호를 연결함으로써 리샘플링 신호를 생성할 수 있다.Referring to FIG. 10 , in the resampling step ( S920 ) of FIG. 9 , first, the
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.The above description is merely an example of the technical idea of the present invention, and those skilled in the art can make various modifications, changes, and substitutions without departing from the essential characteristics of the present invention. will be. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention and the accompanying drawings are not intended to limit the technical idea of the present invention, but to explain, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments and the accompanying drawings. .
본 발명에 따른 단계들 및/또는 동작들은 기술분야의 통상의 기술자에 의해 이해될 수 있는 것과 같이, 다른 순서로, 또는 병렬적으로, 또는 다른 에포크(epoch) 등을 위해 다른 실시 예들에서 동시에 일어날 수 있다.Steps and/or actions in accordance with the present invention may occur concurrently in different embodiments, in different orders, or in parallel, or for different epochs, etc., as would be understood by one skilled in the art. can
실시 예에 따라서는, 단계들 및/또는 동작들의 일부 또는 전부는 하나 이상의 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체에 저장된 명령, 프로그램, 상호작용 데이터 구조(interactive data structure), 클라이언트 및/또는 서버를 구동하는 하나 이상의 프로세서들을 사용하여 적어도 일부가 구현되거나 또는 수행될 수 있다. 하나 이상의 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체는 예시적으로 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어, 및/또는 그것들의 어떠한 조합일 수 있다. 또한, 본 명세서에서 논의된 "모듈"의 기능은 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어, 및/또는 그것들의 어떠한 조합으로 구현될 수 있다.In some embodiments, some or all of the steps and/or operations may include instructions, programs, interactive data structures, clients and/or servers stored on one or more non-transitory computer-readable media. At least some of them may be implemented or performed using one or more processors that do. The one or more non-transitory computer-readable media may illustratively be software, firmware, hardware, and/or any combination thereof. Additionally, the functions of a “module” discussed herein may be implemented in software, firmware, hardware, and/or any combination thereof.
100: 고장 검출 장치
110: 수신부
120: 리샘플링부
130: 변환부
140: 학습부
150: 판단부
200: 센싱장치100: failure detection device
110: receiver
120: resampling unit
130: conversion unit
140: learning unit
150: judgment unit
200: sensing device
Claims (15)
상기 리샘플링 신호를 전처리하여 전처리 신호로 변환하는 변환부;
상기 전처리 신호를 통해 고장 특성 데이터를 학습하는 학습부; 및
상기 고장 특성 데이터를 이용하여 상기 전동기의 고장 여부를 판단하는 판단부;
를 포함하고,
상기 리샘플링부는, 미리 마련된 힐버트 변환을 이용하여 상기 상전류 신호를 해석 신호로 변환하고, 상기 해석 신호에서 순시각을 추정하는 것을 특징으로 하는 전동기의 고장 검출 장치.a resampling unit that performs resampling on the phase current signal of the motor and converts it into a resampling signal;
a converter for preprocessing the resampling signal and converting the resampling signal into a preprocessing signal;
a learning unit learning failure characteristic data through the preprocessing signal; and
a determination unit determining whether the motor is out of order using the failure characteristic data;
including,
The resampling unit converts the phase current signal into an analysis signal using a previously prepared Hilbert transform, and estimates an instantaneous angle from the analysis signal. Motor failure detection device.
상기 리샘플링부는,
상기 순시각의 변화점을 기준으로 상기 해석 신호를 주기 별로 분리하는 것을 특징으로 하는 전동기의 고장 검출 장치.According to claim 1,
The resampling unit,
Motor failure detection device, characterized in that for separating the analysis signal by period based on the change point of the instantaneous angle.
상기 리샘플링부는,
미리 마련된 보간 방식을 통해 주기 별로 분리된 상기 해석 신호를 동일 간격의 신호로 리샘플링하고, 상기 동일 간격의 신호를 연결함으로써 상기 리샘플링 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 전동기의 고장 검출 장치.According to claim 2,
The resampling unit,
Motor fault detection device, characterized in that for generating the resampling signal by resampling the analysis signal separated by period through a pre-arranged interpolation method into signals of equal intervals, and connecting the signals of equal intervals.
상기 변환부는,
상기 리샘플링 신호에 대해 로그 스케일의 고속 푸리에 변환을 수행하는 것을 특징으로 하는 전동기의 고장 검출 장치.According to claim 1,
The conversion unit,
Motor failure detection device, characterized in that for performing a log scale fast Fourier transform on the resampling signal.
상기 변환부는,
상기 고속 푸리에 변환에 따른 신호의 크기에 대해 스케일링을 수행함으로써 상기 전처리 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 전동기의 고장 검출 장치.According to claim 4,
The conversion unit,
Motor failure detection device, characterized in that for generating the pre-processing signal by performing scaling on the magnitude of the signal according to the fast Fourier transform.
상기 스케일링 단위는 0 내지 1의 값을 가지는 것을 특징으로 하는 전동기의 고장 검출 장치.According to claim 5,
The scaling unit is a fault detection device for a motor, characterized in that it has a value of 0 to 1.
상기 학습부는,
미리 마련된 합성곱 기반 딥러닝 학습 알고리즘을 이용하여 상기 전처리 신호를 학습하는 것을 특징으로 하는 전동기의 고장 검출 장치.According to claim 1,
The learning unit,
Motor failure detection device, characterized in that for learning the pre-processed signal using a pre-arranged convolution-based deep learning learning algorithm.
상기 판단부는,
상기 고장 특성 데이터를 이용하여 상기 전동기의 축 불균형 또는 권선 열화 고장을 판단하는 것을 특징으로 하는 전동기의 고장 검출 장치.According to claim 1,
The judge,
Motor failure detection device, characterized in that for determining the shaft imbalance or winding deterioration failure of the motor using the failure characteristic data.
상기 판단부는,
미리 마련된 CAM(Class Activation Map) 기반 해석 알고리즘을 이용하여 상기 전동기에 대한 고장 판단 결과를 해석하는 것을 특징으로 하는 전동기의 고장 검출 장치.According to claim 8,
The judge,
A failure detection device for a motor, characterized in that for analyzing the failure determination result for the motor using a pre-prepared CAM (Class Activation Map) based analysis algorithm.
상기 리샘플링 신호를 전처리하여 전처리 신호로 변환하는 전처리 단계;
상기 전처리 신호를 통해 고장 특성 데이터를 학습하는 학습 단계; 및
상기 고장 특성 데이터를 이용하여 상기 전동기의 고장 여부를 판단하는 고장 판단 단계;
를 포함하고,
상기 리샘플링 단계는,
미리 마련된 힐버트 변환을 이용하여 상기 상전류 신호를 해석 신호로 변환하는 단계; 및
상기 해석 신호에서 순시각을 추정하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동기의 고장 검출 방법.A resampling step of performing resampling on the phase current signal of the motor and converting it into a resampling signal;
a preprocessing step of preprocessing the resampling signal and converting the resampling signal into a preprocessing signal;
A learning step of learning failure characteristic data through the preprocessing signal; and
a failure determination step of determining whether the motor has a failure using the failure characteristic data;
including,
The resampling step is
converting the phase current signal into an analysis signal using a previously prepared Hilbert transform; and
estimating an instantaneous time from the analysis signal;
Failure detection method of the motor comprising a.
상기 리샘플링 단계는,
상기 순시각의 변화점을 기준으로 상기 해석 신호를 주기 별로 분리하는 단계;
미리 마련된 보간 방식을 통해 주기 별로 분리된 상기 해석 신호를 동일 간격의 신호로 리샘플링하는 단계; 및
상기 동일 간격의 신호를 연결함으로서 상기 리샘플링 신호를 생성하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동기의 고장 검출 방법.According to claim 10,
The resampling step is
Separating the analysis signal by period based on the change point of the instantaneous time;
Resampling the analysis signal separated by period into a signal of the same interval through a pre-arranged interpolation method; and
generating the resampling signal by concatenating the equally spaced signals;
Failure detection method of the motor, characterized in that it further comprises.
상기 전처리 단계는,
상기 리샘플링 신호에 대해 로그 스케일의 고속 푸리에 변환을 수행하는 고속 푸리에 변환 단계; 및
상기 고속 푸리에 변환에 따른 신호의 크기에 대해 스케일링을 수행하는 스케일링 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동기의 고장 검출 방법.According to claim 10,
In the preprocessing step,
a fast Fourier transform step of performing log scale fast Fourier transform on the resampling signal; and
a scaling step of scaling a magnitude of a signal according to the fast Fourier transform;
Failure detection method of the motor comprising a.
상기 학습 단계는,
미리 마련된 합성곱 기반 딥러닝 학습 알고리즘을 이용하여 상기 전처리 신호를 학습하는 것을 특징으로 하는 전동기의 고장 검출 방법.According to claim 10,
In the learning phase,
A method for detecting a failure of a motor, characterized in that for learning the preprocessing signal using a pre-arranged convolution-based deep learning learning algorithm.
상기 고장 판단 단계는,
상기 고장 특성 데이터를 이용하여 상기 전동기의 축 불균형 또는 권선 열화 고장을 판단하는 것을 특징으로 하는 전동기의 고장 검출 방법.According to claim 10,
The failure determination step,
A fault detection method of a motor, characterized in that for determining an axis imbalance or a winding deterioration fault of the motor using the fault characteristic data.
상기 고장 판단 단계는,
미리 마련된 CAM(Class Activation Map) 기반 해석 알고리즘을 이용하여 상기 전동기의 고장 판단 결과를 해석하는 것을 특징으로 하는 전동기의 고장 검출 방법.According to claim 10,
The failure determination step,
A method for detecting a failure of a motor, characterized in that for analyzing the failure determination result of the motor using a pre-prepared CAM (Class Activation Map) based analysis algorithm.
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