KR20230102748A - Apparatus for scrubber fan monitoring using adaptive kalman filter and method thereof - Google Patents

Apparatus for scrubber fan monitoring using adaptive kalman filter and method thereof Download PDF

Info

Publication number
KR20230102748A
KR20230102748A KR1020210193117A KR20210193117A KR20230102748A KR 20230102748 A KR20230102748 A KR 20230102748A KR 1020210193117 A KR1020210193117 A KR 1020210193117A KR 20210193117 A KR20210193117 A KR 20210193117A KR 20230102748 A KR20230102748 A KR 20230102748A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
data
kalman filter
scrubber fan
variance
estimated
Prior art date
Application number
KR1020210193117A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR102692381B1 (en
Inventor
이동익
김재훈
Original Assignee
경북대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 경북대학교 산학협력단 filed Critical 경북대학교 산학협력단
Priority to KR1020210193117A priority Critical patent/KR102692381B1/en
Publication of KR20230102748A publication Critical patent/KR20230102748A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102692381B1 publication Critical patent/KR102692381B1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B23/00Testing or monitoring of control systems or parts thereof
    • G05B23/02Electric testing or monitoring
    • G05B23/0205Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults
    • G05B23/0218Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults characterised by the fault detection method dealing with either existing or incipient faults
    • G05B23/0243Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults characterised by the fault detection method dealing with either existing or incipient faults model based detection method, e.g. first-principles knowledge model
    • G05B23/0254Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults characterised by the fault detection method dealing with either existing or incipient faults model based detection method, e.g. first-principles knowledge model based on a quantitative model, e.g. mathematical relationships between inputs and outputs; functions: observer, Kalman filter, residual calculation, Neural Networks
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B23/00Testing or monitoring of control systems or parts thereof
    • G05B23/02Electric testing or monitoring
    • G05B23/0205Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults
    • G05B23/0218Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults characterised by the fault detection method dealing with either existing or incipient faults
    • G05B23/0221Preprocessing measurements, e.g. data collection rate adjustment; Standardization of measurements; Time series or signal analysis, e.g. frequency analysis or wavelets; Trustworthiness of measurements; Indexes therefor; Measurements using easily measured parameters to estimate parameters difficult to measure; Virtual sensor creation; De-noising; Sensor fusion; Unconventional preprocessing inherently present in specific fault detection methods like PCA-based methods
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B23/00Testing or monitoring of control systems or parts thereof
    • G05B23/02Electric testing or monitoring
    • G05B23/0205Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults
    • G05B23/0218Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults characterised by the fault detection method dealing with either existing or incipient faults
    • G05B23/0224Process history based detection method, e.g. whereby history implies the availability of large amounts of data
    • G05B23/0227Qualitative history assessment, whereby the type of data acted upon, e.g. waveforms, images or patterns, is not relevant, e.g. rule based assessment; if-then decisions
    • G05B23/0235Qualitative history assessment, whereby the type of data acted upon, e.g. waveforms, images or patterns, is not relevant, e.g. rule based assessment; if-then decisions based on a comparison with predetermined threshold or range, e.g. "classical methods", carried out during normal operation; threshold adaptation or choice; when or how to compare with the threshold

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Testing And Monitoring For Control Systems (AREA)

Abstract

The present invention relates to a scrubber fan monitoring apparatus using an adaptive Kalman filter and a method thereof, which can improve the accuracy of fault detection. According to the present invention, the scrubber fan monitoring apparatus using an adaptive Kalman filter comprises: a storage part storing raw data collected from a sensor; an observation data generation part using the stored raw data to generate observation data; a Kalman filtering part inputting the observation data into an adaptive Kalman filter to output estimation data estimating observation data with high-frequency noise removed therefrom; a feature value extraction part using the estimation data estimated by the adaptive Kalman filter to extract normalized statistical data as feature values; and a fault determination part counting the number of times the extracted feature values exceed a preset threshold value during a set time to determine the presence of a fault of the scrubber fan.

Description

적응형 칼만필터를 이용한 스크러버 팬 모니터링 장치 및 그 방법{APPARATUS FOR SCRUBBER FAN MONITORING USING ADAPTIVE KALMAN FILTER AND METHOD THEREOF}Scrubber fan monitoring device and method using an adaptive Kalman filter

본 발명은 적응형 칼만필터를 이용한 스크러버 팬 모니터링 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 적응형 칼만필터를 이용하여 시간 영역의 특징값을 추출하고 스크러버 팬의 고장 유무를 진단하는 적응형 칼만필터를 이용한 스크러버 팬 모니터링 장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for monitoring a scrubber fan using an adaptive Kalman filter, and more particularly, to an adaptive Kalman filter for extracting feature values in a time domain and diagnosing whether or not a scrubber fan has failed using the adaptive Kalman filter. It relates to a scrubber fan monitoring device using a filter and a method therefor.

오존층 환경에 관해 우리나라에서는 대기환경보전법 등으로 보호하고 있으므로 이러한 환경인증을 준수하지 않으면 법률적, 경제적으로 불이익을 받을 염려가 있어 모든 산업 현장에는 유해가스 등을 정화하기 위한 공기 정화 장치를 갖추는 것이 필수화 되고 있다.Since the environment of the ozone layer is protected by the Clean Air Conservation Act in Korea, failure to comply with these environmental certifications may result in legal and economic disadvantages. Therefore, it is essential that all industrial sites have air purifiers to purify harmful gases. It is becoming.

따라서 모든 산업 현장에서는 공기의 방진시설로 집진기, 흡착탑, 스크러버(Scrubber) 등을 설치하고 있고, 이들 각각은 오염물질의 종류에 따른 효율성을 고려하여 설치되고 있다.Therefore, in all industrial sites, dust collectors, adsorption towers, scrubbers, etc. are installed as air dust prevention facilities, and each of these is installed in consideration of efficiency according to the type of pollutant.

이 중 스크러버는 고농도의 악취가 발생하거나 유해 가스를 함유한 오염된 공기를 탈취하여 정화하는 장치로 여러가지 형태로 개발되어 왔다. 이러한 스크러버는 주로 오염된 공기를 분산된 액상의 입자에 접촉시켜 탈취하거나 또는 흡착제를 이용하여 탈취하는 원리를 이용하고 있다.Among them, the scrubber has been developed in various forms as a device for deodorizing and purifying contaminated air that generates a high concentration of odor or contains harmful gases. These scrubbers mainly use the principle of deodorizing contaminated air by contacting dispersed liquid particles or deodorizing by using an adsorbent.

이와 같이 산업 현장에서 중요한 역할을 하는 방진시설의 정상 작동 유무를 실시간으로 모니터링 하는 것은 중요하다. 현재 스크러버와 같은 회전기계의 정상 작동 유무를 모니터링하기 위하여 산업계 전반에서 한계 검사(Limit Check) 기반의 고장 검출 기술이 폭넓게 적용되고 있다.As such, it is important to monitor the normal operation of dustproof facilities that play an important role in industrial sites in real time. Currently, a fault detection technology based on a limit check is widely applied throughout the industry in order to monitor whether a rotating machine such as a scrubber is operating normally.

이러한 한계 검사 기법의 경우 미탐지 또는 오탐지를 방지하기 위해 고장과 정상을 구분하는 임계값 설정이 중요하다.In the case of this limit checking technique, it is important to set a threshold value that distinguishes between failure and normality in order to prevent non-detection or false detection.

임계값은 기기의 운행조건(운행 누적 시간, 운전 속도 등)에 따라 가변하므로 고장 검출 기술의 정확도 향상을 위해서는 임계값을 적절히 조정하는 것이 중요하다.Since the threshold value varies according to the operating conditions of the device (accumulated driving time, driving speed, etc.), it is important to properly adjust the threshold value to improve the accuracy of the fault detection technology.

본 발명의 배경이 되는 기술은 대한민국 등록특허공보 제10-2248063호(2021.05.03. 공고)에 개시되어 있다.The background technology of the present invention is disclosed in Republic of Korea Patent Registration No. 10-2248063 (Announcement on May 3, 2021).

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 적응형 칼만필터를 이용하여 시간 영역의 특징값을 추출하고 스크러버 팬의 고장 유무를 진단하는 적응형 칼만필터를 이용한 스크러버 팬 모니터링 장치 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.A technical problem to be achieved by the present invention is to provide a scrubber fan monitoring apparatus and method using an adaptive Kalman filter for extracting characteristic values in the time domain using the adaptive Kalman filter and diagnosing whether or not a scrubber fan has failed.

또한, 칼만필터와 확률 통계 이론의 융합으로 스크러버 팬의 고장 검출에 필요한 시간 영역의 특징값 추출 및 임계값 조정 문제를 동시에 해결하기 위한 적응형 칼만필터를 이용한 스크러버 팬 모니터링 장치 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.In addition, to provide a scrubber fan monitoring device and method using an adaptive Kalman filter to simultaneously solve the problem of extracting feature values in the time domain and adjusting the threshold required for fault detection of the scrubber fan by convergence of the Kalman filter and probability statistics theory. It is for

이러한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 적응형 칼만 필터를 이용한 스크러버 팬 모니터링 장치는, 센서로부터 수집된 원시데이터를 저장하는 저장부; 상기 저장된 원시데이터를 이용하여 관측데이터를 생성하는 관측데이터 생성부; 상기 관측데이터를 적응형 칼만필터에 입력하여 고주파 잡음이 제거된 관측데이터를 추정하는 추정데이터를 출력하는 칼만필터링부; 상기 적응형 칼만필터에서 추정된 추정데이터를 이용하여 정규화된 통계적 데이터를 특징값으로 추출하는 특징값 추출부; 및 설정 시간 동안 상기 추출된 특징값이 기 설정된 임계값을 초과하는 횟수를 카운트하여 상기 스크러버 팬의 고장 유무를 판단하는 고장 판단부를 포함한다.An apparatus for monitoring a scrubber fan using an adaptive Kalman filter according to an embodiment of the present invention to achieve this technical problem includes a storage unit for storing raw data collected from a sensor; an observation data generating unit generating observation data using the stored raw data; a Kalman filtering unit inputting the observed data to an adaptive Kalman filter and outputting estimated data for estimating the observed data from which high-frequency noise has been removed; a feature value extractor extracting normalized statistical data as feature values using the estimation data estimated by the adaptive Kalman filter; and a failure determination unit counting the number of times the extracted characteristic value exceeds a preset threshold value for a set time period to determine whether the scrubber fan is out of order.

또한, 상기 적응형 칼만필터는 상태변수를 예측하는 예측단계 및 측정과 예측값 사이의 오차를 보정하는 보정단계를 포함하는 표준 칼만필터에 공정 잡음 분산을 추정하는 적응단계가 결합된 재귀 알고리즘일 수 있다.In addition, the adaptive Kalman filter may be a recursive algorithm in which an adaptation step of estimating process noise variance is combined with a standard Kalman filter including a prediction step of predicting a state variable and a correction step of correcting an error between a measurement and a predicted value. .

또한, 상기 칼만필터링부는 상기 보정단계에서 관측 잡음 분산을 실제 관측데이터의 잡음 분산보다 큰 값으로 설정하여 상기 관측데이터에 포함된 고주파 잡음을 제거하고, 관측데이터의 통계적 특성 변화에 적응하고 결함에 따른 고주파 성분이 포함된 상기 추정데이터를 출력하기 위해, 상기 적응단계에서 다음의 수학식에 의해 공정 잡음 분산을 추정할 수 있다.In addition, the Kalman filtering unit removes high-frequency noise included in the observation data by setting the observation noise variance to a value larger than the noise variance of the actual observation data in the correction step, adapts to changes in statistical characteristics of the observation data, and In order to output the estimated data including high-frequency components, process noise variance may be estimated by the following equation in the adaptation step.

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서, Q(k)는 공정 잡음 분산, S(k)는 스케일링 팩터, M(k)은 잔차 분산이다. Here, Q(k) is the process noise variance, S(k) is the scaling factor, and M(k) is the residual variance.

또한, 상기 특징값 추출부는 상기 적응형 칼만필터에서 추정된 추정데이터와 관련 수치 데이터를 이용하여 확률통계 이론을 기반으로 하는 정규화된 통계적 데이터를 상기 특징값으로 추출하되, 다음의 수학식에 의해 상기 특징값을 추출할 수 있다.In addition, the feature value extractor extracts normalized statistical data based on the probability statistics theory as the feature value using the estimated data estimated by the adaptive Kalman filter and related numerical data, feature values can be extracted.

Figure pat00002
Figure pat00002

여기서,

Figure pat00003
는 특징값,
Figure pat00004
는 상태 교정 성분,
Figure pat00005
는 상태교정 성분의 분산,
Figure pat00006
는 칼만 이득,
Figure pat00007
는 이노베이션(innovation) 분산이다.here,
Figure pat00003
is the feature value,
Figure pat00004
is the state correction component,
Figure pat00005
is the variance of the state correction component,
Figure pat00006
is the Kalman gain,
Figure pat00007
is the innovation variance.

또한, 상기 고장 판단부는 상기 설정 시간 동안 상기 추출된 특징값이 기 설정된 임계값을 초과하는 횟수를 카운트하여, 상기 카운트 횟수가 상기 설정 시간 동안 상기 스크러버 팬 모터의 회전수를 초과하는 경우 상기 스크러버 팬의 고장으로 판단하고, 상기 임계값은 상기 추출된 특징값에 따른 신뢰구간으로 기 설정될 수 있다.In addition, the failure determination unit counts the number of times the extracted characteristic value exceeds a preset threshold value for the set time period, and if the count exceeds the number of revolutions of the scrubber fan motor for the set time period, the scrubber fan It is determined as a failure of , and the threshold value may be preset as a confidence interval according to the extracted feature value.

또한, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 적응형 칼만 필터를 이용한 스크러버 팬 모니터링 방법은, 센서로부터 수집된 원시데이터를 저장하는 단계; 상기 저장된 원시데이터를 이용하여 관측데이터를 생성하는 단계; 상기 관측데이터를 적응형 칼만필터에 입력하여 고주파 잡음이 제거된 관측데이터를 추정하는 추정데이터를 출력하는 단계; 상기 적응형 칼만필터에서 추정된 추정데이터를 이용하여 정규화된 통계적 데이터를 특징값으로 추출하는 단계; 및 설정 시간 동안 상기 추출된 특징값이 기 설정된 임계값을 초과하는 횟수를 카운트하여 상기 스크러버 팬의 고장 유무를 판단하는 단계를 포함한다.In addition, a scrubber fan monitoring method using an adaptive Kalman filter according to another embodiment of the present invention includes storing raw data collected from a sensor; generating observation data using the stored raw data; outputting estimation data for estimating observation data from which high-frequency noise has been removed by inputting the observation data to an adaptive Kalman filter; extracting normalized statistical data as feature values using estimated data estimated by the adaptive Kalman filter; and counting the number of times the extracted characteristic value exceeds a predetermined threshold value for a set time period to determine whether or not the scrubber fan is out of order.

이때, 상기 적응형 칼만필터는 상태변수를 예측하는 예측단계 및 측정과 예측값 사이의 오차를 보정하는 보정단계를 포함하는 표준 칼만필터에 공정 잡음 공분산을 추정하는 적응단계가 결합된 재귀 알고리즘일 수 있다.In this case, the adaptive Kalman filter may be a recursive algorithm in which an adaptation step of estimating a process noise covariance is combined with a standard Kalman filter including a prediction step of predicting a state variable and a correction step of correcting an error between a measurement and a predicted value. .

또한, 상기 추정데이터를 출력하는 단계는 상기 보정단계에서 관측 잡음 분산을 실제 관측데이터의 잡음 분산보다 큰 값으로 설정하여 상기 관측데이터에 포함된 고주파 잡음을 제거하고, 관측데이터의 통계적 특성 변화에 적응하고 결함에 따른 고주파 성분이 포함된 상기 추정데이터를 출력하기 위해, 상기 적응단계에서 다음의 수학식에 의해 공정 잡음 분산을 추정할 수 있다.In addition, in the step of outputting the estimated data, the high-frequency noise included in the observation data is removed by setting the observation noise variance to a value larger than the noise variance of the actual observation data in the correction step, and adapts to changes in statistical characteristics of the observation data. In order to output the estimated data including the high-frequency component according to the defect, the process noise variance may be estimated by the following equation in the adaptation step.

Figure pat00008
Figure pat00008

여기서, Q(k)는 공정 잡음 분산, S(k)는 스케일링 팩터, M(k)은 잔차 분산이다. Here, Q(k) is the process noise variance, S(k) is the scaling factor, and M(k) is the residual variance.

또한, 상기 특징값으로 추출하는 단계는, 상기 적응형 칼만필터에서 추정된 추정데이터와 관련 수치데이터를 이용하여 확률통계 이론을 기반으로 하는 정규화된 통계적 데이터를 상기 특징값으로 추출하되, 다음의 수학식에 의해 상기 특징값을 추출할 수 있다.In addition, the step of extracting as the feature value extracts normalized statistical data based on the probability statistics theory as the feature value using the estimated data estimated by the adaptive Kalman filter and related numerical data, The feature value can be extracted by Eq.

Figure pat00009
Figure pat00009

여기서,

Figure pat00010
는 특징값,
Figure pat00011
는 상태 교정 성분,
Figure pat00012
는 상태교정 성분의 분산,
Figure pat00013
는 칼만 이득,
Figure pat00014
는 이노베이션(innovation) 분산이다.here,
Figure pat00010
is the feature value,
Figure pat00011
is the state correction component,
Figure pat00012
is the variance of the state correction component,
Figure pat00013
is the Kalman gain,
Figure pat00014
is the innovation variance.

또한, 상기 스크러버 팬의 고장 유무를 판단하는 단계는 상기 설정 시간 동안 상기 추출된 특징값이 기 설정된 임계값을 초과하는 횟수를 카운트하여, 상기 카운트 횟수가 상기 설정 시간 동안 상기 스크러버 팬 모터의 회전수를 초과하는 경우 상기 스크러버 팬의 고장으로 판단하고, 상기 임계값은 상기 추출된 특징값에 따른 신뢰구간으로 기 설정될 수 있다. In addition, the step of determining whether the scrubber fan is out of order is to count the number of times the extracted feature value exceeds a preset threshold value during the set time period, and the count number is the number of rotations of the scrubber fan motor during the set time period If it exceeds , it is determined that the scrubber fan is out of order, and the threshold value may be preset as a confidence interval according to the extracted feature value.

이와 같이 본 발명에 따르면, 적응형 칼만필터를 이용하여 시간 영역의 특징값을 추출하고 스크러버 팬의 고장 유무를 진단할 수 있어 고장 검출의 정확도를 개선할 수 있는 효과가 있다.As such, according to the present invention, it is possible to extract feature values in the time domain using the adaptive Kalman filter and diagnose whether or not the scrubber fan has a failure, thereby improving the accuracy of failure detection.

또한 본 발명에 따르면, 칼만필터와 확률 통계 이론의 융합으로 스크러버 팬의 고장 검출에 필요한 시간 영역의 특징값 추출 및 임계값 조정 문제를 동시에 해결할 수 있어 고장 검출 정확도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, according to the present invention, the problem of extracting feature values in the time domain and adjusting the threshold required for fault detection of the scrubber fan can be solved at the same time by convergence of the Kalman filter and probability statistics theory, thereby improving the fault detection accuracy.

또한 본 발명에 따르면, 시간 영역 (time domain) 분석 기법으로 실시간으로 데이터가 생성되는 순간마다 처리하므로 주파수 분석 기법 대비 처리 지연이 거의 없이 모니터링을 수행할 수 있고, 스크러버 팬의 비정상 상태를 조기에 감지할 수 있으므로 유지보수 일정 계획 수립에 유용하게 활용할 수 있는 효과가 있다.In addition, according to the present invention, since data is processed in real time in real time using a time domain analysis technique, monitoring can be performed with almost no processing delay compared to frequency analysis techniques, and abnormal conditions of the scrubber fan can be detected at an early stage. Therefore, it has the effect of being useful in establishing a maintenance schedule.

또한 본 발명에 따르면, 다양한 회전기계 시스템의 고장 검출에 유용하게 사용할 수 있다.In addition, according to the present invention, it can be usefully used for failure detection of various rotating machine systems.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 적응형 칼만필터를 이용한 스크러버 팬 모니터링 장치를 나타낸 블록구성도이다.
도 2는 도 1의 원시데이터 시퀸스를 도시한 도면이다.
도 3은 도 1의 칼만필터링부의 구조를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 적응형 칼만필터를 이용한 스크러버 팬 모니터링 방법의 동작 흐름을 도시한 순서도이다.
1 is a block diagram showing a scrubber fan monitoring apparatus using an adaptive Kalman filter according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a raw data sequence of FIG. 1 .
FIG. 3 is a diagram showing the structure of the Kalman filtering unit of FIG. 1 by way of example.
4 is a flow chart illustrating an operation flow of a scrubber fan monitoring method using an adaptive Kalman filter according to an embodiment of the present invention.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In this process, the thickness of lines or the size of components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of description.

또한 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.In addition, terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to the intention or custom of a user or operator. Therefore, definitions of these terms will have to be made based on the content throughout this specification.

이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.

먼저, 도 1 내지 도 3을 통해 본 발명의 실시 예에 따른 적응형 칼만필터를 이용한 스크러버 팬 모니터링 장치에 대하여 설명한다.First, an apparatus for monitoring a scrubber fan using an adaptive Kalman filter according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3 .

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 적응형 칼만필터를 이용한 스크러버 팬 모니터링 장치를 나타낸 블록구성도이다.1 is a block diagram showing a scrubber fan monitoring apparatus using an adaptive Kalman filter according to an embodiment of the present invention.

도 1에서와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 적응형 칼만필터를 이용한 스크러버 팬 모니터링 장치(100)는, 저장부(110), 관측데이터 생성부(120), 칼만필터링부(130), 특징값 추출부(140) 및 고장 판단부(150)를 포함한다.As shown in FIG. 1, the apparatus 100 for monitoring a scrubber fan using an adaptive Kalman filter according to an embodiment of the present invention includes a storage unit 110, an observation data generation unit 120, a Kalman filtering unit 130, and a characteristic value. It includes an extraction unit 140 and a failure determination unit 150.

먼저 저장부(110)는 센서(200)로부터 수집된 일정량의 원시데이터를 저장한다.First, the storage unit 110 stores a certain amount of raw data collected from the sensor 200 .

이때, 센서(200)는 스크러버 팬에 부착되거나 스크러버 팬의 근처에서 소음 레벨을 측정하기 위한 것으로, 자세히는 스크러버 팬과 모터 측의 진동가속도를 측정하기 위한 진동가속도센서가 적용될 수 있다.At this time, the sensor 200 is attached to the scrubber fan or for measuring the noise level near the scrubber fan, and in detail, a vibration acceleration sensor for measuring the vibration acceleration of the scrubber fan and the motor side can be applied.

또한, 저장부(110)는 버퍼일 수 있다.Also, the storage unit 110 may be a buffer.

그리고 관측데이터 생성부(120)는 저장부(110)에 저장된 원시데이터를 이용하여 관측데이터를 생성한다.The observation data generation unit 120 generates observation data using raw data stored in the storage unit 110 .

즉, 관측데이터 생성부(120)는 버퍼에 저장된 원시데이터를 전처리하여 평균, RMS, 최대값 등 적응형 칼만필터로 입력되는 관측데이터를 생성한다. 이때, 관측 데이터의 통계적 특성은 시스템의 운행시간 및 운전속도에 따라 변동될 수 있다.That is, the observation data generation unit 120 pre-processes the raw data stored in the buffer to generate observation data input to the adaptive Kalman filter, such as average, RMS, and maximum values. At this time, the statistical characteristics of the observation data may vary according to the operating time and operating speed of the system.

도 2는 도 1의 원시데이터 시퀸스를 도시한 도면이다.FIG. 2 is a diagram showing a raw data sequence of FIG. 1 .

도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 버퍼는 슬라이딩 윈도우 개념의 버퍼가 적용되며, 원시데이터(raw data)가 들어오는 순으로 보드에서 메모리를 할당하여 원시데이터를 채워나간다.As shown in FIG. 2, the buffer according to the embodiment of the present invention is applied with a buffer of a sliding window concept, and the raw data is filled by allocating memory on the board in the order in which raw data is received.

이때, 관측데이터 생성부(120)는 설정된 버퍼 사이즈(n)의 인덱스 각각에 데이터가 모두 채워지면 첫번째 관측데이터를 생성하고, 그 다음부터는 다시 버퍼의 첫번째 인덱스부터 데이터를 채워 나가되 버퍼의 반이 새로운 데이터로 채워지면 버퍼 내 모든 데이터를 이용하여 두번째 관측데이터를 생성하고, 연이어 버퍼의 나머지 반이 새로운 데이터로 갱신되면 버퍼 내 모든 데이터를 이용하여 세번째 관측데이터를 생성한다. 이후 동일한 방법으로 N번째 관측데이터를 생성한다. 따라서 버퍼 사이즈는 짝수(even number)로 설정되는 것이 바람직하다.At this time, the observation data generating unit 120 generates the first observation data when all the data is filled in each index of the set buffer size (n), and then fills the data from the first index of the buffer again, but half of the buffer is new. When it is filled with data, the second observation data is created using all the data in the buffer, and when the other half of the buffer is subsequently updated with new data, the third observation data is created using all the data in the buffer. Thereafter, the Nth observation data is generated in the same way. Therefore, it is preferable to set the buffer size to an even number.

그러므로 임의의 잇단 두 관측데이터가 생성될 때 사용되는 원시데이터 사이에는 버퍼 사이즈(n)의 50%에 해당하는 공통부분(overlap)이 존재하며, 이와 같이 공통의 원시데이터를 고려하는 이유는 보다 매끄러운(smooth) 관측데이터 신호 파형을 얻기 위함이다.Therefore, there is an overlap corresponding to 50% of the buffer size (n) between the raw data used when two consecutive observation data are generated, and the reason for considering the common raw data is smoother. (smooth) This is to obtain the observation data signal waveform.

그리고 칼만필터링부(130)는 관측데이터 생성부(120)에서 생성된 관측데이터를 공정 잡음 분산을 스스로 갱신하는 적응형 칼만필터에 입력하여 고주파 잡음이 제거된 관측데이터를 추정하는 추정데이터(즉, 데이터 여과 과정의 산출물로서 추정된 관측 데이터)를 출력한다.In addition, the Kalman filtering unit 130 inputs the observation data generated by the observation data generator 120 to an adaptive Kalman filter that self-updates the process noise variance, thereby estimating the observation data from which high-frequency noise has been removed (that is, estimated data). As an output of the data filtering process, estimated observational data) is output.

본 발명의 실시 예에 따른 칼만필터링부(130)에서 적응형 칼만필터(Adaptive Kalman Filter)는 상태변수를 예측하는 예측단계(prediction phase) 및 측정과 예측값 사이의 오차를 보정하는 보정단계(correction phase)를 포함하는 표준 칼만필터에 공정 잡음 분산을 추정하는 적응단계(adaptation phase)가 결합된 재귀 알고리즘이다. 이때, 적응형 칼만필터가 추정하고자 하는 상태변수는 관측데이터이고, 상태변수의 상태전이를 예측하기 위해 사용하는 모델은 무작위 보행 모델일 수 있다.In the Kalman filtering unit 130 according to an embodiment of the present invention, the adaptive Kalman filter includes a prediction phase of predicting a state variable and a correction phase of correcting an error between a measurement and a predicted value. It is a recursive algorithm that combines a standard Kalman filter including ) with an adaptation phase for estimating process noise variance. In this case, the state variable to be estimated by the adaptive Kalman filter is observation data, and the model used to predict the state transition of the state variable may be a random walking model.

자세히는, 표준 칼만필터는 예측단계와 보정단계로 이루어지며, 표준 칼만필터는 공정 잡음과 관측 잡음에 대한 연역적 지식(공정 잡음 분산과 관측 잡음 분산의 불변을 가정)을 필요로 하므로 칼만필터의 성능은 분산의 설정 값에 영향을 받는다.In detail, the standard Kalman filter consists of a prediction step and a correction step, and since the standard Kalman filter requires a priori knowledge of process noise and observation noise (assuming that the process noise variance and the observed noise variance are invariant), the performance of the Kalman filter is affected by the set value of variance.

통상, 칼만필터링부(130)는 표준 칼만필터에서 관측 잡음 분산을 크게 설정하면 관측데이터의 고주파 변동에 둔감한 경향이 있으며, 따라서 칼만필터의 관측 잡음 분산을 실제 관측데이터의 잡음 분산보다 큰 값으로 설정하여 관측데이터에 포함된 고주파 잡음을 적절히 제거할 수 있다.In general, the Kalman filtering unit 130 tends to be insensitive to high-frequency fluctuations of the observation data when the observation noise variance is set high in the standard Kalman filter, and therefore, the observation noise variance of the Kalman filter is set to a value larger than the noise variance of the actual observation data. By setting it, high-frequency noise included in the observation data can be properly removed.

한편, 칼만필터링부(130)는 표준 칼만필터에서 관측 잡음 분산이 일정한 값으로 설정된 경우, 칼만필터는 공정 잡음 분산이 클수록 관측데이터의 고주파 변동에 민감해지는 경향이 있으며, 따라서 관측 잡음을 적절히 제거하기 위해서는 공정 잡음 분산을 작게 유지되는 것이 바람직하고, 결함에 따른 고주파 성분이 포함된 관측데이터가 입력되는 순간에는 공정 잡음 분산을 키워 상기 고장에 따른 고주파 성분이 포함된 관측데이터를 적절히 추정하도록 만들 필요가 있다.Meanwhile, when the observation noise variance is set to a constant value in the standard Kalman filter, the Kalman filtering unit 130 tends to be sensitive to high-frequency fluctuations of the observation data as the process noise variance increases, so that the observation noise can be properly removed. For this purpose, it is desirable to keep the variance of process noise small, and at the moment when observation data including high-frequency components due to defects is input, it is necessary to increase the variance of process noise so that the observation data including high-frequency components due to the failure can be appropriately estimated. there is.

그리고 적응형 칼만필터는 표준 칼만필터(예측단계 + 보정단계)와 공정 잡음 분산을 가변하기 위해 추정하는 적응단계가 결합된 형태이다.The adaptive Kalman filter is a combination of a standard Kalman filter (prediction step + correction step) and an adaptation step for estimating process noise variance.

본 발명의 실시 예에 따른 적응형 칼만필터에서 관측 잡음 분산은 시불변으로 가정하고, 적응형 칼만필터는 적응단계를 통해 공정 잡음 분산을 실시간 추정하여 갱신함으로써 고주파 잡음이 제거된 관측데이터 즉, 추정데이터를 추정한다.In the adaptive Kalman filter according to an embodiment of the present invention, the observation noise variance is assumed to be time-invariant, and the adaptive Kalman filter estimates and updates the process noise variance in real time through an adaptation step, thereby removing high-frequency noise, i.e., estimation. estimate the data.

일반적으로 스크러버와 같은 고속 회전기계의 결함은 관측데이터에 고주파 성분을 야기하는데, 본 발명의 실시 예에 따른 적응형 칼만필터는 고주파 잡음을 적절히 제거하면서 결함에 따른 주기적인 고주파 성분의 관측데이터는 적절히 여과(추정)하여 출력한다.In general, defects in high-speed rotating machines such as scrubbers cause high-frequency components in observed data. The adaptive Kalman filter according to an embodiment of the present invention appropriately removes high-frequency noise while providing observation data with periodic high-frequency components due to defects. Output after filtering (estimating).

적응형 칼만필터가 고려하는 상태변수(고주파 잡음이 제거된 관측데이터)는 스칼라(scalar) 변수이며 추정하고자 하는 상태변수의 상태전이(state transition) 모델이 알려져 있지 않으므로 본 발명의 실시 예에서는 상태변수의 상태전이 모델로서 무작위 보행 모델을 도입한다.The state variables (observed data from which high-frequency noise is removed) considered by the adaptive Kalman filter are scalar variables and the state transition model of the state variable to be estimated is not known, so in the embodiment of the present invention, the state variable We introduce a random walking model as a state transition model of .

이때, 상태변수는 다음의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.At this time, the state variable can be expressed as in Equation 1 below.

Figure pat00015
Figure pat00015

여기서,

Figure pat00016
는 상태변수,
Figure pat00017
는 평균이 0이고 분산이
Figure pat00018
인 공정 잡음이다.here,
Figure pat00016
is the state variable,
Figure pat00017
has a mean of 0 and a variance of
Figure pat00018
is process noise.

또한, 관측 모델은 다음의 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.In addition, the observation model can be expressed as Equation 2 below.

Figure pat00019
Figure pat00019

여기서,

Figure pat00020
는 관측데이터 생성부(120)에서 생성된 관측데이터,
Figure pat00021
는 평균이 0이고, 분산이
Figure pat00022
인 관측 잡음이다.here,
Figure pat00020
Is the observation data generated by the observation data generating unit 120,
Figure pat00021
has a mean of 0 and a variance of
Figure pat00022
is the observation noise.

수학식 1 및 2로부터 적응형 칼만필터의 재귀 알고리즘에 나타난 파라미터는 F(천이행렬)=1, H(관측행렬)=1로 결정된다.Parameters shown in the recursive algorithm of the adaptive Kalman filter from Equations 1 and 2 are determined as F (transition matrix) = 1 and H (observation matrix) = 1.

이와 같은 적응형 칼만필터의 재귀 알고리즘은 다음과 같다.The recursive algorithm of such an adaptive Kalman filter is as follows.

도 3은 도 1의 칼만필터링부(130)의 구조를 예시적으로 도시한 도면이다.FIG. 3 is a diagram showing the structure of the Kalman filtering unit 130 of FIG. 1 by way of example.

도 3에서와 같이 적응형 칼만필터는 예측단계, 보정단계, 적응단계 순으로 이루어지며 먼저 예측단계에서 다음의 수학식 3과 같이 상태변수와 추정 분산(estimate variance)을 각각 예측할 수 있다.As shown in FIG. 3, the adaptive Kalman filter is performed in the order of a prediction step, a correction step, and an adaptation step. First, in the prediction step, a state variable and an estimated variance can be predicted as shown in Equation 3 below.

Figure pat00023
Figure pat00023

Figure pat00024
Figure pat00024

이때,

Figure pat00025
는 무작위 보행 모델에 의해 스텝 k-1에서 추정한 상태변수가 스텝 k에서 상태변수의 예측값이다. 그리고
Figure pat00026
는 스텝 k-1에서 추정된 P(k-1)과 공정 잡음 분산
Figure pat00027
의 합으로 스텝 k의 추정 분산 예측값이다.At this time,
Figure pat00025
is the state variable estimated at step k-1 by the random walk model and the predicted value of the state variable at step k. and
Figure pat00026
is the estimated P(k-1) at step k-1 and the process noise variance
Figure pat00027
The sum of is the estimated variance prediction value of step k.

그리고 보정단계에서는 수학식 4에 의해 다음의 값들을 각각 계산할 수 있다.And in the correction step, the following values can be calculated by Equation 4, respectively.

Figure pat00028
Figure pat00028

Figure pat00029
Figure pat00029

Figure pat00030
Figure pat00030

Figure pat00031
Figure pat00031

Figure pat00032
Figure pat00032

이때,

Figure pat00033
는 관측데이터와 예측값 사이의 오차(즉, 이노베이션(innovation)이고,
Figure pat00034
는 예측한 추정 분산과 관측 잡음 분산과의 합(즉, 이노베이션 분산),
Figure pat00035
는 예측한 추정 분산과 이노베이션 분산의 비(즉, 칼만 이득(Kalman Gain)),
Figure pat00036
는 이노베이션과 칼만 이득으로 예측값을 보정하여 계산되는 상태변수 추정값,
Figure pat00037
는 칼만 이득을 이용하여 예측한 추정 분산을 보정한 추정 분산이다.At this time,
Figure pat00033
is the error between the observed data and the predicted value (i.e., innovation),
Figure pat00034
is the sum of the predicted estimated variance and the observed noise variance (i.e., the innovation variance),
Figure pat00035
is the ratio of the predicted estimated variance and the innovation variance (i.e., Kalman Gain),
Figure pat00036
is the state variable estimate calculated by correcting the predicted value with the innovation and Kalman gain,
Figure pat00037
is the estimated variance corrected for the estimated variance predicted using the Kalman gain.

도 3에서 관측 잡음 공분산은 모든 스텝 k에서 일정한 것으로 가정한다(즉, R(k)=R).In Fig. 3, the observed noise covariance is assumed to be constant at every step k (i.e., R(k)=R).

또한, 일반적으로 칼만필터링 기법은 관측 잡음 분산(R)이 작을수록 예측값보다 관측 데이터를 더욱 신뢰하는 경향이 있다. 예를 들어, 관측 잡음 분산을 R=0으로 설정하면, 칼만 이득 K(k)=1이 되며, 칼만필터는 고주파 잡음이 포함된 관측 데이터를 그대로 추정값으로 출력한다(즉,

Figure pat00038
).In addition, in general, the Kalman filtering technique tends to trust the observed data more than the predicted value as the observation noise variance (R) is small. For example, if the observation noise variance is set to R = 0, the Kalman gain K (k) = 1, and the Kalman filter outputs observation data containing high-frequency noise as an estimated value (ie,
Figure pat00038
).

따라서, 본 발명의 실시 예에서 적응형 칼만필터가 관측 데이터에 포함된 고주파 잡음을 거르기 위해서는 관측 잡음 분산(R)을 센서(200)로부터 도출된 실제 관측데이터의 잡음 분산보다 비교적 큰 값으로 설정하는 것이 권장되며, 이때, 관측 잡음 분산(R)이 너무 크게 설정될 경우 고주파 신호에 대한 민감도가 떨어지므로 장치 및 센서 유형에 맞도록 적절하게 설정되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 권장사항은 본 발명의 실시 예에서 관측 잡음 분산(R)을 조절하여 고주파 잡음 및 신호에 대한 칼만필터의 민감도가 알고리즘 실행 전 선행될 수 있음을 환기한다.Therefore, in an embodiment of the present invention, in order for the adaptive Kalman filter to filter out the high-frequency noise included in the observation data, the observation noise variance R is set to a value relatively larger than the noise variance of the actual observation data derived from the sensor 200. At this time, if the observation noise variance (R) is set too large, sensitivity to high-frequency signals decreases, so it is desirable to set it appropriately to suit the type of device and sensor. That is, the above recommendation recalls that in an embodiment of the present invention, the sensitivity of the Kalman filter to high-frequency noise and signals can be preceded before the algorithm is executed by adjusting the observed noise variance (R).

또한, 시스템의 운행조건이 달라짐에 따라 관측데이터의 통계적 특성(분산)이 시시각각 변화할 수 있다. 이때, 관측데이터 분산의 변화 요인이 관측데이터에 포함된 잡음의 통계적 특성(분산)이 변화한 것으로 해석되어서는 안된다. 상술한 바와 같이 적응형 칼만필터에서 관측 잡음 분산은 항상 일정하다. 따라서, 본 발명의 실시 예에서 적응형 칼만필터는 상기 관측데이터 분산의 변화를 상태전이모델(즉, 무작위 보행 모델)에서 모델 불확실성(즉, 공정 잡음 분산)이 변화한 것으로 간주하며 상태변수(관측데이터) 추정에 필요한 공정 잡음 분산을 가변하기 위해 상기 공정 잡음 분산을 추정하는 적응단계를 포함하는 것이 바람직하다.In addition, as the operating conditions of the system change, the statistical characteristics (variance) of the observed data may change from moment to moment. At this time, the factor of change in the variance of the observed data should not be interpreted as a change in the statistical characteristics (variance) of the noise included in the observed data. As described above, the observed noise variance is always constant in the adaptive Kalman filter. Therefore, in an embodiment of the present invention, the adaptive Kalman filter considers the change in the variance of the observation data as a change in the model uncertainty (ie, process noise variance) in the state transition model (ie, the random walk model), and the state variable (observed Data) It is preferable to include an adaptation step of estimating the process noise variance to vary the process noise variance required for estimation.

마지막으로, 적응단계에서 다음의 수학식 5에 의해 공정 잡음 분산을 추정할 수 있다.Finally, in the adaptation step, process noise variance can be estimated by Equation 5 below.

Figure pat00039
Figure pat00039

여기서, Q(k)는 공정 잡음 분산, S(k)는 스케일링 팩터, M(k)은 잔차 분산(Residual variance)이다.Here, Q(k) is the process noise variance, S(k) is the scaling factor, and M(k) is the residual variance.

이때, 잔차는 칼만필터의 상태변수 추정값과 관측데이터 사이의 오차를 의미한다.In this case, the residual means an error between the estimated value of the state variable of the Kalman filter and the observed data.

공정 잡음 분산과 잔차 분산은 양의 상관관계에 있다. 따라서, 공정 잡음 분산을 추정하는 방법 중 하나는 스텝 k에서 추정한 잔차 분산을 k+1에서 공정 잡음 분산으로 활용하는 것일 수 있다. 크기 N의 이동하는 관측 창(Sliding observation window) 내의 잔차 데이터를 이용하여 잔차 공분산은 다음의 수학식 6과 같이 추정된다.Process noise variance and residual variance are positively correlated. Accordingly, one of the methods for estimating the process noise variance may be to use the residual variance estimated at step k as the process noise variance at k+1. Using residual data within a sliding observation window of size N, the residual covariance is estimated as shown in Equation 6 below.

Figure pat00040
Figure pat00040

여기서,

Figure pat00041
이고, 적응형 칼만필터의 초기화 단계에서 j<0에 대한
Figure pat00042
는 모두 0으로 설정하는 것이 바람직하다.here,
Figure pat00041
, and for j<0 in the initialization step of the adaptive Kalman filter
Figure pat00042
It is desirable to set all to 0.

실제 관측데이터의 잡음 레벨을 고려하여 초기화 단계에서 R이 고정되므로 정상상태(steady-state condition)에서 칼만필터는 공정 잡음 분산이 작아질수록 칼만 이득이 감소하여 관측데이터의 고주파 변동에 둔감해지며, 반대의 경우 칼만 이득의 증가로 관측데이터의 고주파 변동에 민감해진다. 적응형 칼만필터가 고주파 관측 잡음에는 둔감하면서 결함에 따른 주기적인 고주파 신호에는 민감하게 반응하기 위해서는 공정 잡음 분산의 가변 속도가 중요하다. 공정 잡음 공분산의 가변 속도는 칼만필터의 수렴성과 관련이 있다.Since R is fixed at the initialization stage in consideration of the noise level of the actual observed data, in a steady-state condition, the Kalman filter becomes insensitive to high-frequency fluctuations of the observed data as the process noise variance decreases, the Kalman gain decreases, In the opposite case, as the Kalman gain increases, it becomes sensitive to high-frequency fluctuations in the observation data. In order for the adaptive Kalman filter to respond sensitively to periodic high-frequency signals caused by defects while being insensitive to high-frequency observation noise, the variable rate of process noise variance is important. The rate of change of the process noise covariance is related to the convergence of the Kalman filter.

따라서 적응형 칼만필터의 수렴 속도는 공정 잡음 공분산이 빠르게 증가하고 감소할 수 있도록 스케일링(페이딩) 팩터를 이용하여 잔차 공분산을 추가적으로 보상해 줌으로써(수학식 5와 같이 S(k)를 M(k)에 곱해 줌으로써) 개선될 수 있다.Therefore, the convergence speed of the adaptive Kalman filter is increased by additionally compensating the residual covariance using a scaling (fading) factor so that the process noise covariance can increase and decrease rapidly (S(k) as M(k) as shown in Equation 5). by multiplying by ) can be improved.

이때, 스케일링 팩터는 '상태교정 성분(

Figure pat00043
)이 평균이 0이고 공분산이 G(k)인 확률 변수' 라는 가정을 기반으로 유도되며 다음의 수학식 7과 같이 결정된다.At this time, the scaling factor is the 'state correction component (
Figure pat00043
) is derived based on the assumption that 'a random variable with a mean of 0 and a covariance of G(k)' is determined by Equation 7 below.

Figure pat00044
Figure pat00044

여기서,

Figure pat00045
Figure pat00046
는 각각 상태교정 성분의 분산(G(k))을 관측 창 내의 데이터를 이용하여 수치적으로 계산된 추정값과 정상상태 가정을 기반으로 칼만필터가 가진 통계적 정보를 이용하여 얻은 근사값으로, 각각 다음의 수학식 8과 같이 구할 수 있다.here,
Figure pat00045
and
Figure pat00046
is an approximate value obtained by using the statistical information possessed by the Kalman filter based on the estimated value calculated numerically using the data within the observation window and the steady-state assumption of the variance (G(k)) of each state correction component, respectively. It can be obtained as in Equation 8.

Figure pat00047
Figure pat00047

Figure pat00048
Figure pat00048

이때,

Figure pat00049
는 정상상태에서 칼만 이득이 일정(constant)하다는 가정과 함께 관계식
Figure pat00050
와 정의식
Figure pat00051
을 사용하여 다음의 수학식 9와 같이 유도될 수 있다.At this time,
Figure pat00049
is the relational expression with the assumption that the Kalman gain is constant in the steady state
Figure pat00050
and Jung Eui-sik
Figure pat00051
It can be derived as in Equation 9 below using

Figure pat00052
Figure pat00052

그리고 특징값 추출부(140)는 칼만필터링부(130)에서 추정된 추정데이터와 관련 수치데이터(부산물)를 이용하여 정규화된 통계적 데이터를 특징값으로 추출한다.The feature value extraction unit 140 extracts normalized statistical data as feature values using the estimated data estimated by the Kalman filtering unit 130 and related numerical data (by-products).

이때, 특징값 추출부(140)는 적응형 칼만필터에서 추정된 추정데이터와 관련 수치데이터(예측값, 칼만 이득, 이노베이션 분산 등 적응형 칼만필터가 추정데이터를 출력하는 과정에서 발생하는 부산물 데이터)를 이용하여 확률통계 이론을 기반으로 하는 정규화된 통계적 데이터를 특징값으로 추출하되, 다음의 수학식 10에 의해 특징값을 추출한다.At this time, the feature value extractor 140 extracts the estimated data estimated by the adaptive Kalman filter and related numerical data (by-product data generated in the process of outputting estimated data by the adaptive Kalman filter, such as predicted values, Kalman gains, and innovation variances). Normalized statistical data based on the probability statistics theory are extracted as feature values using Equation 10 below.

Figure pat00053
Figure pat00053

여기서,

Figure pat00054
는 특징값,
Figure pat00055
는 상태 교정 성분,
Figure pat00056
는 상태교정 성분의 분산,
Figure pat00057
는 칼만 이득,
Figure pat00058
는 이노베이션(innovation) 분산이다. here,
Figure pat00054
is the feature value,
Figure pat00055
is the state correction component,
Figure pat00056
is the variance of the state correction component,
Figure pat00057
is the Kalman gain,
Figure pat00058
is the innovation variance.

만약,

Figure pat00059
시퀸스가 표준정규분포를 따른다면
Figure pat00060
는 1 자유도를 가지는 카이자승(Chi-square) 분포를 따른다. 1 자유도 카이자승 분포의 99.5% 신뢰구간을 고려할 때, upper-tail 임계값은 7.879이다.if,
Figure pat00059
If the sequence follows the standard normal distribution
Figure pat00060
follows a Chi-square distribution with one degree of freedom. Considering the 99.5% confidence interval of the chi-square distribution with 1 degree of freedom, the upper-tail critical value is 7.879.

따라서,

Figure pat00061
는 99.5%의 정상 데이터이며,
Figure pat00062
는 0.5%의 비정상 데이터로 구분할 수 있다.thus,
Figure pat00061
is 99.5% normal data,
Figure pat00062
can be classified as 0.5% of abnormal data.

마지막으로 고장 판단부(150)는 특징값 추출부(140)에서 추출된 특징값이 설정 시간 동안 기 설정된 임계값을 초과하는 횟수를 카운트하여 스크러버 팬의 고장 유무를 판단한다.Finally, the failure determination unit 150 counts the number of times that the feature value extracted by the feature value extraction unit 140 exceeds a preset threshold value for a set time period, and determines whether the scrubber fan is out of order.

이때, 설정 시간은 고장 진단에 소요되는 시간으로 감시 주기로 기 설정된 시간이다.At this time, the set time is the time required for fault diagnosis and is a time preset as a monitoring cycle.

즉, 고장 판단부(150)는 특징값 추출부(140)에서 추출된 특징값이 설정 시간 동안 기 설정된 임계값을 초과하는 횟수를 카운트하여, 카운트된 횟수가 설정 시간 동안 스크러버 팬 모터의 회전수를 초과하는 경우 스크러버 팬의 고장으로 판단한다.That is, the failure determination unit 150 counts the number of times the feature value extracted by the feature value extraction unit 140 exceeds a preset threshold value for a set time period, and the counted number is the number of rotations of the scrubber fan motor during the set time period. If it exceeds , it is judged to be a failure of the scrubber fan.

다시말해 고장 판단부(150)는 특징값 추출부(140)에서 추출된 특징값이 신뢰구간 개념의 고정된 임계치를 벗어나는 변칙값(outliers)을 검출하여 스크러버 팬의 고장 유무를 판단한다.In other words, the failure determination unit 150 determines whether the scrubber fan is out of order by detecting outliers in which the feature value extracted by the feature value extraction unit 140 deviate from a fixed threshold of the concept of a confidence interval.

이때, 스크러버 팬 모터는 안전상 정격 rpm의 ±10% 범위내에서 운전되고 있음을 고려하고 스크러버 팬 모터의 회전수는 센서(200)에 의해 센싱되는 모터 RPM 데이터를 이용하여 고장 진단에 소요되는 시간 동안 모터의 회전수를 알아낼 수 있다.At this time, considering that the scrubber fan motor is operated within ±10% of the rated rpm for safety reasons, the rotation speed of the scrubber fan motor is determined during the time required for fault diagnosis using the motor RPM data sensed by the sensor 200. The number of revolutions of the motor can be found.

또한, 임계값은 상술한 바와 같이 추출된 특징값에 따른 신뢰구간으로 기 설정될 수 있다.In addition, the threshold value may be preset as a confidence interval according to the feature value extracted as described above.

이하에서는 도 4를 통해 본 발명의 실시 예에 따른 적응형 칼만필터를 이용한 스크러버 팬 모니터링 방법에 대하여 설명한다.Hereinafter, a scrubber fan monitoring method using an adaptive Kalman filter according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 4 .

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 적응형 칼만필터를 이용한 스크러버 팬 모니터링 방법의 동작 흐름을 도시한 순서도로서, 이를 참조하여 본 발명의 구체적인 동작을 설명한다.FIG. 4 is a flow chart illustrating an operational flow of a method for monitoring a scrubber fan using an adaptive Kalman filter according to an embodiment of the present invention. Referring to this flow chart, specific operations of the present invention will be described.

본 발명의 실시 예에 따르면, 먼저 저장부(110)가 센서(200)로부터 수집된 원시데이터를 저장한다(S10).According to an embodiment of the present invention, first, the storage unit 110 stores raw data collected from the sensor 200 (S10).

그 다음, 관측데이터 생성부(120)가 S10 단계에서 저장된 원시데이터를 이용하여 관측데이터를 생성한다(S20).Next, the observation data generation unit 120 generates observation data using the raw data stored in step S10 (S20).

그 다음, S20 단계에서 생성된 관측데이터를 칼만필터링부(130)에 입력하여 적응형 칼만필터가 고주파 잡음이 제거된 관측데이터를 추정하는 추정데이터를 출력한다(S30).Next, the observation data generated in step S20 is input to the Kalman filtering unit 130, and the adaptive Kalman filter outputs estimated data for estimating the observation data from which high-frequency noise has been removed (S30).

본 발명의 실시 예에 따른 적응형 칼만필터는 상태변수를 예측하는 예측단계 및 측정과 예측값 사이의 오차를 보정하는 보정단계를 포함하는 표준 칼만필터에 공정 잡음 공분산을 추정하는 적응단계가 결합된 재귀 알고리즘이다. 이때, 적응형 칼만필터가 추정하고자 하는 상태변수는 스칼라 변수이고 관측데이터일 수 있으며, 상기 상태변수의 상태전이를 예측하기 위해 사용하는 모델은 무작위 보행 모델일 수 있다.An adaptive Kalman filter according to an embodiment of the present invention is a recursion combining a standard Kalman filter including a prediction step of predicting state variables and a correction step of correcting errors between measured and predicted values, and an adaptation step of estimating the covariance of process noise. It is an algorithm. In this case, the state variable to be estimated by the adaptive Kalman filter may be a scalar variable or observed data, and a model used to predict the state transition of the state variable may be a random walking model.

따라서, S30 단계에서 칼만필터링부(130)는 보정단계에서 관측 잡음 분산을 실제 관측데이터의 잡음 분산보다 큰 값으로 설정하여 상기 관측데이터에 포함된 고주파 잡음을 적절히 제거하고, 예측단계(스텝 k+1)에서 필요한 공정 잡음 분산을 적응단계(스텝 k)에서 실시간 추정하여 사용함으로써 관측데이터의 통계적 특성 변화에 적응하고 결함에 따른 고주파 성분이 포함된 관측데이터를 적절히 추정할 수 있다. 상기 공정 잡음 분산은 적응단계에서 상기 수학식 5에 의해 추정된다.Therefore, in step S30, the Kalman filtering unit 130 sets the observation noise variance to a larger value than the noise variance of the actual observation data in the correction step to properly remove the high-frequency noise included in the observation data, and in the prediction step (step k+ By estimating and using the process noise variance required in 1) in real time in the adaptation step (step k), it is possible to adapt to changes in the statistical characteristics of the observation data and appropriately estimate the observation data including high-frequency components according to defects. The process noise variance is estimated by Equation 5 in the adaptation step.

그 다음, 특징값 추출부(140)가 S30 단계에서 추정된 추정데이터 및 수치데이터를 이용하여 정규화된 통계적 데이터를 특징값으로 추출한다(S40).Next, the feature value extraction unit 140 extracts normalized statistical data as feature values using the estimated data and numerical data estimated in step S30 (S40).

자세히는, S40 단계에서 특징값 추출부(140)는 추정데이터 및 수치데이터를 이용하여 확률통계 이론을 기반으로 하는 정규화된 통계적 데이터를 특징값으로 추출하되, 상기의 수학식 10에 의해 특징값을 추출한다.In detail, in step S40, the feature value extraction unit 140 extracts normalized statistical data based on the probability statistics theory as feature values using the estimated data and numerical data, and calculates the feature values by Equation 10 above. extract

그 다음, 고장 판단부(150)가 설정 시간 동안 S40 단계에서 추출된 특징값이 기 설정된 임계값을 초과하는 횟수를 카운트한다(S50, S60).Next, the failure determination unit 150 counts the number of times the feature value extracted in step S40 exceeds a preset threshold value during the set time (S50 and S60).

이때, 고장 판단부(150)는 S60 단계에서의 설정 시간 동안 카운트한 횟수가 스크러버 팬 모터의 회전수를 초과하는지 판단한다(S70).At this time, the failure determination unit 150 determines whether the number of times counted during the set time in step S60 exceeds the number of revolutions of the scrubber fan motor (S70).

S70 단계의 판단 결과, S60 단계에서의 카운트 횟수가 설정 시간 동안 스크러버 팬 모터의 회전수를 초과하면, 고장 판단부(150)는 스크러버 팬의 고장이 발생한 것으로 판단한다(S80).As a result of the determination in step S70, if the number of counts in step S60 exceeds the number of rotations of the scrubber fan motor for the set time, the failure determining unit 150 determines that the failure of the scrubber fan has occurred (S80).

만약, S60 단계에서의 설정 시간 동안 카운트한 횟수가 스크러버 팬 모터의 회전수를 초과하지 않으면 고장 판단부(150)는 스크러버 팬이 정상 구동중인 것으로 판단한다(S90).If the number of times counted during the set time in step S60 does not exceed the number of revolutions of the scrubber fan motor, the failure determination unit 150 determines that the scrubber fan is normally driven (S90).

이때, 임계값은 상술한 바와 같이 추출된 특징값에 따른 신뢰구간으로 기 설정될 수 있다. In this case, the threshold value may be preset as a confidence interval according to the feature value extracted as described above.

본 발명의 실시 예에서 적응형 칼만필터는 고장 유무 판단에 있어 임계값 선정 기준이 불분명하고 시스템의 운전조건에 따라 가변될 수 있는 임계값 설정 문제를 해결한다. 자세히는, 적응형 칼만필터로부터 출력되는 추정데이터 및 수치데이터를 이용하여 정규화 과정을 거쳐 카이자승 분포를 따르는 특징값을 추출하고 특징값의 신뢰도를 결정함에 따라 고정되는 신뢰구간을 임계값으로 설정함으로써 임계값 가변 문제를 해결할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the adaptive Kalman filter solves the problem of setting a threshold value that is not clear and can be varied according to the operating conditions of the system in determining whether there is a failure. In detail, by using the estimated data and numerical data output from the adaptive Kalman filter, a feature value following a chi-square distribution is extracted through a normalization process, and the reliability of the feature value is determined by setting a fixed confidence interval as a threshold value. The threshold variable problem can be solved.

이와 같은, 적응형 칼만 필터를 이용한 스크러버 팬 모니터링 장치 및 그 방법은 애플리케이션으로 구현되거나 다양한 컴퓨터 구성요소를 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령어의 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체는 프로그램 명령어, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.Such a scrubber fan monitoring apparatus and method using an adaptive Kalman filter may be implemented as an application or implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer components and recorded on a computer-readable recording medium. The computer readable recording medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination.

상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록되는 프로그램 명령어는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거니와 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.Program instructions recorded on the computer-readable recording medium may be those specially designed and configured for the present invention, or those known and usable to those skilled in the art of computer software.

컴퓨터 판독 가능한 기록 매체의 예에는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령어를 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다.Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tapes, optical recording media such as CD-ROMs and DVDs, and magneto-optical media such as floptical disks. media), and hardware devices specially configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, and the like.

프로그램 명령어의 예에는, 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함된다. 상기 하드웨어 장치는 본 발명에 따른 처리를 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있다.Examples of program instructions include high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter or the like as well as machine language codes generated by a compiler. The hardware device may be configured to act as one or more software modules to perform processing according to the present invention.

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 적응형 칼만 필터를 이용한 스크러버 팬 모니터링 장치 및 그 방법은 적응형 칼만필터를 이용하여 시간 영역의 특징값을 추출하고 스크러버 팬의 고장 유무를 진단할 수 있어 고장 검출의 정확도를 개선할 수 있다.As described above, the scrubber fan monitoring apparatus and method using the adaptive Kalman filter according to the embodiment of the present invention can extract feature values in the time domain using the adaptive Kalman filter and diagnose whether the scrubber fan is out of order. This can improve the accuracy of fault detection.

또한 본 발명의 실시 예에 따르면, 칼만필터와 확률 통계 이론의 융합으로 스크러버 팬의 고장 검출에 필요한 시간 영역의 특징값 추출 및 임계값 조정 문제를 동시에 해결할 수 있어 고장 검출 정확도를 향상시킬 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the problem of extracting feature values in the time domain and adjusting the threshold required for fault detection of the scrubber fan can be simultaneously solved by convergence of the Kalman filter and probability statistics theory, thereby improving fault detection accuracy.

또한 본 발명의 실시 예에 따르면, 시간 영역 분석 기법으로 실시간으로 데이터가 생성되는 순간마다 처리하므로 주파수 분석 기법 대비 처리 지연이 거의 없이 모니터링을 수행할 수 있고, 스크러버 팬의 비정상 상태를 조기에 감지할 수 있으므로 유지보수 일정 계획 수립에 유용하게 활용할 수 있다.In addition, according to the embodiment of the present invention, since data is processed in real time in real time using the time domain analysis method, monitoring can be performed with little processing delay compared to the frequency analysis method, and abnormal conditions of the scrubber fan can be detected early. Therefore, it can be usefully used for planning maintenance schedules.

또한 본 발명의 실시 예에 따르면, 다양한 회전기계 시스템의 고장 검출에 유용하게 사용할 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, it can be usefully used for failure detection of various rotating machine systems.

본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, this is merely exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. will be. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the claims below.

100 : 스크러버 팬 모니터링 장치
110 : 저장부 120 : 관측데이터 생성부
130 : 칼만필터링부 140 : 특징값 추출부
150 : 고장 판단부 200 : 센서
100: scrubber fan monitoring device
110: storage unit 120: observation data generation unit
130: Kalman filtering unit 140: feature value extraction unit
150: failure determination unit 200: sensor

Claims (10)

적응형 칼만 필터를 이용한 스크러버 팬 모니터링 장치에 있어서,
센서로부터 수집된 원시데이터를 저장하는 저장부;
상기 저장된 원시데이터를 이용하여 관측데이터를 생성하는 관측데이터 생성부;
상기 관측데이터를 적응형 칼만필터에 입력하여 고주파 잡음이 제거된 관측데이터를 추정하는 추정데이터를 출력하는 칼만필터링부;
상기 적응형 칼만필터에서 추정된 추정데이터를 이용하여 정규화된 통계적 데이터를 특징값으로 추출하는 특징값 추출부; 및
설정 시간 동안 상기 추출된 특징값이 기 설정된 임계값을 초과하는 횟수를 카운트하여 상기 스크러버 팬의 고장 유무를 판단하는 고장 판단부를 포함하는 스크러버 팬 모니터링 장치.
In the scrubber fan monitoring device using an adaptive Kalman filter,
a storage unit for storing raw data collected from the sensor;
an observation data generating unit generating observation data using the stored raw data;
a Kalman filtering unit inputting the observed data to an adaptive Kalman filter and outputting estimated data for estimating the observed data from which high-frequency noise has been removed;
a feature value extractor extracting normalized statistical data as feature values using the estimation data estimated by the adaptive Kalman filter; and
Scrubber fan monitoring device comprising a failure determination unit for counting the number of times the extracted characteristic value exceeds a preset threshold value for a set time period to determine whether or not the scrubber fan is out of order.
제1항에 있어서,
상기 적응형 칼만필터는,
상태변수를 예측하는 예측단계 및 측정과 예측값 사이의 오차를 보정하는 보정단계를 포함하는 표준 칼만필터에 공정 잡음 분산을 추정하는 적응단계가 결합된 재귀 알고리즘인 스크러버 팬 모니터링 장치.
According to claim 1,
The adaptive Kalman filter,
A scrubber fan monitoring device, which is a recursive algorithm combining a standard Kalman filter including a prediction step of predicting state variables and a correction step of correcting errors between measured and predicted values, and an adaptation step of estimating process noise variance.
제2항에 있어서,
상기 칼만필터링부는,
상기 보정단계에서 관측 잡음 분산을 실제 관측데이터의 잡음 분산보다 큰 값으로 설정하여 상기 관측데이터에 포함된 고주파 잡음을 제거하고, 관측데이터의 통계적 특성 변화에 적응하고 결함에 따른 고주파 성분이 포함된 상기 추정데이터를 출력하기 위해 상기 적응단계에서 다음의 수학식에 의해 공정 잡음 분산을 추정하는 스크러버 팬 모니터링 장치:
Figure pat00063

여기서, Q(k)는 공정 잡음 분산, S(k)는 스케일링 팩터, M(k)은 잔차 분산이다.
According to claim 2,
The Kalman filtering unit,
In the correction step, the high-frequency noise included in the observed data is removed by setting the observation noise variance to a value larger than the noise variance of the actual observation data, adapting to changes in the statistical characteristics of the observation data, and the high-frequency component included in the defect. A scrubber fan monitoring device for estimating the process noise variance by the following equation in the adaptation step to output estimated data:
Figure pat00063

Here, Q(k) is the process noise variance, S(k) is the scaling factor, and M(k) is the residual variance.
제1항에 있어서,
상기 특징값 추출부는,
상기 적응형 칼만필터에서 추정된 추정데이터와 관련 수치데이터를 이용하여 확률통계 이론을 기반으로 하는 정규화된 통계적 데이터를 상기 특징값으로 추출하되,
다음의 수학식에 의해 상기 특징값을 추출하는 스크러버 팬 모니터링 장치:
Figure pat00064

여기서,
Figure pat00065
는 특징값,
Figure pat00066
는 상태 교정 성분,
Figure pat00067
는 상태교정 성분의 분산,
Figure pat00068
는 칼만 이득,
Figure pat00069
는 이노베이션(innovation) 분산이다.
According to claim 1,
The feature value extraction unit,
Extracting normalized statistical data based on probability statistical theory as the feature value using the estimated data estimated by the adaptive Kalman filter and related numerical data,
A scrubber fan monitoring device for extracting the feature value by the following equation:
Figure pat00064

here,
Figure pat00065
is the feature value,
Figure pat00066
is the state correction component,
Figure pat00067
is the variance of the state correction component,
Figure pat00068
is the Kalman gain,
Figure pat00069
is the innovation variance.
제1항에 있어서,
상기 고장 판단부는,
상기 설정 시간 동안 상기 추출된 특징값이 기 설정된 임계값을 초과하는 횟수를 카운트하여, 상기 카운트 횟수가 상기 설정 시간 동안 상기 스크러버 팬 모터의 회전수를 초과하는 경우 상기 스크러버 팬의 고장으로 판단하고,
상기 임계값은,
상기 추출된 특징값에 따른 신뢰구간으로 기 설정되는 스크러버 팬 모니터링 장치.
According to claim 1,
The failure determination unit,
Counting the number of times the extracted feature value exceeds a preset threshold value during the set time period, and determining that the scrubber fan is out of order when the count exceeds the number of revolutions of the scrubber fan motor during the set time period;
The threshold is
A scrubber fan monitoring device that is preset as a confidence interval according to the extracted feature value.
적응형 칼만 필터를 이용한 스크러버 팬 모니터링 장치에 의해 수행되는 스크러버 팬 모니터링 방법에 있어서,
센서로부터 수집된 원시데이터를 저장하는 단계;
상기 저장된 원시데이터를 이용하여 관측데이터를 생성하는 단계;
상기 관측데이터를 적응형 칼만필터에 입력하여 고주파 잡음이 제거된 관측데이터를 추정하는 추정데이터를 출력하는 단계;
상기 적응형 칼만필터에서 추정된 추정데이터를 이용하여 정규화된 통계적 데이터를 특징값으로 추출하는 단계; 및
설정 시간 동안 상기 추출된 특징값이 기 설정된 임계값을 초과하는 횟수를 카운트하여 상기 스크러버 팬의 고장 유무를 판단하는 단계를 포함하는 스크러버 팬 모니터링 방법.
In the scrubber fan monitoring method performed by a scrubber fan monitoring device using an adaptive Kalman filter,
Storing the raw data collected from the sensor;
generating observation data using the stored raw data;
outputting estimation data for estimating observation data from which high-frequency noise has been removed by inputting the observation data to an adaptive Kalman filter;
extracting normalized statistical data as feature values using estimated data estimated by the adaptive Kalman filter; and
A scrubber fan monitoring method comprising counting the number of times the extracted characteristic value exceeds a preset threshold value for a set time period to determine whether the scrubber fan is out of order.
제6항에 있어서,
상기 적응형 칼만필터는,
상태변수를 예측하는 예측단계 및 측정과 예측값 사이의 오차를 보정하는 보정단계를 포함하는 표준 칼만필터에 공정 잡음 분산을 추정하는 적응단계가 결합된 재귀 알고리즘인 스크러버 팬 모니터링 방법.
According to claim 6,
The adaptive Kalman filter,
A scrubber fan monitoring method, which is a recursive algorithm combining a standard Kalman filter including a prediction step of predicting state variables and a correction step of correcting errors between measured and predicted values, and an adaptation step of estimating process noise variance.
제7항에 있어서,
상기 추정데이터를 출력하는,
상기 보정단계에서 관측 잡음 분산을 실제 관측데이터의 잡음 분산보다 큰 값으로 설정하여 상기 관측데이터에 포함된 고주파 잡음을 제거하고, 관측데이터의 통계적 특성 변화에 적응하고 결함에 따른 고주파 성분이 포함된 상기 추정데이터를 출력하기 위해 상기 적응단계에서 다음의 수학식에 의해 공정 잡음 분산을 추정하는 스크러버 팬 모니터링 방법:
Figure pat00070

여기서, Q(k)는 공정 잡음 분산, S(k)는 스케일링 팩터, M(k)은 잔차 분산이다.
According to claim 7,
outputting the estimated data,
In the correction step, the high-frequency noise included in the observed data is removed by setting the observation noise variance to a value larger than the noise variance of the actual observation data, adapting to changes in the statistical characteristics of the observation data, and the high-frequency component included in the defect. A scrubber fan monitoring method for estimating process noise variance by the following equation in the adaptation step to output estimated data:
Figure pat00070

Here, Q(k) is the process noise variance, S(k) is the scaling factor, and M(k) is the residual variance.
제6항에 있어서,
상기 특징값으로 추출하는 단계는,
상기 적응형 칼만필터에서 추정된 추정데이터와 관련 수치데이터를 이용하여 확률통계 이론을 기반으로 하는 정규화된 통계적 데이터를 상기 특징값으로 추출하되,
다음의 수학식에 의해 상기 특징값을 추출하는 스크러버 팬 모니터링 방법:
Figure pat00071

여기서,
Figure pat00072
는 특징값,
Figure pat00073
는 상태 교정 성분,
Figure pat00074
는 상태교정 성분의 분산,
Figure pat00075
는 칼만 이득,
Figure pat00076
는 이노베이션(innovation) 분산이다.
According to claim 6,
The step of extracting the feature value,
Extracting normalized statistical data based on probability statistical theory as the feature value using the estimated data estimated by the adaptive Kalman filter and related numerical data,
Scrubber fan monitoring method for extracting the feature value by the following equation:
Figure pat00071

here,
Figure pat00072
is the feature value,
Figure pat00073
is the state correction component,
Figure pat00074
is the variance of the state correction component,
Figure pat00075
is the Kalman gain,
Figure pat00076
is the innovation variance.
제6항에 있어서,
상기 스크러버 팬의 고장 유무를 판단하는 단계는,
상기 설정 시간 동안 상기 추출된 특징값이 기 설정된 임계값을 초과하는 횟수를 카운트하여, 상기 카운트 횟수가 상기 설정 시간 동안 상기 스크러버 팬 모터의 회전수를 초과하는 경우 상기 스크러버 팬의 고장으로 판단하고,
상기 임계값은,
상기 추출된 특징값에 따른 신뢰구간으로 기 설정되는 스크러버 팬 모니터링 방법.
According to claim 6,
The step of determining whether the scrubber fan is out of order,
Counting the number of times the extracted feature value exceeds a preset threshold value during the set time period, and determining that the scrubber fan is out of order when the count exceeds the number of revolutions of the scrubber fan motor during the set time period;
The threshold is
A scrubber fan monitoring method that is preset as a confidence interval according to the extracted feature value.
KR1020210193117A 2021-12-30 2021-12-30 Apparatus for scrubber fan monitoring using adaptive kalman filter and method thereof KR102692381B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210193117A KR102692381B1 (en) 2021-12-30 2021-12-30 Apparatus for scrubber fan monitoring using adaptive kalman filter and method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210193117A KR102692381B1 (en) 2021-12-30 2021-12-30 Apparatus for scrubber fan monitoring using adaptive kalman filter and method thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20230102748A true KR20230102748A (en) 2023-07-07
KR102692381B1 KR102692381B1 (en) 2024-08-07

Family

ID=87154289

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210193117A KR102692381B1 (en) 2021-12-30 2021-12-30 Apparatus for scrubber fan monitoring using adaptive kalman filter and method thereof

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102692381B1 (en)

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101429989B1 (en) 2013-08-08 2014-08-14 한국수자원공사 Noise filtering and self-adjusting sampling period method, multi-quality measurement system using the method
KR101549543B1 (en) * 2014-04-29 2015-09-07 충북대학교 산학협력단 A power state diagnosis method using kalman estimation process and measuring the relative probability by the metric defined by functional mapping
KR102299868B1 (en) * 2020-12-21 2021-09-08 주식회사 주빅스 Electric power equipments diagnosing system using Artificial Intelligence

Also Published As

Publication number Publication date
KR102692381B1 (en) 2024-08-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5162114B2 (en) Method and apparatus for signal signature analysis for event detection in rotating machinery
US6845468B2 (en) Aircraft fault monitoring system and method
US7636051B2 (en) Status monitor apparatus
WO2018008654A1 (en) Air control system abnormality determination device, air control system, air control system abnormality determination method and program
US20110072299A1 (en) Leak monitoring system and associated methods
WO1997048974A1 (en) Impulse line blockage detector systems and methods
US20190166442A1 (en) Abnormality detecting device, abnormality detection method, and abnormality detection computer program
US10581665B2 (en) Content-aware anomaly detection and diagnosis
JP2017129565A (en) Speed estimation systems
JP2008059102A (en) Program for monitoring computer resource
US7949497B2 (en) Machine condition monitoring using discontinuity detection
KR102692381B1 (en) Apparatus for scrubber fan monitoring using adaptive kalman filter and method thereof
KR20230114997A (en) Scrubber fan monitoring and fault diagnosis system
US10140577B2 (en) Data processing method and apparatus
US8607133B2 (en) Data processing device and method for checking parameter values of the data processing device
Afshar et al. Generalized roughness bearing fault diagnosis using time series analysis and gradient boosted tree
JP6977364B2 (en) Anomaly detection sensitivity setting device for rotation mechanism and abnormality detection sensitivity setting method
JP6668657B2 (en) Data processing program, data processing method and data processing device
US7305317B2 (en) Joint approach of out-of-range detection and fault detection for power plant monitoring
Dietel et al. Fault detection in rotating machinery using spectral modeling
CN112304417A (en) Removal of DC interference from vibration waveforms
JPH1054836A (en) Method for detecting abnormality of rotary machine
EP3939820A1 (en) Train control device and train control method
JP6616347B2 (en) Management system
JP2009003686A (en) Apparatus, method and program for analyzing software operation

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right