KR20240028008A - Method and apparatus for diagnosing failure of underwater vehicle thruster based on deep learning - Google Patents

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KR20240028008A
KR20240028008A KR1020220105977A KR20220105977A KR20240028008A KR 20240028008 A KR20240028008 A KR 20240028008A KR 1020220105977 A KR1020220105977 A KR 1020220105977A KR 20220105977 A KR20220105977 A KR 20220105977A KR 20240028008 A KR20240028008 A KR 20240028008A
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Abstract

본 실시예들은 수중 운동체에 수중 추진기에 관한 고장 진단 모델을 적용하여 측정 데이터를 기반으로 추진기 블레이드 파손 및 부유물 엉킴과 같은 급격한 고장이 발생하는 상태를 진단하고, 블레이드 파손 등급을 세분화한 결과를 활용하여 임무 수행을 동적으로 결정하며, 수중 추진기에 관한 고장 진단 모델에 필요한 고장 데이터가 부족한 데이터 불균형 현상을 방지하기 위해서 데이터 확장 모델을 통해 추진기 블레이드 파손 및 부유물 엉킴에 관하여 확장된 고장 데이터를 활용하여 고장 진단 모델의 예측정확도를 향상시키는 수중 추진기의 고장 진단 방법 및 장치를 제공한다.In these embodiments, a failure diagnosis model for an underwater propulsion device is applied to an underwater vehicle to diagnose a state in which sudden failures such as propulsion blade breakage and floating matter entanglement occur based on measurement data, and the results of segmenting the blade damage grade are used to diagnose the condition. In order to dynamically determine mission performance and prevent data imbalance due to a lack of failure data required for the failure diagnosis model for underwater propulsion, failure diagnosis is made by utilizing expanded failure data regarding thruster blade breakage and entanglement of floating objects through a data expansion model. Provides a failure diagnosis method and device for underwater propulsion that improves the prediction accuracy of the model.

Description

딥러닝 기반 수중 운동체 추진기 고장 진단 방법 및 장치 {METHOD AND APPARATUS FOR DIAGNOSING FAILURE OF UNDERWATER VEHICLE THRUSTER BASED ON DEEP LEARNING}Deep learning-based underwater vehicle thruster failure diagnosis method and device {METHOD AND APPARATUS FOR DIAGNOSING FAILURE OF UNDERWATER VEHICLE THRUSTER BASED ON DEEP LEARNING}

본 발명이 속하는 기술 분야는 딥러닝 기반으로 수중 운동체 추진기의 고장을 진단하는 방법 및 장치에 관한 것이다.The technical field to which the present invention belongs relates to a method and device for diagnosing a failure of an underwater vehicle propulsion machine based on deep learning.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.The content described in this section simply provides background information for this embodiment and does not constitute prior art.

수중 운동체는 운용 특성상 임무 수행 중에 GPS(Global Positioning System) 등의 위성 항법을 활용할 수 없으며, 실시간 통신이 제한적이다. 이로 인해 수중 운동체의 추진체인 수중 추진기에 고장이 발생하면, 수중 운동체의 임무 수행은 중단될 뿐만 아니라 수중 운동체의 상태를 확인할 수 없는 문제가 있다.Due to the operational nature of underwater vehicles, satellite navigation such as GPS (Global Positioning System) cannot be used during mission performance, and real-time communication is limited. As a result, if a malfunction occurs in the underwater propulsion unit, which is the propulsion unit of the underwater vehicle, not only is the mission performance of the underwater vehicle interrupted, but there is a problem in which the status of the underwater vehicle cannot be confirmed.

수중 추진기의 고장을 진단하는 방식은 크게 규칙 기반(Rule-based) 방식, 모델 기반(Model-based) 방식, 데이터 기반(Data-driven) 방식으로 구분할 수 있다. Methods for diagnosing failures in underwater propulsion systems can be broadly divided into rule-based methods, model-based methods, and data-driven methods.

규칙 기반 방식은 구조가 간단하나 유연한 대응이 어렵다. 모델 기반 방식은 전문적인 동적 프로세스 모델에 대한 지식이 필요하다. 데이터 기반 방식은 측정된 실제 데이터에 내포된 특징을 추출하여 활용하므로 복잡한 동적 프로세스 모델이 요구되지 않고, 예상하지 못한 오류에 대해서 능동적으로 대응이 가능하다.The rule-based method has a simple structure, but it is difficult to respond flexibly. Model-based methods require knowledge of specialized dynamic process models. The data-based method extracts and utilizes the features contained in the actual measured data, so it does not require a complex dynamic process model and can actively respond to unexpected errors.

데이터 기반 방식 중 하나인 딥러닝은 기본적으로 대량의 학습 데이터가 필요하며, 내포된 특징을 추출하기 위하여 양질의 데이터가 필요하다. Deep learning, one of the data-based methods, basically requires a large amount of learning data and requires high-quality data to extract embedded features.

수중 운동체는 정상 상태에서 장시간 운용되기에 정상 데이터의 양은 매우 많으나, 상대적으로 고장이 발생했을 경우 취득할 수 있는 고장 데이터가 부족하여 데이터 불균형 현상이 나타난다. 데이터 불균형 현상이 발생된 데이터를 학습 데이터로 활용하였을 경우, 딥러닝 모델의 예측정확도에 영향을 준다. 그렇다고 고장 데이터 취득을 위하여 고장 상태의 추진기를 장시간 동작할 경우 수중 추진기의 수명에 영향을 주는 문제가 있다.Because underwater vehicles are operated for long periods of time in normal conditions, the amount of normal data is very large, but when a failure occurs, there is relatively insufficient failure data that can be acquired, resulting in data imbalance. If data with data imbalance is used as learning data, it affects the prediction accuracy of the deep learning model. However, if a propeller in a faulty state is operated for a long time to acquire failure data, there is a problem that affects the lifespan of the underwater thruster.

한국공개특허공보 제10-2017-0109770호 (2017.10.10)Korea Patent Publication No. 10-2017-0109770 (2017.10.10)

본 발명의 실시예들은 수중 운동체에 수중 추진기에 관한 고장 진단 모델을 적용하여 측정 데이터를 기반으로 추진기 블레이드 파손 및 부유물 엉킴과 같은 하드(Hard) 유형 고장이 발생하는 상태를 진단한다. 수중 추진기에 관한 고장 진단 모델에 학습용 고장 데이터가 부족한 데이터 불균형 현상을 방지하기 위해서 데이터 확장 모델을 통해 추진기 블레이드 파손 및 부유물 엉킴에 관하여 확장된 고장 데이터를 활용하여 고장 진단 모델의 정확도를 향상시키고, 향상된 고장 진단 모델을 통해 고장이 발생한 상황을 인지한 후 이를 대처할 수 있는 프로세스를 제공하여 수중 운동체 임무 수행이 지속 가능하도록 하는데 주된 목적이 있다.Embodiments of the present invention apply a failure diagnosis model related to an underwater propeller to an underwater vehicle to diagnose a state in which hard type failures such as damage to the propeller blade and entanglement of floating objects occur based on measurement data. In order to prevent the data imbalance phenomenon where failure data for learning is lacking in the failure diagnosis model for underwater propulsion, the accuracy of the failure diagnosis model is improved by utilizing expanded failure data regarding thruster blade breakage and floating object entanglement through a data expansion model, and improved The main purpose is to ensure sustainable performance of underwater vehicle missions by providing a process for recognizing failure situations through a failure diagnosis model and then responding to them.

본 발명의 실시예들은 고장 진단 모델을 통해 부유물 엉킴과 블레이드 파손을 구분하여 진단한다. 부유물이 추진기의 프로펠러에 엉키게 되면 상당한 전류 소모와 부하를 가하게 되어, 수중 운동체를 부상시켜 회수 후 조치를 취할 수 있다. 블레이드 파손은 파손 정도에 따라 임무 수행 여부가 결정되므로, 상태 데이터를 분석하여 파손 정도에 따라 파손 기준치(threshold)를 결정하고 파손 기준치와 비교한 파손 등급을 기반으로 상태 진단이 가능하도록 고장 진단 모델을 적용하는데 목적이 있다.Embodiments of the present invention distinguish and diagnose floating matter entanglement and blade damage through a failure diagnosis model. If floating objects become entangled in the propeller of the propulsion machine, significant current consumption and load are applied, which can cause the underwater vehicle to float and take action after recovery. Blade breakage determines whether or not the mission will be performed depending on the degree of damage. Therefore, by analyzing the state data, the damage threshold is determined according to the degree of damage, and a failure diagnosis model is developed to enable status diagnosis based on the damage grade compared to the damage standard. The purpose is to apply it.

본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 수 있다.Other unspecified objects of the present invention can be additionally considered within the scope that can be easily inferred from the following detailed description and its effects.

본 실시예의 일 측면에 의하면 수중 추진기의 고장 진단 방법에 있어서, 수중 항법 알고리즘에 따라 수중 이동체가 이동하는 단계; 상기 수중 이동체에 장착된 상기 수중 추진기의 측정 데이터를 측정 센서를 이용하여 수집하는 단계; 미리 학습된 고장 진단 모델을 기반으로 상기 측정 데이터를 입력하여 상기 수중 추진기의 상태를 진단하고 정상 상태 또는 고장 상태를 출력하는 단계; 및 상기 수중 추진기의 상태에 따라 상기 수중 이동체의 동작을 제어하는 단계를 포함하는 수중 추진기의 고장 진단 방법을 제공한다.According to one aspect of the present embodiment, a method for diagnosing a failure of an underwater propulsion device includes: moving an underwater vehicle according to an underwater navigation algorithm; Collecting measurement data of the underwater propulsion device mounted on the underwater vehicle using a measurement sensor; Diagnosing the state of the underwater thruster by inputting the measurement data based on a pre-learned failure diagnosis model and outputting a normal state or a failure state; and controlling the operation of the underwater moving object according to the state of the underwater thruster.

상기 고장 상태를 출력하는 단계는 상기 고장 상태를 부유물 엉킴 상태 또는 블레이드 파손 상태로 구분하여 출력할 수 있다.In the step of outputting the failure state, the failure state may be output by dividing the failure state into a tangled floating state or a blade damage state.

상기 수중 이동체의 동작을 제어하는 단계는, 상기 수중 추진기의 상태가 상기 부유물 엉킴 상태이면 상기 수중 이동체의 이동을 멈추고 해수면으로 부상하고, 상기 수중 추진기의 상태가 상기 블레이드 파손 상태이면 파손 정도에 따라 임수 수행을 세분화할 수 있다.In the step of controlling the operation of the underwater propeller, if the state of the underwater propeller is in the state of entanglement of the floating object, the movement of the underwater moving object is stopped and rises to the sea surface, and if the state of the underwater propeller is in the blade damage state, Performance can be subdivided.

상기 고장 진단 모델은 부유물 엉킴 고장 데이터를 입력받아 학습되어 상기 부유물 엉킴 상태를 출력하고, 상기 고장 진단 모델은 블레이드 파손 고장 데이터를 입력받아 학습되어 상기 블레이드 파손 상태를 출력하며, 설정된 파손 기준치와 비교하여 블레이드 파손 상태에 관한 파손 등급을 구분하여 출력할 수 있다.The failure diagnosis model receives and learns floating object entanglement failure data and outputs the floating object entanglement state, and the failure diagnosis model receives blade breakage failure data and learns to output the blade damage state, and compares it with a set damage standard value. Damage grades related to blade damage can be classified and output.

상기 고장 진단 모델은 시계열 데이터를 분석하는 RNN(Recurrent Neural Network) 또는 LSTM(Long Short Term Memory)를 적용하여 상기 부유물 엉킴 상태 또는 상기 블레이드 파손 상태를 출력할 수 있다.The failure diagnosis model may output the floating matter entanglement state or the blade damage state by applying a Recurrent Neural Network (RNN) or Long Short Term Memory (LSTM) that analyzes time series data.

상기 고장 진단 모델은, 상기 수중 추진기에 관한 정상 데이터 및 고장 데이터 간의 데이터 개수를 제1 비율로 설정하고, 상기 부유물 엉킴 고장 데이터 및 상기 블레이드 파손 고장 데이터 간의 데이터 개수를 제2 비율로 설정하고, 상기 제1 비율에 제1 가중치를 적용하고 상기 제2 비율에 제2 가중치를 적용하여 상기 고장 진단 모델에 입력되는 데이터의 비율을 조절할 수 있다.The failure diagnosis model sets the number of data between normal data and failure data regarding the underwater propulsion machine as a first ratio, and sets the number of data between the floating object entanglement failure data and the blade breakage failure data as a second ratio, The ratio of data input to the fault diagnosis model can be adjusted by applying a first weight to the first ratio and a second weight to the second ratio.

상기 고장 진단 모델은 GAN(Generative Adversarial Network) 기반의 데이터 확장 모델을 이용하여 상기 부유물 엉킴 고장 데이터를 확장하고 확장된 부유물 엉킴 고장 데이터를 입력받아 학습되고, 상기 고장 진단 모델은 상기 데이터 확장 모델을 이용하여 상기 블레이드 파손 고장 데이터를 확장하고 확장된 블레이드 파손 고장 데이터를 입력받아 학습될 수 있다.The failure diagnosis model expands the floating object entanglement failure data using a data expansion model based on a GAN (Generative Adversarial Network) and is learned by receiving the expanded floating object entanglement failure data, and the failure diagnosis model uses the data expansion model. Thus, the blade breakage failure data can be expanded and the expanded blade breakage failure data can be input and learned.

상기 데이터 확장 모델은 생성자(Generator) 및 판별자(Discriminator)가 상호 연결되어 학습되며, 상기 생성자는 제1 생성자 및 제2 생성자를 포함하고, 상기 판별자는 제1 판별자 및 제2 판별자를 포함할 수 있다.The data expansion model is learned by connecting a generator and a discriminator, the generator includes a first generator and a second generator, and the discriminator may include a first discriminator and a second discriminator. You can.

상기 제1 생성자는 부유물 엉킴 고장 데이터를 생성하고, 상기 제2 생성자는 블레이드 파손 고장 데이터를 생성하고, 상기 제1 판별자는 상기 생성된 부유물 엉킴 고장 데이터의 유사를 판별하고, 상기 제2 판별자는 상기 생성된 블레이드 파손 고장 데이터의 유사를 판별할 수 있다.The first generator generates floating object entanglement failure data, the second generator generates blade breakage failure data, the first discriminator determines similarity of the generated floating object entanglement failure data, and the second discriminator determines the similarity of the generated floating object entanglement failure data. The similarity of the generated blade breakage failure data can be determined.

상기 데이터 확장 모델은 (i) 상기 제1 생성자 및 상기 제1 판별자에 관한 제1 손실 함수 및 (ii) 상기 제2 생성자 및 상기 제2 판별자에 관한 제2 손실 함수가 최소가 되도록 학습될 수 있다.The data expansion model is learned such that (i) a first loss function for the first generator and the first discriminator and (ii) a second loss function for the second generator and the second discriminator are minimized. You can.

본 실시예의 다른 측면에 의하면 고장 진단 장치에 있어서, 수중 이동체를 이동시키도록 구현된 수중 추진기; 상기 수중 추진기에 부착되어 측정 데이터를 수집하는 측정 센서; 및 상기 측정 데이터를 입력하여 상기 수중 추진기의 상태를 진단하고 정상 상태 또는 고장 상태를 출력하는 고장 진단 모델을 포함하며 상기 수중 추진기의 상태에 따라 상기 수중 이동체의 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 고장 진단 장치를 제공한다.According to another aspect of the present embodiment, a fault diagnosis device includes: an underwater thruster implemented to move an underwater mobile object; a measurement sensor attached to the underwater thruster to collect measurement data; And a fault diagnosis model that inputs the measurement data to diagnose the state of the underwater thruster and outputs a normal state or a failure state, and includes a control unit that controls the operation of the underwater mobile device according to the state of the underwater thruster. Provides a device.

상기 측정 센서는 상기 수중 추진기의 전력 공급 라인에 부착된 홀 센서를 통해 소모 전류를 측정하고, 상기 측정된 소모 전력을 상기 고장 진단 모델로 전달할 수 있다.The measurement sensor may measure current consumption through a Hall sensor attached to the power supply line of the underwater propulsion machine, and transmit the measured power consumption to the fault diagnosis model.

상기 측정 센서는 상기 수중 추진기의 몸체 또는 동력 전달 축에 부착된 가속도 센서 또는 진동 센서를 통해 추진기 진동 데이터를 측정하고, 상기 측정된 추진기 진동 데이터를 상기 고장 진단 모델로 전달할 수 있다.The measurement sensor may measure thruster vibration data through an acceleration sensor or vibration sensor attached to the body or power transmission shaft of the underwater thruster, and transmit the measured thruster vibration data to the failure diagnosis model.

상기 측정 센서는 상기 수중 추진기의 모터에 부착된 엔코더 센서를 통해 모터 회전 데이터를 측정하고, 상기 측정된 모터 회전 데이터를 상기 고장 진단 모델로 전달할 수 있다.The measurement sensor may measure motor rotation data through an encoder sensor attached to the motor of the underwater propulsion device, and transmit the measured motor rotation data to the failure diagnosis model.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예들에 의하면, 수중 운동체에 수중 추진기에 관한 고장 진단 모델을 적용하여 측정 데이터를 기반으로 추진기 블레이드 파손 및 부유물 엉킴과 같은 급격한 고장이 발생하는 상태를 진단할 수 있는 효과가 있다.As described above, according to embodiments of the present invention, a failure diagnosis model for an underwater propulsion device can be applied to an underwater vehicle to diagnose a state in which sudden failures such as damage to the propulsion blade and entanglement of floating objects occur based on measurement data. There is an effect.

본 발명의 실시예들에 의하면, 수중 추진기에 관한 고장 진단 모델에 필요한 고장 데이터가 부족한 데이터 불균형 현상을 방지하기 위해서 데이터 확장 모델을 통해 추진기 블레이드 파손 및 부유물 엉킴에 관하여 확장된 고장 데이터를 활용하여 고장 진단 모델의 정확도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.According to embodiments of the present invention, in order to prevent a data imbalance phenomenon in which the failure data required for the failure diagnosis model for the underwater propulsion is insufficient, the extended failure data regarding the damage of the propeller blade and entanglement of floating objects through the data expansion model is used to detect the failure. It has the effect of improving the accuracy of the diagnostic model.

본 발명의 실시예들에 의하면, 향상된 고장 진단 모델을 통해 고장이 발생한 상황을 인지한 후 이를 대처할 수 있는 프로세스를 제공하여 수중 운동체 임무 수행을 지속 가능하게 하는 효과가 있다.According to embodiments of the present invention, there is an effect of making underwater vehicle missions sustainable by providing a process for recognizing a situation in which a failure has occurred through an improved failure diagnosis model and then responding to it.

여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급된다.Even if the effects are not explicitly mentioned here, the effects described in the following specification and their potential effects expected by the technical features of the present invention are treated as if described in the specification of the present invention.

도 1a 및 도 1b는 기존의 수중 추진기에서 고장이 발생한 상황을 예시한 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 추진기의 고장 진단 방법을 예시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 추진기의 고장 진단 방법이 고장 진단 모델을 통해 고장 유형을 판단하는 동작을 예시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 추진기의 고장 진단 방법이 데이터 확장 모델을 통해 고장 데이터를 생성하는 동작을 예시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수중 추진기의 고장 진단 장치를 예시한 도면이다.
Figures 1A and 1B are diagrams illustrating a situation in which a failure occurs in an existing underwater propulsion device.
Figures 2a and 2b are diagrams illustrating a method for diagnosing a failure of an underwater propulsion device according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a diagram illustrating the operation of the failure diagnosis method of an underwater propulsion device according to an embodiment of the present invention to determine the failure type through a failure diagnosis model.
Figure 4 is a diagram illustrating the operation of the failure diagnosis method of an underwater propulsion device according to an embodiment of the present invention to generate failure data through a data expansion model.
Figure 5 is a diagram illustrating a failure diagnosis device for an underwater propulsion engine according to another embodiment of the present invention.

이하, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하고, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다.Hereinafter, in describing the present invention, if it is determined that related known functions may unnecessarily obscure the gist of the present invention as they are obvious to those skilled in the art, the detailed description will be omitted, and some embodiments of the present invention will be described. It will be described in detail through exemplary drawings.

수중 추진기에서 발생하는 고장은 크게 두 가지 유형으로 하드(Hard) 유형 고장과 소프트(Soft) 유형 고장으로 구분된다. 하드 유형 고장은 정상 작동 중에 단시간에 급격한 상태 변화가 발생한 상황으로 정의하며, 소프트 유형 고장은 장기간 운용할 때 수명 등의 원인으로 인해 정상 상태의 범주를 벗어나는 상황을 의미한다. Failures that occur in underwater propulsion engines are largely divided into two types: hard type failure and soft type failure. A hard type failure is defined as a situation where a sudden change in state occurs in a short period of time during normal operation, while a soft type failure refers to a situation that falls outside the scope of the normal state due to reasons such as lifespan during long-term operation.

하드 유형 고장의 예로 추진기 블레이드 파손, 해양 부유물 엉킴 등과 같은 상황이 있고, 소프트 유형 고장의 예로 노후화 같은 현상이 있다.Examples of hard-type failures include situations such as broken thruster blades and entanglement in ocean floats, while examples of soft-type failures include phenomena such as aging.

본 실시예는 하드 유형 고장에 해당하는 추진기 블레이드 파손 및 해양 부유물 엉킴을 진단하는 방법 및 장치를 제공한다.This embodiment provides a method and apparatus for diagnosing thruster blade failure and marine flotation entanglement as hard type failures.

도 1a 및 도 1b는 기존의 수중 추진기에서 고장이 발생한 상황을 예시한 도면이다.Figures 1A and 1B are diagrams illustrating a situation in which a failure occurs in an existing underwater propulsion device.

수중 운동체가 운용을 시작하고, 수중 운동체는 수중 항법 알고리즘에 따라 이동 계획을 세우고 이동한다(S110). 임무 수행 중에 수중 운동체의 추진기에 고장이 발생할 수 있다(S120). 기존에는 수중 운동체가 임무 수행 중 추진기에 고장이 발생하더라도 수중 운동체의 상태를 확인할 수 없고 운동체 회수도 쉽지 않다(S130).The underwater vehicle starts operating, and the underwater vehicle makes a movement plan and moves according to the underwater navigation algorithm (S110). A malfunction may occur in the propeller of an underwater vehicle during mission performance (S120). Previously, even if a propeller malfunction occurred during the performance of an underwater vehicle's mission, the status of the underwater vehicle could not be confirmed and recovery of the underwater vehicle was not easy (S130).

수중 추진기의 상태 확인이 곤란한 문제를 해결하기 위해서 적용되는 데이터 기반 고장 진단 방식은 대량의 데이터를 필요로 하기 때문에 장기간 플랫폼을 운영하며 경험과 데이터 축적 시스템이 필요하다. 수중 추진기는 플랫폼의 추진체로 활용되므로, 고장 데이터를 취득하기 위하여 플랫폼 유실의 위험을 감수해야 한다.The data-based fault diagnosis method applied to solve the problem of difficulty in checking the status of underwater propulsion requires a large amount of data, so it requires long-term platform operation and experience and a data accumulation system. Since the underwater propulsion is used as a platform propulsion, the risk of platform loss must be accepted in order to obtain failure data.

본 실시예는 고장 데이터 부족 문제를 해결하기 위해서 단시간 취득한 데이터를 확장하고, 확장된 데이터를 학습 데이터로 활용하여 높은 예측 정확도를 갖는 딥러닝 모델을 통해 고장 진단 결과값을 도출할 수 있다.In this embodiment, in order to solve the problem of lack of failure data, data acquired in a short period of time can be expanded, and the expanded data can be used as learning data to derive failure diagnosis results through a deep learning model with high prediction accuracy.

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 추진기의 고장 진단 방법을 예시한 도면이다.Figures 2a and 2b are diagrams illustrating a method for diagnosing a failure of an underwater propulsion device according to an embodiment of the present invention.

단계 S210에서는 수중 추진기의 고장 진단 방법은 수중 항법 알고리즘에 따라 수중 이동체가 이동하는 단계를 수행할 수 있다. 수중 항법 알고리즘은 수중 이동체에 부착된 외부 환경 감지 센서를 이용하여 심도, 속도, 방향을 측정하고 측정된 정보를 기반으로 진행 경로를 추정한다.In step S210, the method of diagnosing a failure of an underwater propulsion device may include moving an underwater vehicle according to an underwater navigation algorithm. The underwater navigation algorithm uses an external environment detection sensor attached to an underwater vehicle to measure depth, speed, and direction and estimate the route based on the measured information.

단계 S220에서는 상기 수중 이동체에 장착된 수중 추진기의 측정 데이터를 측정 센서를 이용하여 수집하는 단계를 수행할 수 있다. 측정 센서는 수중 추진기의 상태를 측정한다.In step S220, measurement data of the underwater propulsion device mounted on the underwater vehicle may be collected using a measurement sensor. Measurement sensors measure the status of the underwater propulsion machine.

단계 S230에서는 미리 학습된 고장 진단 모델을 기반으로 측정 데이터를 입력하여 수중 추진기의 상태를 진단하고 정상 상태 또는 고장 상태를 출력하는 단계를 수행할 수 있다.In step S230, the state of the underwater thruster can be diagnosed by inputting measurement data based on a pre-learned failure diagnosis model, and a normal state or failure state can be output.

단계 S240, S250, S260에서는 수중 추진기의 상태에 따라 수중 이동체의 동작을 제어하는 단계를 수행할 수 있다. 수중 이동체의 동작을 제어하는 단계는 수중 추진기의 상태가 정상 상태이면 수중 이동체의 이동을 진행한다. 수중 추진기의 상태가 고장 상태이면 수중 이동체의 이동을 멈추고 해수면으로 부상한다(S240). 수중 운동체 회수함에 의해 수중 운동체는 회수된다(S250). 수중 운동체 회수함에서 수리 장비에 의해 추진기는 수리될 수 있다. 수중 운동체는 수리를 마친 후 지정된 임무를 다시 수행한다(S260).In steps S240, S250, and S260, steps of controlling the operation of the underwater mobile device can be performed depending on the state of the underwater propulsion device. In the step of controlling the operation of the underwater vehicle, the movement of the underwater vehicle is performed when the state of the underwater propulsion device is normal. If the underwater propulsion device is in a malfunction state, the underwater vehicle stops moving and rises to the sea surface (S240). The underwater moving body is recovered by recovering the underwater moving body (S250). The thrusters can be repaired using repair equipment in an underwater vehicle recovery vessel. After completing repairs, the underwater vehicle performs its designated mission again (S260).

부상한 수중 운동체는 GPS 등의 위성 항법 장치를 통해 회수함으로 신호를 송신하고, 신호를 수신받은 회수함은 해당 해역에 부유한 수중 운동체를 회수 후 고장을 조치한 뒤 다시 임무 수행을 진행하여 완수한다.The surfaced underwater vehicle transmits a signal to the recovery ship through a satellite navigation device such as GPS, and the recovery ship that receives the signal recovers the underwater vehicle floating in the relevant sea area, corrects the malfunction, and then completes the mission again. .

추진기 고장 진단 모델에 의해 수중 추진기에서 발생된 상태 데이터를 기반으로 상태를 진단하고 고장이 발생한 상황에서 고장 진단 모델이 이를 인식하고 후속 조치를 가능하게 한다.The status is diagnosed based on the status data generated from the underwater propulsion by the propeller failure diagnosis model, and when a failure occurs, the failure diagnosis model recognizes it and enables follow-up action.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 추진기의 고장 진단 방법이 고장 진단 모델을 통해 고장 유형을 판단하는 동작을 예시한 도면이다.Figure 3 is a diagram illustrating the operation of the failure diagnosis method of an underwater propulsion device according to an embodiment of the present invention to determine the failure type through a failure diagnosis model.

고장 진단 모델의 학습 데이터는 기존 추진기를 활용하며 취득한 진동, 전류, 전압과 같은 상태 데이터 세트를 활용한다. 고장 데이터 세트는 측정된 데이터뿐만 아니라 GAN 모델 기반의 데이터 확장 모델을 활용하여 생성된 확장 데이터 세트를 포함한다(S310).The learning data of the fault diagnosis model utilizes state data sets such as vibration, current, and voltage acquired while using existing thrusters. The failure data set includes not only measured data but also an expanded data set generated using a data expansion model based on the GAN model (S310).

딥러닝 기반의 고장 진단 모델을 활용하여 측정된 고장 데이터 및 확장된 고장 데이터를 시계열 학습 모델인 RNN(Recurrent Neural Network) 또는 LSTM(Long Short Term Memory)에 적용한다(S320). Using a deep learning-based failure diagnosis model, the measured failure data and extended failure data are applied to a time series learning model, RNN (Recurrent Neural Network) or LSTM (Long Short Term Memory) (S320).

수중 추진기의 상태를 판별하기 위한 실시간 상태 데이터는 나이키스트-섀넌 샘플링 이론(Nyquist-Shannon Sampling Theorem)에 근거하여 데이터를 배열화한다(S330). 데이터 세트를 일정 단위로 결합하여 배열을 생성한다. 배열화된 데이터 세트는 학습된 고장 진단 모델의 예측 데이터로 활용된다.Real-time status data for determining the status of the underwater propulsion device is arranged based on the Nyquist-Shannon Sampling Theorem (S330). An array is created by combining data sets in certain units. The arranged data set is used as prediction data for the learned fault diagnosis model.

고장 진단 모델은 예측 결과를 통해 수중 추진기 상태가 정상 상태인지 고장 상태인지 판별한다(S350). 고장 진단 모델은 고장이라고 판단되면 부유물 엉킴에 해당하는지 블레이드 파손에 해당하는지 진단한다. 고장 종류와 상태에 따라 수중 운동체 임무 수행 능력을 판단하고, 임무 수행이 불가능하다면 일시 정지 후 해수면으로 부상한다.The failure diagnosis model determines whether the underwater thruster is in a normal state or a failure state through the prediction result (S350). If a failure is determined to be a failure, the failure diagnosis model diagnoses whether it corresponds to tangled floating matter or blade damage. Depending on the type and state of the failure, the underwater vehicle's ability to perform its mission is determined, and if it is unable to perform its mission, it temporarily stops and rises to sea level.

고장 상태는 부유물 엉킴 상태 또는 블레이드 파손 상태로 구분되고, 고장 진단 모델은 부유물 엉킴 고장 데이터를 입력받아 학습되어 부유물 엉킴 상태를 출력하고, 고장 진단 모델은 블레이드 파손 고장 데이터를 입력받아 학습되어 블레이드 파손 상태를 출력할 수 있다.The failure state is classified into a floating object entanglement state or a blade damage state. The failure diagnosis model receives and learns the floating object entanglement failure data and outputs the floating object entanglement state. The failure diagnosis model receives the blade breakage failure data and learns the blade damage state. can be output.

고장 진단 모델은 시계열 데이터를 분석하는 RNN(Recurrent Neural Network) 또는 LSTM(Long Short Term Memory)를 적용하여 부유물 엉킴 상태 또는 블레이드 파손 상태를 출력할 수 있다.The failure diagnosis model can output the state of floating matter entanglement or blade damage by applying RNN (Recurrent Neural Network) or LSTM (Long Short Term Memory) that analyzes time series data.

고장 진단 모델은 수중 추진기에 관한 정상 데이터 및 고장 데이터 간의 데이터 개수를 제1 비율로 설정할 수 있다. 예컨대, 제1 비율은 2:1 ~ 10:1 등으로 설정될 수 있으면 요구되는 설계 사항에 따라 변경될 수 있다.The failure diagnosis model may set the number of data between normal data and failure data regarding the underwater propulsion machine as a first ratio. For example, the first ratio can be set to 2:1 to 10:1, etc. and can be changed according to required design details.

고장 진단 모델은 부유물 엉킴 고장 데이터 및 블레이드 파손 고장 데이터 간의 데이터 개수를 제2 비율로 설정할 수 있다. 예컨대, 제2 비율은 1: 0.3 ~ 1: 0.7 등으로 설정될 수 있으며 요구되는 설계 사항에 따라 변경될 수 있다.The failure diagnosis model may set the number of data between the floating object entanglement failure data and the blade breakage failure data as a second ratio. For example, the second ratio can be set to 1:0.3 ~ 1:0.7, etc. and can be changed according to required design details.

고장 진단 모델은 제1 비율에 제1 가중치를 적용하고 제2 비율에 제2 가중치를 적용하여 고장 진단 모델에 입력되는 데이터의 비율을 조절할 수 있다. 제1 가중치와 제2 가중치의 합은 1로 설정될 수 있다.The failure diagnosis model may adjust the ratio of data input to the failure diagnosis model by applying a first weight to the first ratio and a second weight to the second ratio. The sum of the first weight and the second weight may be set to 1.

본 실시예는 단기간 측정된 고장 데이터를 비지도 학습 딥러닝 기법 중 하나인 GAN(Generative Adversarial Network) 모델을 활용하여 확장한다. In this embodiment, failure data measured over a short period of time is expanded using a GAN (Generative Adversarial Network) model, one of the unsupervised deep learning techniques.

고장 진단 모델은 측정된 고장 데이터와 확장 생성된 고장 데이터 간의 데이터 개수를 제3 비율로 설정할 수 있다. 예컨대, 제3 비율은 1: 0.3 ~ 1: 0.7 등으로 설정될 수 있으며 요구되는 설계 사항에 따라 변경될 수 있다. The failure diagnosis model may set the number of data between the measured failure data and the extended generated failure data as a third ratio. For example, the third ratio can be set to 1:0.3 ~ 1:0.7, etc. and can be changed according to required design details.

고장 진단 모델은 제1 비율에 제1 가중치를 적용하고 제2 비율에 제2 가중치를 적용하고 제3 비율에 제3 가중치를 적용하여 고장 진단 모델에 입력되는 데이터의 비율을 조절할 수 있다. 제1 가중치, 제2 가중치, 및 제3 가중치의 합은 1로 설정될 수 있다.The failure diagnosis model may adjust the ratio of data input to the failure diagnosis model by applying a first weight to the first ratio, a second weight to the second ratio, and a third weight to the third ratio. The sum of the first weight, second weight, and third weight may be set to 1.

확장 생성된 데이터는 RNN(Recurrent Neural Network)나 LSTM(Long Short Term Memory)과 같은 시계열 학습 모델의 학습 데이터로 입력된다.The expanded data is input as training data for time series learning models such as RNN (Recurrent Neural Network) or LSTM (Long Short Term Memory).

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 추진기의 고장 진단 방법이 데이터 확장 모델을 통해 고장 데이터를 생성하는 동작을 예시한 도면이다.Figure 4 is a diagram illustrating the operation of the failure diagnosis method of an underwater propulsion device according to an embodiment of the present invention to generate failure data through a data expansion model.

수중 추진기가 구동되면 측정 센서를 통해 추진기 상태 데이터를 취득한다(S410). 추진기로부터 이상 신호가 발생하면(S420), 이상 신호를 수신한 제어부는 추진기 고장 데이터를 수집한다(S440). 추진기로부터 이상 신호가 발생하지 않으면 임무를 계속 수행한다(S430).When the underwater thruster is driven, the thruster status data is acquired through the measurement sensor (S410). When an abnormal signal occurs from the propeller (S420), the control unit that receives the abnormal signal collects propeller failure data (S440). If no abnormal signal occurs from the thruster, the mission continues (S430).

수중 추진기의 운용을 거쳐 수집한 고장 데이터만으로는 고장 진단 모델을 학습하는데 한계가 있다.There are limitations in learning a fault diagnosis model using only fault data collected through the operation of an underwater propulsion machine.

고장 진단 모델의 한계인 데이터 불균형 문제를 해결하기 위하여 비지도 학습 모델의 하나인 GAN(Generative Adversarial Network) 모델을 활용하여 고장 데이터를 확장한 뒤 학습 데이터로 활용한다. 확장된 데이터 검증은 이산 푸리에 변환 알고리즘에 해당하는 하나인 FFT(Fast-Fourier Transform)를 사용할 수 있다.In order to solve the data imbalance problem, which is a limitation of the fault diagnosis model, the GAN (Generative Adversarial Network) model, one of the unsupervised learning models, is used to expand the fault data and use it as learning data. Extended data verification can use Fast-Fourier Transform (FFT), which is one of the discrete Fourier transform algorithms.

고장 진단 모델은 GAN(Generative Adversarial Network) 기반의 데이터 확장 모델을 이용하여 부유물 엉킴 고장 데이터를 확장하고 확장된 부유물 엉킴 고장 데이터를 입력받아 학습될 수 있다.The failure diagnosis model can be learned by expanding floating object entanglement failure data using a data expansion model based on GAN (Generative Adversarial Network) and receiving the expanded floating object entanglement failure data as input.

고장 진단 모델은 GAN(Generative Adversarial Network) 기반의 데이터 확장 모델을 이용하여 블레이드 파손 고장 데이터를 확장하고 확장된 블레이드 파손 고장 데이터를 입력받아 학습될 수 있다.The failure diagnosis model can be learned by expanding blade breakage failure data using a data expansion model based on GAN (Generative Adversarial Network) and receiving the expanded blade breakage failure data as input.

데이터 확장 모델은 생성자(Generator) 및 판별자(Discriminator)가 상호 연결되어 학습되며, 생성자는 제1 생성자 및 제2 생성자를 포함하고, 판별자는 제1 판별자 및 제2 판별자를 포함할 수 있다.The data expansion model is learned by connecting a generator and a discriminator. The generator may include a first generator and a second generator, and the discriminator may include a first discriminator and a second discriminator.

제1 생성자는 부유물 엉킴 고장 데이터를 생성하고(S451), 제1 판별자는 생성된 부유물 엉킴 고장 데이터의 유사를 판별할 수 있다(S461).The first generator generates floating object entanglement failure data (S451), and the first discriminator may determine the similarity of the generated floating object entanglement failure data (S461).

제2 생성자는 블레이드 파손 고장 데이터를 생성하고(S452), 제2 판별자는 생성된 블레이드 파손 고장 데이터의 유사를 판별할 수 있다(S462).The second generator generates blade breakage failure data (S452), and the second discriminator may determine the similarity of the generated blade breakage failure data (S462).

데이터 확장 모델은 (i) 제1 생성자 및 제1 판별자에 관한 제1 손실 함수 및 (ii) 제2 생성자 및 제2 판별자에 관한 제2 손실 함수가 최소가 되도록 학습될 수 있다. 데이터 확장 모델은 손실 함수를 기준으로 모델을 최적화하여 확장된 고장 데이터의 생성을 완료한다(S470).The data expansion model may be learned such that (i) a first loss function for the first generator and the first discriminator and (ii) a second loss function for the second generator and the second discriminator are minimized. The data expansion model optimizes the model based on the loss function to complete the generation of expanded failure data (S470).

확장된 고장 데이터는 실시간 데이터를 처리하기에 적절한 딥러닝 모델인 RNN(Recurrent Neural Network) 또는 LSTM(Long Short Term Memory)의 학습 데이터로 활용된다. 학습된 모델은 수중 운동체의 내부 고장 진단 알고리즘으로 활용되어 실시간으로 측정되는 상태 데이터를 통해 수중 운동체의 상태를 예측하고, 고장이 발생했을 경우 추진기에 부유물이 엉킨 상태인지, 외부에 의하여 블레이드가 파손되었는지 진단한다.The expanded failure data is used as training data for RNN (Recurrent Neural Network) or LSTM (Long Short Term Memory), deep learning models suitable for processing real-time data. The learned model is used as an internal failure diagnosis algorithm of the underwater vehicle to predict the state of the underwater vehicle through status data measured in real time, and when a failure occurs, whether floating objects are entangled in the propeller or the blade is damaged by external factors. Diagnose.

고장 종류와 상태에 따라 수중 운동체 임무 수행 능력을 판단하고, 임무 수행이 불가능하다면 일시 정지 후 해수면으로 부상한다. 부상한 수중 운동체는 GPS 등을 통해 회수함으로 신호를 송신하고, 신호를 수신받은 회수함은 해당 해역에 부유한 수중 운동체를 회수 후 고장을 조치한 뒤 다시 임무 수행을 진행하여 완수한다.Depending on the type and state of the failure, the underwater vehicle's ability to perform its mission is determined, and if it is unable to perform its mission, it temporarily stops and rises to sea level. The floating underwater vehicle transmits a signal to the recovery ship through GPS, etc., and the recovery ship that receives the signal recovers the floating underwater vehicle in the relevant sea area, corrects the malfunction, and then completes the mission again.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수중 추진기의 고장 진단 장치를 예시한 도면이다.Figure 5 is a diagram illustrating a failure diagnosis device for an underwater propulsion engine according to another embodiment of the present invention.

고장 진단 장치는 수중 추진기, 측정 센서, 및 제어부를 포함한다.The fault diagnosis device includes an underwater thruster, a measurement sensor, and a control unit.

수중 추진기는 수중 이동체를 이동시키도록 구현된다. 수중 추진기는 수중 이동체의 후단에 설치되는 몸체(510), 몸체에 삽입되어 회전하는 동력 전달 축(520), 동력 전달 축에 연결되어 수중 환경에서 추진력을 발생시키는 블레이드(530), 동력 전달 축에 동력을 전달하는 모터(540), 모터에 전력을 공급하는 전원(550), 전원의 전력을 각 구성에 전달하는 전력 공급 라인(560) 등을 포함한다. The underwater thruster is implemented to move the underwater vehicle. The underwater propulsion device includes a body 510 installed at the rear end of the underwater vehicle, a power transmission shaft 520 that is inserted into the body and rotates, a blade 530 connected to the power transmission shaft to generate propulsion in an underwater environment, and a power transmission shaft. It includes a motor 540 that transmits power, a power source 550 that supplies power to the motor, and a power supply line 560 that transmits power from the power source to each component.

측정 센서는 수중 추진기에 부착되어 측정 데이터를 수집한다. 측정 센서는 가속도 센서 또는 진동 센서(515, 525), 엔코더 센서(545), 홀 센서(565) 등을 포함한다.The measurement sensor is attached to the underwater thruster and collects measurement data. The measurement sensor includes an acceleration sensor or vibration sensor 515, 525, an encoder sensor 545, a Hall sensor 565, etc.

제어부(500)는 측정 데이터를 입력하여 수중 추진기의 상태를 진단하고 정상 상태 또는 고장 상태를 출력하는 고장 진단 모델을 포함하며 수중 추진기의 상태에 따라 수중 이동체의 동작을 제어하는 제어 명령을 송신한다.The control unit 500 includes a failure diagnosis model that inputs measurement data to diagnose the state of the underwater thruster and outputs a normal state or failure state, and transmits a control command to control the operation of the underwater vehicle according to the state of the underwater thruster.

측정 센서는 수중 추진기의 전력 공급 라인(560)에 부착된 홀 센서(565)를 통해 소모 전류를 측정하고, 측정된 소모 전력을 고장 진단 모델로 전달할 수 있다.The measurement sensor can measure current consumption through a Hall sensor 565 attached to the power supply line 560 of the underwater propulsion machine, and transmit the measured power consumption to the fault diagnosis model.

측정 센서는 수중 추진기의 몸체(510) 또는 동력 전달 축(520)에 부착된 가속도 센서 또는 진동 센서(515, 525)를 통해 추진기 진동 데이터를 측정하고, 측정된 추진기 진동 데이터를 고장 진단 모델로 전달할 수 있다.The measurement sensor measures thruster vibration data through an acceleration sensor or vibration sensor (515, 525) attached to the body 510 or power transmission shaft 520 of the underwater thruster, and transmits the measured thruster vibration data to a fault diagnosis model. You can.

측정 센서는 수중 추진기의 모터(540)에 부착된 엔코더 센서(545)를 통해 모터 회전 데이터를 측정하고, 측정된 모터 회전 데이터를 고장 진단 모델로 전달할 수 있다.The measurement sensor can measure motor rotation data through the encoder sensor 545 attached to the motor 540 of the underwater propulsion machine and transmit the measured motor rotation data to the fault diagnosis model.

다수의 수중 운동체 운용으로 측정된 정상 및 고장 데이터 세트는 나이키스트-섀넌 샘플링 이론(Nyquist-Shannon Sampling Theorem)에 근거하여 측정 센서의 샘플링 주파수보다 최소 2배 이상의 데이터 세트를 배열화한다. 정상 데이터보다 고장 데이터의 수가 매우 부족하고 이는 데이터 불균형 문제를 해결하기 위하여 배열화된 고장 데이터를 확장하여 사용한다. Normal and faulty data sets measured by multiple underwater vehicle operations are arranged at least twice the sampling frequency of the measurement sensor based on the Nyquist-Shannon Sampling Theorem. The number of fault data is very small compared to normal data, and to solve the data imbalance problem, the arrayed fault data is expanded and used.

고장 진단 장치는 적어도 하나의 프로세서, 컴퓨터 판독 가능한 저장매체 및 통신 버스를 포함할 수 있다.The fault diagnosis device may include at least one processor, a computer-readable storage medium, and a communication bus.

프로세서는 고장 진단 장치는 동작하도록 제어할 수 있다. 예컨대, 프로세서는 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체에 저장된 하나 이상의 프로그램들을 실행할 수 있다. 하나 이상의 프로그램들은 하나 이상의 컴퓨터 실행 가능 명령어를 포함할 수 있으며, 컴퓨터 실행 가능 명령어는 프로세서에 의해 실행되는 경우 고장 진단 장치로 하여금 예시적인 실시예에 따른 동작들을 수행하도록 구성될 수 있다.The processor can control the fault diagnosis device to operate. For example, the processor may execute one or more programs stored on a computer-readable storage medium. One or more programs may include one or more computer-executable instructions, which, when executed by a processor, may be configured to cause a fault diagnosis device to perform operations according to example embodiments.

컴퓨터 판독 가능한 저장 매체는 컴퓨터 실행 가능 명령어 내지 프로그램 코드, 프로그램 데이터 및/또는 다른 적합한 형태의 정보를 저장하도록 구성된다. 컴퓨터 실행 가능 명령어 내지 프로그램 코드, 프로그램 데이터 및/또는 다른 적합한 형태의 정보는 입출력 인터페이스나 통신 인터페이스를 통해서도 주어질 수 있다. 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체에 저장된 프로그램은 프로세서에 의해 실행 가능한 명령어의 집합을 포함한다. 일 실시예에서, 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체는 메모리(랜덤 액세스 메모리와 같은 휘발성 메모리, 비휘발성 메모리, 또는 이들의 적절한 조합), 하나 이상의 자기 디스크 저장 디바이스들, 광학 디스크 저장 디바이스들, 플래시 메모리 디바이스들, 그 밖에 통합 시험 시스템에 의해 액세스되고 원하는 정보를 저장할 수 있는 다른 형태의 저장 매체, 또는 이들의 적합한 조합일 수 있다.A computer-readable storage medium is configured to store computer-executable instructions or program code, program data, and/or other suitable form of information. Computer-executable instructions, program code, program data, and/or other suitable forms of information may also be provided through an input/output interface or communication interface. A program stored on a computer-readable storage medium includes a set of instructions executable by a processor. In one embodiment, the computer-readable storage medium includes memory (volatile memory, such as random access memory, non-volatile memory, or an appropriate combination thereof), one or more magnetic disk storage devices, optical disk storage devices, flash memory devices. , other types of storage media that can be accessed by the integrated test system and store desired information, or a suitable combination thereof.

통신 버스는 프로세서, 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체를 포함하여 정보 처리 장치의 다른 다양한 컴포넌트들을 상호 연결한다.A communication bus interconnects various other components of an information processing device, including a processor and computer-readable storage media.

고장 진단 장치는 또한 하나 이상의 입출력 장치를 위한 인터페이스를 제공하는 하나 이상의 입출력 인터페이스 및 하나 이상의 통신 인터페이스를 포함할 수 있다. 입출력 인터페이스 및 통신 인터페이스는 통신 버스에 연결된다. 입출력 장치는 입출력 인터페이스를 통해 고장 진단 장치의 다른 컴포넌트들에 연결될 수 있다.The fault diagnosis device may also include one or more input/output interfaces and one or more communication interfaces that provide interfaces for one or more input/output devices. The input/output interface and communication interface are connected to a communication bus. The input/output device may be connected to other components of the fault diagnosis device through an input/output interface.

각 장치는 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합에 의해 로직회로 내에서 구현될 수 있고, 범용 또는 특정 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수도 있다. 장치는 고정배선형(Hardwired) 기기, 필드 프로그램 가능한 게이트 어레이(Field Programmable Gate Array, FPGA), 주문형 반도체(Application Specific Integrated Circuit, ASIC) 등을 이용하여 구현될 수 있다. 또한, 장치는 하나 이상의 프로세서 및 컨트롤러를 포함한 시스템온칩(System on Chip, SoC)으로 구현될 수 있다.Each device may be implemented within a logic circuit using hardware, firmware, software, or a combination thereof, and may also be implemented using a general-purpose or special-purpose computer. The device may be implemented using hardwired devices, field programmable gate arrays (FPGAs), application specific integrated circuits (ASICs), etc. Additionally, the device may be implemented as a System on Chip (SoC) including one or more processors and a controller.

각 장치는 하드웨어적 요소가 마련된 컴퓨팅 디바이스 또는 서버에 소프트웨어, 하드웨어, 또는 이들의 조합하는 형태로 탑재될 수 있다. 컴퓨팅 디바이스 또는 서버는 각종 기기 또는 유무선 통신망과 통신을 수행하기 위한 통신 모뎀 등의 통신장치, 프로그램을 실행하기 위한 데이터를 저장하는 메모리, 프로그램을 실행하여 연산 및 명령하기 위한 마이크로프로세서 등을 전부 또는 일부 포함한 다양한 장치를 의미할 수 있다.Each device may be mounted on a computing device or server equipped with hardware elements in the form of software, hardware, or a combination thereof. A computing device or server includes all or part of a communication device such as a communication modem for communicating with various devices or wired and wireless communication networks, a memory for storing data to execute a program, and a microprocessor for executing a program to perform calculations and commands. It can refer to a variety of devices, including:

도 2b, 도 3, 도 4에서는 각각의 과정을 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나 이는 예시적으로 설명한 것에 불과하고, 이 분야의 기술자라면 본 발명의 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 도 2b, 도 3, 도 4에 기재된 순서를 변경하여 실행하거나 또는 하나 이상의 과정을 병렬적으로 실행하거나 다른 과정을 추가하는 것으로 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이다.In FIGS. 2B, 3, and 4, each process is described as being sequentially executed, but this is merely an illustrative explanation, and those skilled in the art will be able to perform the procedures in FIGS. 2B and 4 without departing from the essential characteristics of the embodiments of the present invention. Various modifications and modifications may be made by executing by changing the order shown in FIGS. 3 and 4, executing one or more processes in parallel, or adding other processes.

본 실시예들에 따른 동작은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능한 매체는 실행을 위해 프로세서에 명령어를 제공하는 데 참여한 임의의 매체를 나타낸다. 컴퓨터 판독 가능한 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들면, 자기 매체, 광기록 매체, 메모리 등이 있을 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수도 있다. 본 실시예를 구현하기 위한 기능적인(Functional) 프로그램, 코드, 및 코드 세그먼트들은 본 실시예가 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있을 것이다.Operations according to the present embodiments may be implemented in the form of program instructions that can be performed through various computer means and recorded on a computer-readable medium. Computer-readable media refers to any media that participates in providing instructions to a processor for execution. Computer-readable media may include program instructions, data files, data structures, or combinations thereof. For example, there may be magnetic media, optical recording media, memory, etc. A computer program may be distributed over networked computer systems so that computer-readable code can be stored and executed in a distributed manner. Functional programs, codes, and code segments for implementing this embodiment can be easily deduced by programmers in the technical field to which this embodiment belongs.

본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.These embodiments are intended to explain the technical idea of the present embodiment, and the scope of the technical idea of the present embodiment is not limited by these examples. The scope of protection of this embodiment should be interpreted in accordance with the claims below, and all technical ideas within the equivalent scope should be interpreted as being included in the scope of rights of this embodiment.

500: 제어부
510: 몸체
515: 가속도 센서
520: 동력 전달 축
525: 진동 센서
500: Control unit
510: body
515: Acceleration sensor
520: Power transmission shaft
525: Vibration sensor

Claims (12)

수중 추진기의 고장 진단 방법에 있어서,
수중 항법 알고리즘에 따라 수중 이동체가 이동하는 단계;
상기 수중 이동체에 장착된 상기 수중 추진기의 측정 데이터를 측정 센서를 이용하여 수집하는 단계;
미리 학습된 고장 진단 모델을 기반으로 상기 측정 데이터를 입력하여 상기 수중 추진기의 상태를 진단하고 정상 상태 또는 고장 상태를 출력하는 단계; 및
상기 수중 추진기의 상태에 따라 상기 수중 이동체의 동작을 제어하는 단계를 포함하는 수중 추진기의 고장 진단 방법.
In the method of diagnosing a failure of an underwater propulsion machine,
Moving an underwater vehicle according to an underwater navigation algorithm;
Collecting measurement data of the underwater propulsion device mounted on the underwater vehicle using a measurement sensor;
Diagnosing the state of the underwater thruster by inputting the measurement data based on a pre-learned failure diagnosis model and outputting a normal state or a failure state; and
A method of diagnosing a failure of an underwater thruster, comprising the step of controlling the operation of the underwater moving object according to the state of the underwater thruster.
제1항에 있어서,
상기 고장 상태를 출력하는 단계는 상기 고장 상태를 부유물 엉킴 상태 또는 블레이드 파손 상태로 구분하고,
상기 수중 이동체의 동작을 제어하는 단계는,
상기 수중 추진기의 상태가 정상 상태이면 상기 수중 이동체의 이동을 진행하고,
상기 수중 추진기의 상태가 상기 부유물 엉킴 상태이면 상기 수중 이동체의 이동을 멈추고 해수면으로 부상하고,
상기 수중 추진기의 상태가 상기 블레이드 파손 상태이면 파손 정도에 따라 임수 수행을 세분화하는 것을 특징으로 하는 수중 추진기의 고장 진단 방법.
According to paragraph 1,
The step of outputting the failure state divides the failure state into a state of entangled floating matter or a broken blade state,
The step of controlling the operation of the underwater vehicle is,
If the state of the underwater thruster is in a normal state, the movement of the underwater mobile body proceeds,
If the state of the underwater propeller is in the state of entanglement of the floating object, the underwater mobile body stops moving and rises to the sea surface,
A failure diagnosis method for an underwater thruster, characterized in that, when the state of the underwater thruster is a damaged state of the blade, the operation is subdivided according to the degree of damage.
제2항에 있어서,
상기 고장 진단 모델은 부유물 엉킴 고장 데이터를 입력받아 학습되어 상기 부유물 엉킴 상태를 출력하고,
상기 고장 진단 모델은 블레이드 파손 고장 데이터를 입력받아 학습되어 상기 블레이드 파손 상태를 출력하며, 설정된 파손 기준치와 비교하여 블레이드 파손 상태에 관한 파손 등급을 구분하여 출력하는 것을 특징으로 하는 수중 추진기의 고장 진단 방법.
According to paragraph 2,
The failure diagnosis model is learned by receiving floating object entanglement failure data and outputs the floating object entanglement state,
The failure diagnosis model is learned by receiving blade damage failure data, outputs the blade damage state, and compares it to a set damage standard value to classify and output damage grades related to the blade damage state. .
제3항에 있어서,
상기 고장 진단 모델은 시계열 데이터를 분석하는 RNN(Recurrent Neural Network) 또는 LSTM(Long Short Term Memory)를 적용하여 상기 부유물 엉킴 상태 또는 상기 블레이드 파손 상태를 출력하는 것을 특징으로 하는 수중 추진기의 고장 진단 방법.
According to paragraph 3,
The failure diagnosis model is characterized in that the floating object entanglement state or the blade damage state is output by applying RNN (Recurrent Neural Network) or LSTM (Long Short Term Memory) that analyzes time series data. A method for diagnosing a failure of an underwater propulsion machine.
제3항에 있어서,
상기 고장 진단 모델은,
상기 수중 추진기에 관한 정상 데이터 및 고장 데이터 간의 데이터 개수를 제1 비율로 설정하고,
상기 부유물 엉킴 고장 데이터 및 상기 블레이드 파손 고장 데이터 간의 데이터 개수를 제2 비율로 설정하고,
상기 제1 비율에 제1 가중치를 적용하고 상기 제2 비율에 제2 가중치를 적용하여 상기 고장 진단 모델에 입력되는 데이터의 비율을 조절하는 것을 특징으로 하는 수중 추진기의 고장 진단 방법.
According to paragraph 3,
The fault diagnosis model is,
Setting the number of data between normal data and failure data regarding the underwater propulsion machine as a first ratio,
Set the number of data between the floating object entanglement failure data and the blade breakage failure data as a second ratio,
A failure diagnosis method for an underwater propulsion machine, characterized in that the ratio of data input to the failure diagnosis model is adjusted by applying a first weight to the first ratio and a second weight to the second ratio.
제3항에 있어서,
상기 고장 진단 모델은 GAN(Generative Adversarial Network) 기반의 데이터 확장 모델을 이용하여 상기 부유물 엉킴 고장 데이터를 확장하고 확장된 부유물 엉킴 고장 데이터를 입력받아 학습되고,
상기 고장 진단 모델은 상기 데이터 확장 모델을 이용하여 상기 블레이드 파손 고장 데이터를 확장하고 확장된 블레이드 파손 고장 데이터를 입력받아 학습되는 것을 특징으로 하는 수중 추진기의 고장 진단 방법.
According to paragraph 3,
The failure diagnosis model is learned by expanding the floating object entanglement failure data using a GAN (Generative Adversarial Network)-based data expansion model and receiving the expanded floating object entanglement failure data as input,
The failure diagnosis model is a failure diagnosis method of an underwater propulsion machine, characterized in that the blade breakage failure data is expanded using the data expansion model and the expanded blade breakage failure data is input and learned.
제6항에 있어서,
상기 데이터 확장 모델은 생성자(Generator) 및 판별자(Discriminator)가 상호 연결되어 학습되며,
상기 생성자는 제1 생성자 및 제2 생성자를 포함하고,
상기 판별자는 제1 판별자 및 제2 판별자를 포함하고,
상기 제1 생성자는 부유물 엉킴 고장 데이터를 생성하고,
상기 제2 생성자는 블레이드 파손 고장 데이터를 생성하고,
상기 제1 판별자는 상기 생성된 부유물 엉킴 고장 데이터의 유사를 판별하고,
상기 제2 판별자는 상기 생성된 블레이드 파손 고장 데이터의 유사를 판별하고,
(i) 상기 제1 생성자 및 상기 제1 판별자에 관한 제1 손실 함수 및 (ii) 상기 제2 생성자 및 상기 제2 판별자에 관한 제2 손실 함수가 최소가 되도록 학습되는 것을 특징으로 하는 수중 추진기의 고장 진단 방법.
According to clause 6,
The data expansion model is learned by connecting a generator and a discriminator,
The constructor includes a first constructor and a second constructor,
The discriminator includes a first discriminator and a second discriminator,
The first generator generates floating matter entanglement failure data,
The second generator generates blade breakage failure data,
The first discriminator determines the similarity of the generated floating object entanglement failure data,
The second discriminator determines the similarity of the generated blade damage failure data,
In water, characterized in that (i) a first loss function for the first generator and the first discriminator and (ii) a second loss function for the second generator and the second discriminator are learned to be minimum. How to diagnose propulsion failure.
고장 진단 장치에 있어서,
수중 이동체를 이동시키도록 구현된 수중 추진기;
상기 수중 추진기에 부착되어 측정 데이터를 수집하는 측정 센서; 및
상기 측정 데이터를 입력하여 상기 수중 추진기의 상태를 진단하고 정상 상태 또는 고장 상태를 출력하는 고장 진단 모델을 포함하며 상기 수중 추진기의 상태에 따라 상기 수중 이동체의 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 고장 진단 장치.
In the fault diagnosis device,
An underwater propulsion device implemented to move an underwater vehicle;
a measurement sensor attached to the underwater propulsion device to collect measurement data; and
A fault diagnosis device including a fault diagnosis model that inputs the measurement data to diagnose the state of the underwater thruster and outputs a normal state or a failure state, and includes a control unit that controls the operation of the underwater moving object according to the state of the underwater thruster. .
제8항에 있어서,
상기 고장 상태는 부유물 엉킴 상태 또는 블레이드 파손 상태로 구분되고,
상기 고장 진단 모델은 부유물 엉킴 고장 데이터를 입력받아 학습되어 상기 부유물 엉킴 상태를 출력하고,
상기 고장 진단 모델은 블레이드 파손 고장 데이터를 입력받아 학습되어 상기 블레이드 파손 상태를 출력하는 것을 특징으로 하는 고장 진단 장치.
According to clause 8,
The failure state is divided into a floating matter entanglement state or a blade damage state,
The failure diagnosis model is learned by receiving floating object entanglement failure data and outputs the floating object entanglement state,
The failure diagnosis model is a failure diagnosis device characterized in that it is learned by receiving blade damage failure data and outputs the blade damage state.
제8항에 있어서,
상기 측정 센서는 상기 수중 추진기의 전력 공급 라인에 부착된 홀 센서를 통해 소모 전류를 측정하고, 상기 측정된 소모 전력을 상기 고장 진단 모델로 전달하는 것을 특징으로 하는 고장 진단 장치.
According to clause 8,
The measurement sensor measures current consumption through a Hall sensor attached to the power supply line of the underwater propulsion machine, and transmits the measured power consumption to the fault diagnosis model.
제8항에 있어서,
상기 측정 센서는 상기 수중 추진기의 몸체 또는 동력 전달 축에 부착된 가속도 센서 또는 진동 센서를 통해 추진기 진동 데이터를 측정하고, 상기 측정된 추진기 진동 데이터를 상기 고장 진단 모델로 전달하는 것을 특징으로 하는 고장 진단 장치.
According to clause 8,
The measurement sensor measures thruster vibration data through an acceleration sensor or vibration sensor attached to the body or power transmission shaft of the underwater thruster, and transmits the measured thruster vibration data to the fault diagnosis model. Device.
제8항에 있어서,
상기 측정 센서는 상기 수중 추진기의 모터에 부착된 엔코더 센서를 통해 모터 회전 데이터를 측정하고, 상기 측정된 모터 회전 데이터를 상기 고장 진단 모델로 전달하는 것을 특징으로 하는 고장 진단 장치.
According to clause 8,
The measurement sensor measures motor rotation data through an encoder sensor attached to the motor of the underwater propulsion device, and transmits the measured motor rotation data to the failure diagnosis model.
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