KR102480899B1 - Method and apparatus for diagnosis of motor using multi-channel signals - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 다채널 신호를 이용한 모터 고장 진단 방법은, 모터에 대한 서로 다른 종류의 복수의 측정 신호를 전처리하여 복수의 채널에 각각 대응하는 복수의 학습 데이터를 생성하는 단계; 상기 복수의 학습 데이터를 이용하여 모터의 고장 모드를 분류하는 신경망 모델을 학습시키는 단계; 및 상기 복수의 채널에 대응하는 복수의 입력 데이터로부터 상기 신경망 모델을 통해 모터의 고장을 진단하는 단계를 포함하고, 상기 신경망 모델은, 상기 복수의 학습 데이터를 각각 입력으로 하여 각각 특징 벡터를 출력하는 복수의 컨볼루션 신경망; 상기 복수의 컨볼루션 신경망으로부터 출력되는 복수의 특징 벡터에 기초하여 상기 복수의 채널에 각각 대응하는 가중치를 산출하는 가중치 산출 블록; 적어도 상기 가중치에 기초하여 상기 복수의 특징 벡터의 가중치합 벡터를 계산하는 가중치합 계산 블록; 및 상기 가중치합 벡터를 입력으로 하여 모터의 고장 모드를 분류하는 고장 모드 분류 블록을 포함하는 것을 특징으로 한다.A method for diagnosing motor failure using multi-channel signals according to the present invention includes the steps of pre-processing a plurality of measurement signals of different types for a motor to generate a plurality of learning data respectively corresponding to a plurality of channels; learning a neural network model for classifying a failure mode of a motor using the plurality of learning data; and diagnosing a failure of a motor through the neural network model from a plurality of input data corresponding to the plurality of channels, wherein the neural network model takes the plurality of learning data as inputs and outputs a feature vector, respectively. multiple convolutional neural networks; a weight calculation block calculating weights respectively corresponding to the plurality of channels based on a plurality of feature vectors output from the plurality of convolutional neural networks; a weight sum calculation block calculating a weight sum vector of the plurality of feature vectors based on at least the weights; and a failure mode classification block for classifying failure modes of the motor by taking the weight sum vector as an input.

Figure R1020210045959
Figure R1020210045959

Description

다채널 신호를 이용한 모터 고장 진단 방법 및 장치{Method and apparatus for diagnosis of motor using multi-channel signals}Method and apparatus for diagnosis of motor using multi-channel signals {Method and apparatus for diagnosis of motor using multi-channel signals}

본 발명은 모터 고장 진단 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다채널 신호를 이용하여 모터의 고장 모드를 식별할 수 있는 모터 고장 진단 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for diagnosing a motor failure, and more particularly, to a method and apparatus for diagnosing a motor failure capable of identifying a failure mode of a motor using multi-channel signals.

모터는 회전체이므로 모터에서 취득될 수 있는 전류, 전압, 진동 등의 신호에는 주기적인 성분이 포함되어 있고, 이러한 주기적인 성분을 분석하여 모터의 고장을 판별할 수 있다. 기존의 모터 고장 진단 기술은 각 고장 모드에 따른 고장 특성 주파수를 다양한 주파수 분석 기법들을 통해 추적하는 방식을 주로 사용한다. 그러나 고장 특성 주파수를 확인하기 위해서는 유도 모터의 경우 폴 수 및 슬립, 동기 모터의 경우 폴 수 등의 모터 관련 매개변수를 확인해야 하며, 각각의 신호의 특성을 이해하기 위해 상당한 수준의 전문가 지식이 요구된다. 또한 모터의 부하토크가 바뀌면 유도 모터의 경우 고장 특성 주파수의 크기 및 주파수 자체가 변화하고, 동기 모터의 경우 고장 특성 주파수가 변하기 때문에 실제 현장에서 이러한 기존의 방식을 실시간으로 적용하는 것에는 큰 어려움이 따른다. Since the motor is a rotating body, signals such as current, voltage, and vibration that can be acquired from the motor include periodic components, and the failure of the motor can be determined by analyzing these periodic components. Existing motor failure diagnosis technology mainly uses a method of tracking the failure characteristic frequency according to each failure mode through various frequency analysis techniques. However, in order to check the fault characteristic frequency, motor-related parameters such as the number of poles and slip in the case of an induction motor and the number of poles in the case of a synchronous motor must be checked, and a considerable level of expert knowledge is required to understand the characteristics of each signal. do. In addition, when the load torque of the motor changes, the magnitude and frequency of the fault characteristic frequency itself change in the case of an induction motor, and the fault characteristic frequency changes in the case of a synchronous motor, so it is very difficult to apply these conventional methods in real time in the actual field. follow

또한, 다양한 종류의 개별 측정 신호들을 모니터링하는 것은 여러 종류의 신호 변환 및 계산 과정을 수행해야 하고 관찰해야 할 값들이 너무 많아 실제 사용하기에 복잡하고 고장과 관련된 정보가 부족한 신호까지도 모니터링해야 하여 비효율적이다. In addition, monitoring various types of individual measurement signals is inefficient because several types of signal conversion and calculation processes have to be performed, and since there are too many values to be observed, it is complicated for actual use and even signals with insufficient information related to failures have to be monitored. .

한편, 최근 들어 딥러닝을 활용하여 기계의 고장을 진단하는 기술이 연구되고 있다. 기존의 딥러닝 방식으로 다양한 종류의 신호를 딥러닝 모델의 입력으로 넣어 학습할 경우 고장 정보를 많이 담고 있지 않은 신호가 학습에 사용되어, 고장과 관련이 없는 불필요한 정보가 고장 진단 정보에 포함되거나 과적합 현상 등에 의해 고장 진단 성능이 떨어질 수 있다. 또한, 딥러닝 모델 내부에서 일어나는 연산 과정을 일일이 추적하기 어렵기 때문에, 어떠한 신호가 얼마만큼의 중요도를 가지고 고장 진단에 활용되는지 파악하기가 어려운 단점이 있다. Meanwhile, recently, a technique for diagnosing a failure of a machine using deep learning has been researched. When learning by inputting various types of signals as inputs to the deep learning model using the existing deep learning method, signals that do not contain much failure information are used for learning, and unnecessary information unrelated to failures is included in failure diagnosis information or overloaded. Fault diagnosis performance may be degraded due to a sum phenomenon or the like. In addition, since it is difficult to track the calculation process that occurs inside the deep learning model, it is difficult to determine which signal is used for fault diagnosis with how important it is.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 모터에서 측정되는 여러 종류의 신호들을 함께 사용하면서, 복잡한 신호 처리 기술과 같은 전문가적 지식이 요구되지 않고, 고장과 관련된 정보의 양에 따라 각 신호 별로 가중치를 주어 학습할 수 있는 모터 고장 진단 방법 및 장치를 제공하는 데 있다. The technical problem to be achieved by the present invention is to use various types of signals measured in the motor together, and do not require expert knowledge such as complex signal processing technology, and weight each signal according to the amount of information related to the failure. It is to provide a method and apparatus for diagnosing motor failures capable of learning.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 다채널 신호를 이용한 모터 고장 진단 방법은, 모터에 대한 서로 다른 종류의 복수의 측정 신호를 전처리하여 복수의 채널에 각각 대응하는 복수의 학습 데이터를 생성하는 단계; 상기 복수의 학습 데이터를 이용하여 모터의 고장 모드를 분류하는 신경망 모델을 학습시키는 단계; 및 상기 복수의 채널에 대응하는 복수의 입력 데이터로부터 상기 신경망 모델을 통해 모터의 고장을 진단하는 단계를 포함하고, 상기 신경망 모델은, 상기 복수의 학습 데이터를 각각 입력으로 하여 각각 특징 벡터를 출력하는 복수의 컨볼루션 신경망; 상기 복수의 컨볼루션 신경망으로부터 출력되는 복수의 특징 벡터에 기초하여 상기 복수의 채널에 각각 대응하는 가중치를 산출하는 가중치 산출 블록; 적어도 상기 가중치에 기초하여 상기 복수의 특징 벡터의 가중치합 벡터를 계산하는 가중치합 계산 블록; 및 상기 가중치합 벡터를 입력으로 하여 모터의 고장 모드를 분류하는 고장 모드 분류 블록을 포함하는 것을 특징으로 한다.A method for diagnosing motor failure using multi-channel signals according to the present invention for solving the above technical problem is to preprocess a plurality of measurement signals of different types for a motor to generate a plurality of learning data corresponding to a plurality of channels, respectively step; learning a neural network model for classifying a failure mode of a motor using the plurality of learning data; and diagnosing a failure of a motor through the neural network model from a plurality of input data corresponding to the plurality of channels, wherein the neural network model takes the plurality of learning data as inputs and outputs a feature vector, respectively. multiple convolutional neural networks; a weight calculation block calculating weights respectively corresponding to the plurality of channels based on a plurality of feature vectors output from the plurality of convolutional neural networks; a weight sum calculation block calculating a weight sum vector of the plurality of feature vectors based on at least the weights; and a failure mode classification block for classifying failure modes of the motor by taking the weight sum vector as an input.

상기 복수의 컨볼루션 신경망으로부터 출력되는 복수의 특징 벡터를 연쇄(concatenation)시켜 상기 가중치 산출 블록에 입력하는 연쇄 레이어를 더 포함할 수 있다.A concatenation layer for concatenating a plurality of feature vectors output from the plurality of convolutional neural networks and inputting them to the weight calculation block may be further included.

상기 복수의 컨볼루션 신경망 각각은, 순차적으로 연결된 복수의 컨볼루션 블록과, 그중 마지막 컨볼루션 블록의 출력에 GAP(Global Average Pooling)를 수행하여 상기 특징 벡터를 출력하는 GAP 레이어를 포함할 수 있다.Each of the plurality of convolutional neural networks may include a plurality of sequentially connected convolution blocks and a GAP layer that outputs the feature vector by performing global average pooling (GAP) on an output of a last convolution block among them.

상기 복수의 컨볼루션 블록 각각은, 1차원 컨볼루션 레이어를 포함할 수 있다.Each of the plurality of convolution blocks may include a one-dimensional convolution layer.

상기 가중치 산출 블록은, 완전연결 레이어, 및 상기 가중치를 출력하는 소프트맥스 레이어를 포함할 수 있다.The weight calculation block may include a fully connected layer and a softmax layer that outputs the weights.

상기 고장 모드 분류 블록은, 완전연결 레이어, 및 상기 고장 모드를 출력하는 소프트맥스 레이어를 포함할 수 있다.The failure mode classification block may include a fully connected layer and a softmax layer outputting the failure mode.

상기 가중치합 계산 블록은 상기 가중치에 따른 상기 복수의 특징 벡터의 가중치합과 상기 복수의 특징 벡터의 합을 합하여 상기 가중치합 벡터를 계산할 수 있다.The weight sum calculation block may calculate the weight sum vector by summing the weight sum of the plurality of feature vectors according to the weight and the sum of the plurality of feature vectors.

상기 전처리는 로그 스케일 FFT(Fast Fourier Transform)를 포함할 수 있다.The preprocessing may include a log scale fast Fourier transform (FFT).

상기 복수의 측정 신호는, 전류, 전압, 진동, 토크 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.The plurality of measurement signals may include at least one of current, voltage, vibration, and torque.

상기 모터 고장 진단 방법은, 상기 학습 결과로부터 상기 고장 모드 별로 상기 가중치 산출 블록에서 출력되는 가중치의 통계량을 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method for diagnosing motor failure may further include calculating a statistic of the weight output from the weight calculation block for each failure mode based on the learning result.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 다채널 신호를 이용한 모터 고장 진단 장치는, 모터에 대한 서로 다른 종류의 복수의 측정 신호를 전처리하여 복수의 채널에 각각 대응하는 복수의 학습 데이터를 생성하는 전처리부; 상기 복수의 학습 데이터를 이용하여 모터의 고장 모드를 분류하는 신경망 모델을 학습시키는 학습부; 및 상기 복수의 채널에 대응하는 복수의 입력 데이터로부터 상기 신경망 모델을 통해 모터의 고장을 진단하는 진단부를 포함하고, 상기 신경망 모델은, 상기 복수의 학습 데이터를 각각 입력으로 하여 각각 특징 벡터를 출력하는 복수의 컨볼루션 신경망; 상기 복수의 컨볼루션 신경망으로부터 출력되는 복수의 특징 벡터에 기초하여 상기 복수의 채널에 각각 대응하는 가중치를 산출하는 가중치 산출 블록; 적어도 상기 가중치에 기초하여 상기 복수의 특징 벡터의 가중치합 벡터를 계산하는 가중치합 계산 블록; 및 상기 가중치합 벡터를 입력으로 하여 모터의 고장 모드를 분류하는 고장 모드 분류 블록을 포함할 수 있다.The motor failure diagnosis apparatus using multi-channel signals according to the present invention for solving the above technical problem is to pre-process a plurality of measurement signals of different types for the motor to generate a plurality of learning data corresponding to a plurality of channels, respectively preprocessing unit; a learning unit learning a neural network model for classifying a failure mode of a motor using the plurality of learning data; and a diagnostic unit for diagnosing motor failure through the neural network model from a plurality of input data corresponding to the plurality of channels, wherein the neural network model receives the plurality of learning data as inputs and outputs a feature vector, respectively. multiple convolutional neural networks; a weight calculation block calculating weights respectively corresponding to the plurality of channels based on a plurality of feature vectors output from the plurality of convolutional neural networks; a weight sum calculation block calculating a weight sum vector of the plurality of feature vectors based on at least the weights; and a failure mode classification block for classifying failure modes of the motor by taking the weighted sum vector as an input.

상기 모터 고장 진단 장치는, 상기 학습 결과로부터 상기 고장 모드 별로 상기 가중치 산출 블록에서 출력되는 가중치의 통계량을 계산하는 가중치 통계량 계산부를 더 포함할 수 있다.The motor failure diagnosis apparatus may further include a weight statistic calculating unit configured to calculate a statistic of the weight output from the weight calculation block for each failure mode based on the learning result.

상기된 본 발명에 의하면, 모터에서 측정되는 여러 종류의 신호들을 함께 사용하면서, 복잡한 신호 처리 기술과 같은 전문가적 지식이 요구되지 않고, 고장과 관련된 정보의 양에 따라 각 신호 별로 가중치를 주어 학습할 수 있는 모터 고장 진단 방법 및 장치를 제공할 수 있다.According to the present invention described above, while using various types of signals measured in the motor together, it is possible to learn by giving weights to each signal according to the amount of information related to failure without requiring expert knowledge such as complex signal processing technology. It is possible to provide a method and apparatus for diagnosing motor failure.

또한 본 발명에 의하면, 어떠한 신호에 고장 관련 성분이 많이 존재하는지 상대적인 중요도를 파악할 수 있어 해석력이 향상된다.In addition, according to the present invention, it is possible to determine the relative importance of which signal contains a large number of failure-related components, thereby improving interpretability.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 고장 진단 장치의 블록도를 나타낸다.
도 2는 각 채널의 측정 신호 및 로그 스케일 FFT 결과의 예를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 고장 진단을 위한 신경망 모델의 구조를 나타낸다.
도 4는 가중치합 계산 블록의 구체적인 일 예를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 고장 진단 방법의 흐름도를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 신경망 모델을 테스트한 실험 결과를 컨퓨전 매트릭스(Confusion Matrix)로 나타낸 도면이다.
도 7은 고장 모드 별로 각 채널별 가중치의 통계량의 실험 결과를 나타낸 도면이다.
1 shows a block diagram of a motor failure diagnosis apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 shows an example of a measurement signal of each channel and a log scale FFT result.
3 shows the structure of a neural network model for diagnosing motor failures according to an embodiment of the present invention.
4 shows a specific example of a weight sum calculation block.
5 shows a flow chart of a method for diagnosing a motor failure according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram showing experimental results of testing a neural network model according to an embodiment of the present invention as a confusion matrix.
7 is a diagram showing experimental results of statistics of weights for each channel for each failure mode.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이하 설명 및 첨부된 도면들에서 실질적으로 동일한 구성요소들은 각각 동일한 부호들로 나타냄으로써 중복 설명을 생략하기로 한다. 또한 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Substantially the same elements in the following description and accompanying drawings are indicated by the same reference numerals, respectively, and redundant description will be omitted. In addition, in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof will be omitted.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 고장 진단 장치의 블록도를 나타낸다. 본 실시예에 따른 모터 고장 진단 장치는 전처리부(110), 학습부(120), 신경망 모델(130), 진단부(140), 가중치 통계량 계산부(150)를 포함할 수 있다.1 shows a block diagram of a motor failure diagnosis apparatus according to an embodiment of the present invention. The motor failure diagnosis apparatus according to the present embodiment may include a pre-processing unit 110, a learning unit 120, a neural network model 130, a diagnosis unit 140, and a weight statistic calculation unit 150.

전처리부(110)는 모터에 대한 서로 다른 종류(채널)의 복수의 측정 신호를 전처리(preprocessing)하여 복수의 채널(ch.1, ch.2, ..., ch.N)에 각각 대응하는 학습 데이터 또는 입력 데이터를 생성한다. 학습 데이터에는 고장 모드가 레이블될 수 있다. 고장 모드는 예컨대 정상, 1개 로터바 파손, 2개 로터바 파손, 3개 로터바 파손, 4개 로터바 파손 등을 포함할 수 있다. The preprocessing unit 110 preprocesses a plurality of measurement signals of different types (channels) for the motor to obtain signals corresponding to the plurality of channels (ch.1, ch.2, ..., ch.N), respectively. Generate training data or input data. Failure modes may be labeled in the learning data. Failure modes may include, for example, normal, one rotor bar broken, two rotor bars broken, three rotor bars broken, four rotor bars broken, and the like.

복수의 측정 신호는 예를 들어 모터의 전류(상전류), 전압(상전압), 진동, 토크 등을 포함할 수 있다. 상전류는 교류 전류 프로브를 통해, 상전압은 오실로스코프를 통해, 진동은 단축 가속도계를 통해, 토크는 토크 센서를 통해 측정될 수 있다. 측정 신호에는 전류, 전압, 진동, 토크 뿐만 아니라 다른 종류의 신호도 포함될 수 있다.The plurality of measurement signals may include, for example, current (phase current), voltage (phase voltage), vibration, and torque of the motor. Phase current may be measured through an AC current probe, phase voltage through an oscilloscope, vibration through a single axis accelerometer, and torque through a torque sensor. Measurement signals can include current, voltage, vibration, and torque as well as other types of signals.

딥러닝 학습을 위해 충분한 양의 데이터가 필요하므로, 전처리부(110)는 데이터 증강을 위해 측정 신호를 균등한 길이로 잘라낼 수 있다. 이때 각각의 신호의 샘플링 주파수가 다른 경우 같은 시간 동안 취득된 시계열의 길이가 다르므로, 채널 별로 샘플링 주파수에 비례하는 크기로 신호를 잘라낼 수 있다. Since a sufficient amount of data is required for deep learning learning, the pre-processor 110 may cut the measurement signals into equal lengths for data augmentation. In this case, since the lengths of the time series acquired during the same time period are different when the sampling frequencies of the respective signals are different, the signals may be trimmed to a size proportional to the sampling frequency for each channel.

전처리부(110)는 잘라낸 신호를 로그 스케일 FFT(Fast Fourier Transform)를 통해 시간 도메인에서 주파수 도메인으로 변환할 수 있다. 이때 각각의 신호의 샘플링 주파수가 다른 경우 FFT 결과의 길이가 다르므로, 딥러닝 입력의 길이를 동일하게 맞추기 위해 FFT 결과에서 특정 길이(예컨대 5,000포인트) 이후의 고주파 성분이 제거될 수 있다. FFT를 통해 각 채널의 신호의 주기적인 성분이 부각될 수 있고, 로그 스케일 변환에 의해, 각 채널의 신호에서 운행 성분에 비해 상대적으로 값이 작아 묻히게 되는 고조파 성분 및 주변 성분이 부각될 수 있다. The preprocessor 110 may transform the cut signal from the time domain to the frequency domain through a log scale Fast Fourier Transform (FFT). In this case, since the length of the FFT result is different when the sampling frequency of each signal is different, high-frequency components after a specific length (eg, 5,000 points) may be removed from the FFT result to make the length of the deep learning input the same. Periodic components of the signal of each channel can be highlighted through FFT, and harmonic components and peripheral components that are buried due to a relatively small value compared to the running component in the signal of each channel can be highlighted by log scale conversion.

또한, 채널마다 주파수 계수의 스케일이 상이하여 딥러닝 학습에 어려움이 있을 수 있으므로, 전처리부(110)는 채널 별로 주파수를 기준으로 평균 0, 분산 1이 되도록 데이터의 분포를 정규화할 수 있다.In addition, since the scale of the frequency coefficient is different for each channel, it may be difficult to learn deep learning, so the preprocessor 110 may normalize the distribution of data so that the average is 0 and the variance is 1 based on frequency for each channel.

도 2는 각 채널의 측정 신호 및 로그 스케일 FFT 결과의 예를 나타낸다. 도 2를 참조하면, 좌측 위로부터 아래로 상전류, 상전압, 진동의 측정 신호를 나타내며, 우측 위로부터 아래로 상전류, 상전압, 진동의 로그 스케일 FFT 결과를 나타낸다.2 shows an example of a measurement signal of each channel and a log scale FFT result. Referring to FIG. 2 , measurement signals of phase current, phase voltage, and vibration are shown from top to bottom on the left, and log scale FFT results of phase current, phase voltage, and vibration are shown from top to bottom on the right.

학습부(120)는 복수의 채널(ch.1, ch.2, ..., ch.N)의 학습 데이터를 이용하여, 모터의 고장 모드를 분류하는 신경망 모델(130)을 학습시킨다. The learning unit 120 uses learning data of a plurality of channels (ch.1, ch.2, ..., ch.N) to learn the neural network model 130 for classifying the failure mode of the motor.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 고장 진단을 위한 신경망 모델(130)의 구조를 나타낸다.3 shows the structure of a neural network model 130 for diagnosing motor failures according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 신경망 모델(130)은, 각 채널(ch.1, ch.2, ..., ch.N)의 학습 데이터를 입력으로 하여 각 채널의 특징 벡터를 출력하는 복수의 컨볼루션 신경망(210_1, 210_2, ..., 210_N), 복수의 컨볼루션 신경망(210_1, 210_2, ..., 210_N)으로부터 출력되는 복수의 특징 벡터들을 연쇄(concatenation)시키는 연쇄(concatenation) 레이어(220), 연쇄 레이어(220)를 통해 연쇄된 특징 벡터들에 기초하여 각 채널에 대한 대한 가중치를 산출하는 가중치 산출 블록(230), 각 채널에 대한 가중치에 기초하여 각 채널의 특징 벡터의 가중치합인 가중치합 벡터를 계산하는 가중치합 계산 블록(240), 가중치합 벡터를 입력으로 하여 모터의 고장 모드를 분류하는 고장 모드 분류 블록(250)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3, the neural network model 130 according to the present embodiment takes the learning data of each channel (ch.1, ch.2, ..., ch.N) as an input and uses the feature vector of each channel as input. A plurality of output convolutional neural networks (210_1, 210_2, ..., 210_N) and a plurality of feature vectors output from the plurality of convolutional neural networks (210_1, 210_2, ..., 210_N) are concatenated (concatenation) A weight calculation block 230 that calculates a weight for each channel based on feature vectors concatenated through a concatenation layer 220 and a concatenation layer 220, and a feature of each channel based on the weight for each channel. It may include a weighted sum calculation block 240 that calculates a weighted sum vector, which is a weighted sum of vectors, and a failure mode classification block 250 that classifies failure modes of the motor by taking the weighted sum vector as an input.

복수의 컨볼루션 신경망(210_1, 210_2, ..., 210_N)은 채널 별로 독립적으로 학습되어 채널 별로 특징을 추출한다. 복수의 컨볼루션 신경망(210_1, 210_2, ..., 210_N)은 각각 1차원 컨볼루션 신경망으로 구성되어, 각 채널의 입력 데이터로부터 고장 진단과 관련된 고차원적인 특징을 추출할 수 있다. 구체적으로, 컨볼루션 신경망(210)은, 순차적으로 연결된 복수의 컨볼루션 블록(211, 212, 213)과, 그중 마지막 컨볼루션 블록(213)의 출력에 GAP(Global Average Pooling)를 수행하여 특징 벡터를 출력하는 GAP 레이어(214)를 포함할 수 있다. 첫 번째와 두 번째 컨볼루션 블록(211, 212)은 각각 1차원 컨볼루션 레이어, 활성화 함수의 입력 분포를 균일화하여 학습 속도를 향상시키는 배치 정규화(Batch Normalization) 레이어, 활성화 함수로서 ReLU 레이어, 과적합 방지를 위한 최대 풀링(Max Pooling) 레이어를 포함할 수 있다. 세 번째 컨볼루션 블록(213)은 1차원 컨볼루션 레이어, 배치 정규화 레이어, ReLU 레이어를 포함할 수 있다. 세 번째 컨볼루션 블록(213)로부터 출력되는 다수의 특징 벡터는 GAP 레이어(214)를 통해 하나의 특징 벡터로 요약될 수 있다.The plurality of convolutional neural networks 210_1, 210_2, ..., 210_N are independently trained for each channel to extract features for each channel. Each of the plurality of convolutional neural networks 210_1, 210_2, ..., 210_N is configured as a one-dimensional convolutional neural network, and high-level features related to fault diagnosis can be extracted from input data of each channel. Specifically, the convolutional neural network 210 performs global average pooling (GAP) on a plurality of sequentially connected convolution blocks 211, 212, and 213, and the output of the last convolution block 213 among them to perform feature vector It may include a GAP layer 214 that outputs. The first and second convolution blocks 211 and 212 are respectively a one-dimensional convolution layer, a batch normalization layer that improves the learning rate by uniformizing the input distribution of the activation function, a ReLU layer as an activation function, and overfitting. A max pooling layer for prevention may be included. The third convolution block 213 may include a 1D convolution layer, a batch normalization layer, and a ReLU layer. A plurality of feature vectors output from the third convolution block 213 may be summarized into one feature vector through the GAP layer 214 .

물리적으로 다른 각각의 신호는 고장의 종류마다 고장 관련 정보의 양을 다르게 가지고 있다. 가중치 산출 블록(230)은 이러한 상이함을 정량적으로 반영하기 위한 것으로, 각 채널의 특징 벡터에 가중치를 부여하고, 이를 통해 딥러닝 학습이 완료된 후에 어떤 신호에 고장 관련 특징이 더 많이 존재하였는지에 대한 상대적인 중요도가 부여될 수 있다.Each physically different signal has a different amount of failure-related information for each type of failure. The weight calculation block 230 is intended to quantitatively reflect this difference, and weights are given to the feature vectors of each channel, and through this, after deep learning learning is completed, the relative value of which signal has more failure-related features is determined. importance can be assigned.

가중치 산출 블록(230)은 완전연결(Fully Connected) 레이어와 소프트맥스(Softmax) 레이어를 포함할 수 있다. 가중치 산출 블록(230)은 각 채널마다 독립적으로 추출된 특징 벡터가 연쇄 레이어(220)를 통해 1차원으로 연결된 벡터를 입력으로 받아, 완전연결 레이어를 통해 각 채널의 정보가 모두 연결된 상호적인 관계를 추출하고, 소프트맥스 레이어를 통해 각 채널의 가중치를 출력할 수 있다. 소프트맥스 함수의 성질에 의해 소프트맥스 레이어의 각 출력(가중치)은 모두 양수이고 합이 1이 될 수 있다. 가중치 산출 블록(230)은 고장 정보가 많은 채널에 가중치를 더 주고 고장 정보가 적은 채널에 가중치를 덜 주어 효율적인 학습이 이루어지도록 하고 과적합을 방지할 수 있다. 가중치 산출 블록(230)을 통해 고장 관련 성분이 더욱 부각될 수 있고 학습이 완료된 후에는 가중치 산출 블록(230)의 출력을 분석하여 어떤 채널(신호)이 고장 진단에 주요하게 사용되었는지에 대한 해석이 가능하여 해석력이 향상될 수 있다. The weight calculation block 230 may include a fully connected layer and a softmax layer. The weight calculation block 230 receives as an input a vector in which feature vectors independently extracted for each channel are connected in one dimension through the concatenation layer 220, and a mutual relationship in which all information of each channel is connected through the fully connected layer is obtained. After extracting, the weight of each channel can be output through the softmax layer. Due to the nature of the softmax function, each output (weight) of the softmax layer may be all positive numbers and the sum may be 1. The weight calculation block 230 may give more weight to a channel with more failure information and less weight to a channel with little failure information so that efficient learning can be achieved and overfitting can be prevented. Failure-related components can be further highlighted through the weight calculation block 230, and after learning is completed, the output of the weight calculation block 230 is analyzed to analyze which channel (signal) was mainly used for failure diagnosis. This can improve interpretability.

도 4는 가중치합 계산 블록(240)의 구체적인 일 예를 나타낸다. 도 4는 설명의 편의를 위해 3개 채널의 특징 벡터(f1, f2, f3)의 경우를 예로 든 것이다. 연쇄 레이어(220)를 통해 f1, f2, f3가 1차원으로 연결된 벡터 f'가 출력되며, 가중치 산출 블록(230)은 f'를 입력으로 받아 각 채널에 대한 가중치 w1, w2, w3를 출력한다. f1, f2, f3는 가중치합 계산 블록(240)으로 입력되어, 가중치 w1, w2, w3에 따른 f1, f2, f3의 가중치합과, 가중치가 곱해지지 않은 f1, f2, f3의 합이 잔차 연결(Residual Connection)을 통해 합해져 최종 가중치합 벡터 f가 출력된다. 잔차 연결은 각 채널에서 추출된 정보의 손실이 클 수 있어 이러한 정보 손실을 막기 위한 것이며, 여기에 가중치가 곱해진 정보가 추가적으로 더해져 각 채널의 상대적인 중요도를 반영함으로써 고장 진단 성능을 높일 수 있다. 4 shows a specific example of the weight sum calculation block 240 . 4 shows an example of feature vectors f1, f2, and f3 of three channels for convenience of description. A vector f', in which f1, f2, and f3 are connected in one dimension, is output through the concatenation layer 220, and the weight calculation block 230 receives f' as an input and outputs weights w1, w2, and w3 for each channel. . f1, f2, and f3 are input to the weighted sum calculation block 240, and the weighted sum of f1, f2, and f3 according to the weights w1, w2, and w3 and the sum of f1, f2, and f3 that are not multiplied by weights are connected as residuals. (Residual Connection), the final weighted sum vector f is output. Residual connection is intended to prevent such information loss since the loss of information extracted from each channel can be large, and information multiplied with a weight is additionally added to reflect the relative importance of each channel, thereby increasing failure diagnosis performance.

다시 도 3을 참조하면, 고장 모드 분류 블록(250)은 가중치합 계산 블록(240)으로부터 가중치합 벡터가 전달되면 완전연결 레이어와 소프트맥스 레이어를 통해 고장 모드를 분류할 수 있다. 고장 모드 클래스는 정상(Normal)과 몇몇 고장 유형들(Fault 1~4)을 포함할 수 있다. 고장 유형은 예컨대 1개 로터바 파손, 2개 로터바 파손, 3개 로터바 파손, 4개 로터바 파손 등을 포함할 수 있다. 소프트맥스 레이어의 클래스 수는 고장 모드의 수에 따라 정해질 수 있다.Referring back to FIG. 3 , the failure mode classification block 250 may classify the failure mode through the fully connected layer and the softmax layer when the weighted sum vector is delivered from the weighted sum calculation block 240 . The failure mode class may include Normal and several failure types (Fault 1-4). Failure types may include, for example, one rotor bar breakage, two rotor bar breakage, three rotor bar breakage, four rotor bar breakage, and the like. The number of classes in the softmax layer may be determined according to the number of failure modes.

다시 도 1을 참조하면, 진단부(140)는, 신경망 모델(130)을 테스트하거나 모터를 진단하고자 할 때, 복수 채널의 신호가 전처리된 복수의 입력 데이터를 학습된 신경망 모델(130)에 입력하여 신경망 모델(130)의 출력을 통해 모터의 고장을 진단한다.Referring back to FIG. 1 , when testing the neural network model 130 or diagnosing a motor, the diagnosis unit 140 inputs a plurality of input data obtained by preprocessing signals of multiple channels to the learned neural network model 130. Thus, the failure of the motor is diagnosed through the output of the neural network model 130.

가중치 통계량 계산부(150)는 신경망 모델(130)의 학습 결과로부터 고장 모드 별로 가중치 산출 블록(230)에서 출력되는 가중치의 통계량(예컨대 평균, 분산 등)을 계산하여 출력한다. 이를 통해 고장 진단에 있어 어떠한 입력 채널(신호)에 고장 정보가 많이 포함되어 중요하게 사용되었는지에 관한 해석을 할 수 있고, 나아가 고장의 양상과 필수적으로 취득해야 하는 신호의 종류를 파악하는데 도움을 줄 수 있다.The weight statistic calculation unit 150 calculates and outputs a statistic (eg, average, variance, etc.) of weight output from the weight calculation block 230 for each failure mode based on the learning result of the neural network model 130 . Through this, in fault diagnosis, it is possible to analyze which input channel (signal) contains a lot of fault information and is used importantly, and furthermore, it helps to understand the aspects of faults and the types of signals that must be acquired. can

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 고장 진단 방법의 흐름도를 나타낸다. 본 실시예에 따른 모터 고장 진단 방법은 전술한 모터 고장 진단 장치에서 처리되는 단계들로 이루어지므로, 이하 생략된 내용이라 하더라도 모터 고장 진단 장치에 관하여 이상에서 기술된 내용은 본 실시예에 따른 모터 고장 진단 방법에도 적용된다.5 shows a flow chart of a method for diagnosing a motor failure according to an embodiment of the present invention. Since the method for diagnosing motor failure according to the present embodiment is composed of steps processed by the above-described motor failure diagnosis apparatus, even if omitted below, the information described above with respect to the motor failure diagnosis apparatus is the motor failure according to the present embodiment. It also applies to diagnostic methods.

고장 모드가 레이블된 복수 채널의 측정 신호가 준비되면(510단계), 전처리부(110)는 측정 신호를 전처리하여 복수 채널의 학습 데이터를 생성한다(515단계).When measurement signals of multiple channels labeled with failure modes are prepared (step 510), the preprocessor 110 preprocesses the measurement signals to generate learning data of multiple channels (step 515).

학습부(120)는 신경망 모델(130)을 구축하고 각종 파라미터를 설정한다(520단계). 신경망 모델(130)은, 채널(측정 신호)의 수 및 고장 모드의 수에 따라 컨볼루션 신경망(210)의 수, 가중치 산출 블록(230)의 출력 수, 고장 모드 분류 블록(250)의 출력 수 등이 설계될 수 있다. 각종 파라미터로, 컨볼루션 레이어의 수, 커널 크기, 채널 수, 스트라이드(stride) 수, 활성화 함수의 종류, 풀링(pooling)의 유무 및 종류, 완전연결 레이어의 수 및 노드 수 등과 같은 신경망 모델(130)의 구조를 구성하는 파라미터와, 최대 에포크(epoch), 배치(batch) 크기, 학습률(learning rate) 등과 같은 학습 파라미터 등이 설정될 수 있다.The learning unit 120 builds the neural network model 130 and sets various parameters (step 520). In the neural network model 130, the number of convolutional neural networks 210, the number of outputs of the weight calculation block 230, and the number of outputs of the failure mode classification block 250 depend on the number of channels (measurement signals) and the number of failure modes. etc. can be designed. As various parameters, neural network models such as the number of convolutional layers, kernel size, number of channels, number of strides, type of activation function, presence and type of pooling, number of fully connected layers and number of nodes (130 ), learning parameters such as maximum epoch, batch size, learning rate, etc. may be set.

아래 표는 신경망 모델(130)의 구조를 구성하는 파라미터의 일 예로, 채널 수가 3이고 고장 모드의 수가 5인 경우의 실험 예에 따른 파라미터를 나타낸다.The table below shows parameters according to an experimental example when the number of channels is 3 and the number of failure modes is 5 as an example of parameters constituting the structure of the neural network model 130 .

레이어 명layer name 파라미터 정보Parameter information 파라미터 수number of parameters Conv1d 1 Conv1d 1 kernel size=128 , channel : 18kernel size=128 , channel : 18 2,322*32,322*3 BatchNormalization 1BatchNormalization 1 momentum=0.1momentum=0.1 36*336*3 ReLU 1ReLU 1 -- 00 MaxPool 1MaxPool 1 kernel size=2kernel size=2 00 Conv1d 2Conv1d 2 kernel size=8 , channel : 36kernel size=8 , channel : 36 5220*35220*3 BatchNormalization 2BatchNormalization 2 momentum=0.1momentum=0.1 72*372*3 ReLU 2ReLU 2 -- 00 MaxPool 2MaxPool 2 kernel size=2kernel size=2 00 Conv1d 3 Conv1d 3 kernel size=8 , channel : 72kernel size=8 , channel : 72 20808*320808*3 BatchNormalization 3BatchNormalization 3 momentum=0.1momentum=0.1 144*3144*3 ReLU 3ReLU 3 -- 00 GlobalAvgPoolGlobalAvgPool -- 00 Weight ComputationWeight Computation node number : 3node number : 3 651651 Classifier Dense 1Classifier Dense 1 node number : 36node number : 36 25922592 Classifier Dense 2Classifier Dense 2 node number : 5node number : 5 180180 전체all 8922989229

실험 예에서 학습 파라미터는, 최대 에포크는 50, 배치 크기는 16, 학습률은 0.0005로 설정될 수 있다.In the experimental example, the learning parameters may be set to 50 for maximum epoch, 16 for batch size, and 0.0005 for learning rate.

학습부(120)는 학습 데이터를 이용하여 신경망 모델(130)을 학습시킨다(525단계). 신경망 모델(130)의 학습 과정은 미니 배치 경사 하강법(mini-batch gradient descent method)에 의해 수행될 수 있다.The learning unit 120 trains the neural network model 130 using the training data (step 525). The learning process of the neural network model 130 may be performed by a mini-batch gradient descent method.

신경망 모델(130)의 학습이 완료(예컨대 최대 에포크까지 학습)되면(530단계), 진단부(140)는 학습 데이터와 별도로 준비된 테스트 데이터를 이용하여 신경망 모델(130)을 테스트할 수 있다(535단계).When the learning of the neural network model 130 is completed (for example, learning up to the maximum epoch) (step 530), the diagnosis unit 140 may test the neural network model 130 using test data prepared separately from the training data (535). step).

신경망 모델(130)의 학습이 완료되면, 가중치 통계량 계산부(150)는 신경망 모델(130)의 학습 결과로부터 고장 모드 별로 가중치 산출 블록(230)에서 출력되는 가중치의 통계량(예컨대 평균, 분산 등)을 계산할 수 있다(540단계). 즉, 고장 모드 분류 블록(250)의 클래스 별로 가중치 산출 블록(230)의 각 출력에 대한 통계량이 계산될 수 있다. 이를 통해 어떤 채널(측정 신호)에 고장 정보가 많이 포함되어 중요하게 사용되었는지 해석할 수 있다. When the learning of the neural network model 130 is completed, the weight statistic calculation unit 150 outputs the weight statistic (eg, average, variance, etc.) from the weight calculation block 230 for each failure mode from the learning result of the neural network model 130 can be calculated (step 540). That is, statistics for each output of the weight calculation block 230 may be calculated for each class of the failure mode classification block 250 . Through this, it is possible to analyze which channel (measurement signal) contains a lot of failure information and is used significantly.

진단하고자 하는 모터에 대한 복수 채널의 측정 신호가 입력되면(545단계), 전처리부(110)는 측정 신호를 전처리하여 복수 채널의 입력 데이터를 생성한다(550단계).When a multi-channel measurement signal for a motor to be diagnosed is input (Step 545), the pre-processing unit 110 pre-processes the measurement signal to generate input data of multiple channels (Step 550).

진단부(140)는 복수 채널의 입력 데이터를 신경망 모델(130)에 입력하여 신경망 모델(130)의 출력을 통해 모터의 고장을 진단한다(555단계).The diagnosis unit 140 inputs input data of multiple channels to the neural network model 130 and diagnoses motor failure through the output of the neural network model 130 (step 555).

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 신경망 모델(130)을 테스트한 실험 결과를 혼동 행렬(Confusion Matrix)로 나타낸 도면이다. 도 6을 참조하면, 실험 결과는 정확도 99.25%의 매우 높은 진단 성능을 보임을 알 수 있다. 6 is a diagram showing experimental results of testing the neural network model 130 according to an embodiment of the present invention as a confusion matrix. Referring to FIG. 6 , it can be seen that the experimental results show very high diagnostic performance with an accuracy of 99.25%.

도 7은 고장 모드 별로 각 채널별 가중치의 통계량의 실험 결과를 나타낸 도면이다. 도 7의 (a) 내지 (e)는 각각 정상, 1개 로터바 파손, 2개 로터바 파손, 3개 로터바 파손, 4개 로터바 파손에 대한 3개 채널(전류: Ia, 전압: Va, 진동: Vib_acpe) 각각의 가중치의 평균을 나타낸다. 모든 고장 모드에서 공통적으로 전압의 가중치는 거의 0으로 전혀 중요도가 부여되지 않았는데, 이는 전압에서 고장 관련 특성이 잘 드러나지 않는 실제 물리적인 현상과도 부합한다. 로터바 파손은 자기장에 영향을 미쳐 궁극적으로 전류에 반영되기 때문에, 전류는 대부분의 고장 모드에서 가장 중요한 신호로 판단되었다. 다만 3개 로터바 파손 고장(d)에서 진동 신호의 가중치가 전류 신호보다 높은 것으로 나타났는데, 이것은 실험에 사용된 모터가 3개의 로터바 파손 고장이 발생하였을 때 기계적인 떨림 양상이 다른 고장 모드와는 상이함을 의미한다. 7 is a diagram showing experimental results of statistics of weights for each channel for each failure mode. 7 (a) to (e) show 3 channels (current: Ia, voltage: Va) for normal, 1 rotor bar breakage, 2 rotor bar breakage, 3 rotor bar breakage, and 4 rotor bar breakage, respectively. , Vibration: Vib_acpe) represents the average of each weight. Common to all failure modes, the weight of voltage is almost zero, which is not given importance at all, which is consistent with the actual physical phenomenon in which failure-related characteristics are not well represented in voltage. Current was judged to be the most important signal for most failure modes, as rotor bar failure affects the magnetic field and ultimately reflects in the current. However, it was found that the weight of the vibration signal was higher than that of the current signal in the three rotor bar breakage failures (d). means different.

본 발명의 실시예들에 따른 장치는 프로세서, 프로그램 데이터를 저장하고 실행하는 메모리, 디스크 드라이브와 같은 영구 저장부(permanent storage), 외부 장치와 통신하는 통신 포트, 터치 패널, 키(key), 버튼 등과 같은 사용자 인터페이스 장치 등을 포함할 수 있다. 소프트웨어 모듈 또는 알고리즘으로 구현되는 방법들은 상기 프로세서상에서 실행 가능한 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드들 또는 프로그램 명령들로서 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체 상에 저장될 수 있다. 여기서 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체로 마그네틱 저장 매체(예컨대, ROM(read-only memory), RAM(random-access memory), 플로피 디스크, 하드 디스크 등) 및 광학적 판독 매체(예컨대, 시디롬(CD-ROM), 디브이디(DVD: Digital Versatile Disc)) 등이 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템들에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 판독 가능한 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 매체는 컴퓨터에 의해 판독가능하며, 메모리에 저장되고, 프로세서에서 실행될 수 있다. Devices according to embodiments of the present invention include a processor, a memory for storing and executing program data, a permanent storage unit such as a disk drive, a communication port for communicating with an external device, a touch panel, a key, and a button. It may include user interface devices such as the like. Methods implemented as software modules or algorithms may be stored on a computer-readable recording medium as computer-readable codes or program instructions executable on the processor. Here, the computer-readable recording medium includes magnetic storage media (e.g., read-only memory (ROM), random-access memory (RAM), floppy disk, hard disk, etc.) and optical reading media (e.g., CD-ROM) ), and DVD (Digital Versatile Disc). A computer-readable recording medium may be distributed among computer systems connected through a network, and computer-readable codes may be stored and executed in a distributed manner. The medium may be readable by a computer, stored in a memory, and executed by a processor.

본 발명의 실시예들은 기능적인 블록 구성들 및 다양한 처리 단계들로 나타내어질 수 있다. 이러한 기능 블록들은 특정 기능들을 실행하는 다양한 개수의 하드웨어 또는/및 소프트웨어 구성들로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예는 하나 이상의 마이크로프로세서들의 제어 또는 다른 제어 장치들에 의해서 다양한 기능들을 실행할 수 있는, 메모리, 프로세싱, 로직(logic), 룩 업 테이블(look-up table) 등과 같은 집적 회로 구성들을 채용할 수 있다. 본 발명에의 구성 요소들이 소프트웨어 프로그래밍 또는 소프트웨어 요소들로 실행될 수 있는 것과 유사하게, 실시예는 데이터 구조, 프로세스들, 루틴들 또는 다른 프로그래밍 구성들의 조합으로 구현되는 다양한 알고리즘을 포함하여, C, C++, 자바(Java), 어셈블러(assembler) 등과 같은 프로그래밍 또는 스크립팅 언어로 구현될 수 있다. 기능적인 측면들은 하나 이상의 프로세서들에서 실행되는 알고리즘으로 구현될 수 있다. 또한, 실시예는 전자적인 환경 설정, 신호 처리, 및/또는 데이터 처리 등을 위하여 종래 기술을 채용할 수 있다. "매커니즘", "요소", "수단", "구성"과 같은 용어는 넓게 사용될 수 있으며, 기계적이고 물리적인 구성들로서 한정되는 것은 아니다. 상기 용어는 프로세서 등과 연계하여 소프트웨어의 일련의 처리들(routines)의 의미를 포함할 수 있다.Embodiments of the invention may be presented as functional block structures and various processing steps. These functional blocks may be implemented with any number of hardware or/and software components that perform specific functions. For example, an embodiment may include an integrated circuit configuration, such as memory, processing, logic, look-up tables, etc., capable of executing various functions by means of the control of one or more microprocessors or other control devices. can employ them. Similar to components of the present invention that may be implemented as software programming or software elements, embodiments may include various algorithms implemented as data structures, processes, routines, or combinations of other programming constructs, such as C, C++ , Java (Java), can be implemented in a programming or scripting language such as assembler (assembler). Functional aspects may be implemented in an algorithm running on one or more processors. In addition, the embodiment may employ conventional techniques for electronic environment setting, signal processing, and/or data processing. Terms such as "mechanism", "element", "means", and "composition" may be used broadly and are not limited to mechanical and physical components. The term may include a meaning of a series of software routines in association with a processor or the like.

실시예에서 설명하는 특정 실행들은 일 실시예들로서, 어떠한 방법으로도 실시 예의 범위를 한정하는 것은 아니다. 명세서의 간결함을 위하여, 종래 전자적인 구성들, 제어 시스템들, 소프트웨어, 상기 시스템들의 다른 기능적인 측면들의 기재는 생략될 수 있다. 또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것으로서, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가의 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로서 나타내어질 수 있다. 또한, "필수적인", "중요하게" 등과 같이 구체적인 언급이 없다면 본 발명의 적용을 위하여 반드시 필요한 구성 요소가 아닐 수 있다.Specific executions described in the embodiments are examples, and do not limit the scope of the embodiments in any way. For brevity of the specification, description of conventional electronic components, control systems, software, and other functional aspects of the systems may be omitted. In addition, the connection of lines or connecting members between the components shown in the drawings are examples of functional connections and / or physical or circuit connections, which can be replaced in actual devices or additional various functional connections, physical connection, or circuit connections. In addition, if there is no specific reference such as "essential" or "important", it may not necessarily be a component necessary for the application of the present invention.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.So far, the present invention has been looked at with respect to its preferred embodiments. Those skilled in the art to which the present invention pertains will be able to understand that the present invention can be implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered from an illustrative rather than a limiting point of view. The scope of the present invention is shown in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the equivalent scope will be construed as being included in the present invention.

Claims (20)

다채널 신호를 이용한 모터 고장 진단 방법으로서,
모터에 대한 서로 다른 종류의 복수의 측정 신호를 전처리하여 복수의 채널에 각각 대응하는 복수의 학습 데이터를 생성하는 단계;
상기 복수의 학습 데이터를 이용하여 모터의 고장 모드를 분류하는 신경망 모델을 학습시키는 단계; 및
상기 복수의 채널에 대응하는 복수의 입력 데이터로부터 상기 신경망 모델을 통해 모터의 고장을 진단하는 단계를 포함하고,
상기 신경망 모델은,
상기 복수의 학습 데이터를 각각 입력으로 하여 각각 특징 벡터를 출력하는 복수의 컨볼루션 신경망;
상기 복수의 컨볼루션 신경망으로부터 출력되는 복수의 특징 벡터에 기초하여 상기 복수의 채널에 각각 대응하는 가중치를 산출하는 가중치 산출 블록;
적어도 상기 가중치에 기초하여 상기 복수의 특징 벡터의 가중치합 벡터를 계산하는 가중치합 계산 블록; 및
상기 가중치합 벡터를 입력으로 하여 모터의 고장 모드를 분류하는 고장 모드 분류 블록을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 고장 진단 방법.
As a method for diagnosing motor failure using multi-channel signals,
generating a plurality of learning data respectively corresponding to a plurality of channels by pre-processing a plurality of measurement signals of different types for the motor;
learning a neural network model for classifying a failure mode of a motor using the plurality of learning data; and
Diagnosing a failure of a motor through the neural network model from a plurality of input data corresponding to the plurality of channels,
The neural network model,
a plurality of convolutional neural networks each outputting feature vectors by taking the plurality of learning data as inputs;
a weight calculation block calculating weights respectively corresponding to the plurality of channels based on a plurality of feature vectors output from the plurality of convolutional neural networks;
a weight sum calculation block calculating a weight sum vector of the plurality of feature vectors based on at least the weights; and
and a failure mode classification block for classifying failure modes of the motor by taking the weighted sum vector as an input.
제1항에 있어서,
상기 신경망 모델은,
상기 복수의 컨볼루션 신경망으로부터 출력되는 복수의 특징 벡터를 연쇄(concatenation)시켜 상기 가중치 산출 블록에 입력하는 연쇄 레이어를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 고장 진단 방법.
According to claim 1,
The neural network model,
The method of diagnosing motor failure, characterized in that it further comprises a concatenation layer for concatenating a plurality of feature vectors output from the plurality of convolutional neural networks and inputting them to the weight calculation block.
제1항에 있어서,
상기 복수의 컨볼루션 신경망 각각은,
순차적으로 연결된 복수의 컨볼루션 블록과, 그중 마지막 컨볼루션 블록의 출력에 GAP(Global Average Pooling)를 수행하여 상기 특징 벡터를 출력하는 GAP 레이어를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 고장 진단 방법.
According to claim 1,
Each of the plurality of convolutional neural networks,
A method for diagnosing motor failure, comprising a plurality of sequentially connected convolution blocks and a GAP layer that outputs the feature vector by performing global average pooling (GAP) on an output of the last convolution block among them.
제3항에 있어서,
상기 복수의 컨볼루션 블록 각각은, 1차원 컨볼루션 레이어를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 고장 진단 방법.
According to claim 3,
Each of the plurality of convolution blocks includes a one-dimensional convolution layer.
제1항에 있어서,
상기 가중치 산출 블록은, 완전연결 레이어, 및 상기 가중치를 출력하는 소프트맥스 레이어를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 고장 진단 방법.
According to claim 1,
The weight calculation block includes a fully connected layer and a softmax layer that outputs the weights.
제1항에 있어서,
상기 고장 모드 분류 블록은, 완전연결 레이어, 및 상기 고장 모드를 출력하는 소프트맥스 레이어를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 고장 진단 방법.
According to claim 1,
The motor failure diagnosis method of claim 1 , wherein the failure mode classification block includes a fully connected layer and a softmax layer outputting the failure mode.
제1항에 있어서,
상기 가중치합 계산 블록은 상기 가중치에 따른 상기 복수의 특징 벡터의 가중치합과 상기 복수의 특징 벡터의 합을 합하여 상기 가중치합 벡터를 계산하는 것을 특징으로 하는 모터 고장 진단 방법.
According to claim 1,
The weight sum calculation block calculates the weight sum vector by summing the weight sum of the plurality of feature vectors according to the weight and the sum of the plurality of feature vectors.
제1항에 있어서,
상기 전처리는 로그 스케일 FFT를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 고장 진단 방법.
According to claim 1,
The motor failure diagnosis method, characterized in that the pre-processing comprises a log scale FFT.
제1항에 있어서,
상기 복수의 측정 신호는, 전류, 전압, 진동, 토크 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 고장 진단 방법.
According to claim 1,
The plurality of measurement signals include at least one of current, voltage, vibration, and torque.
제1항에 있어서,
상기 학습 결과로부터 상기 고장 모드 별로 상기 가중치 산출 블록에서 출력되는 가중치의 통계량을 계산하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 고장 진단 방법.
According to claim 1,
The motor failure diagnosis method of claim 1 , further comprising calculating a statistic of the weight output from the weight calculation block for each failure mode from the learning result.
다채널 신호를 이용한 모터 고장 진단 장치로서,
모터에 대한 서로 다른 종류의 복수의 측정 신호를 전처리하여 복수의 채널에 각각 대응하는 복수의 학습 데이터를 생성하는 전처리부;
상기 복수의 학습 데이터를 이용하여 모터의 고장 모드를 분류하는 신경망 모델을 학습시키는 학습부; 및
상기 복수의 채널에 대응하는 복수의 입력 데이터로부터 상기 신경망 모델을 통해 모터의 고장을 진단하는 진단부를 포함하고,
상기 신경망 모델은,
상기 복수의 학습 데이터를 각각 입력으로 하여 각각 특징 벡터를 출력하는 복수의 컨볼루션 신경망;
상기 복수의 컨볼루션 신경망으로부터 출력되는 복수의 특징 벡터에 기초하여 상기 복수의 채널에 각각 대응하는 가중치를 산출하는 가중치 산출 블록;
적어도 상기 가중치에 기초하여 상기 복수의 특징 벡터의 가중치합 벡터를 계산하는 가중치합 계산 블록; 및
상기 가중치합 벡터를 입력으로 하여 모터의 고장 모드를 분류하는 고장 모드 분류 블록을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 고장 진단 장치.
As a motor failure diagnosis device using multi-channel signals,
a pre-processing unit generating a plurality of learning data corresponding to a plurality of channels by pre-processing a plurality of measurement signals of different types for the motor;
a learning unit learning a neural network model for classifying a failure mode of a motor using the plurality of learning data; and
A diagnosis unit for diagnosing a failure of a motor through the neural network model from a plurality of input data corresponding to the plurality of channels;
The neural network model,
a plurality of convolutional neural networks each outputting feature vectors by taking the plurality of training data as inputs;
a weight calculation block calculating weights respectively corresponding to the plurality of channels based on a plurality of feature vectors output from the plurality of convolutional neural networks;
a weight sum calculation block calculating a weight sum vector of the plurality of feature vectors based on at least the weights; and
and a failure mode classification block for classifying failure modes of the motor by taking the weighted sum vector as an input.
제11항에 있어서,
상기 신경망 모델은,
상기 복수의 컨볼루션 신경망으로부터 출력되는 복수의 특징 벡터를 연쇄(concatenation)시켜 상기 가중치 산출 블록에 입력하는 연쇄 레이어를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 고장 진단 장치.
According to claim 11,
The neural network model,
and a concatenation layer for concatenating a plurality of feature vectors output from the plurality of convolutional neural networks and inputting the concatenated feature vectors to the weight calculation block.
제11항에 있어서,
상기 복수의 컨볼루션 신경망 각각은,
순차적으로 연결된 복수의 컨볼루션 블록과, 그중 마지막 컨볼루션 블록의 출력에 GAP(Global Average Pooling)를 수행하여 상기 특징 벡터를 출력하는 GAP 레이어를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 고장 진단 장치.
According to claim 11,
Each of the plurality of convolutional neural networks,
A motor fault diagnosis device comprising a plurality of sequentially connected convolution blocks and a GAP layer that outputs the feature vector by performing Global Average Pooling (GAP) on the output of the last convolution block among them.
제13항에 있어서,
상기 복수의 컨볼루션 블록 각각은, 1차원 컨볼루션 레이어를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 고장 진단 장치.
According to claim 13,
Each of the plurality of convolution blocks includes a one-dimensional convolution layer.
제11항에 있어서,
상기 가중치 산출 블록은, 완전연결 레이어, 및 상기 가중치를 출력하는 소프트맥스 레이어를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 고장 진단 장치.
According to claim 11,
The weight calculation block includes a fully connected layer and a softmax layer that outputs the weights.
제11항에 있어서,
상기 고장 모드 분류 블록은, 완전연결 레이어, 및 상기 고장 모드를 출력하는 소프트맥스 레이어를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 고장 진단 장치.
According to claim 11,
The motor failure diagnosis apparatus according to claim 1 , wherein the failure mode classification block includes a fully connected layer and a softmax layer outputting the failure mode.
제11항에 있어서,
상기 가중치합 계산 블록은 상기 가중치에 따른 상기 복수의 특징 벡터의 가중치합과 상기 복수의 특징 벡터의 합을 합하여 상기 가중치합 벡터를 계산하는 것을 특징으로 하는 모터 고장 진단 장치.
According to claim 11,
The weight sum calculation block calculates the weight sum vector by summing the weight sum of the plurality of feature vectors according to the weight and the sum of the plurality of feature vectors.
제11항에 있어서,
상기 전처리는 로그 스케일 FFT를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 고장 진단 장치.
According to claim 11,
The motor failure diagnosis apparatus, characterized in that the pre-processing comprises a log scale FFT.
제11항에 있어서,
상기 복수의 측정 신호는, 전류, 전압, 진동, 토크 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 고장 진단 장치.
According to claim 11,
The plurality of measurement signals include at least one of current, voltage, vibration, and torque.
제11항에 있어서,
상기 학습 결과로부터 상기 고장 모드 별로 상기 가중치 산출 블록에서 출력되는 가중치의 통계량을 계산하는 가중치 통계량 계산부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 고장 진단 장치.
According to claim 11,
The motor failure diagnosis apparatus of claim 1, further comprising a weight statistic calculation unit configured to calculate a statistic of the weight output from the weight calculation block for each failure mode from the learning result.
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