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ANN development for BLDC prognostic
- 1. Relatori: Prof. Paolo Maggiore Dott. Matteo Davide Lorenzo Dalla Vedova Candidato: Davide De FanoAprile 2016
- 2. Obiettivi 2 Artificial Neural Networks• EARLY FAULT-DETECTION • EFFETTI NON CRITICI • PERFORMANCE INVARIATE • SENSORS REDUCTION • RUMORE ELETTRICO • DISPONIBILITA' LIMITATA • REAL-TIME TARGET • RIDUZIONE CAMPIONE • POST-PROCESSING LIMITATO /17 • APPROCCIO PROBABILISTICO • CLASSIFICAZIONE CAMPIONI • ESTRAZIONE CARATTERISTICHE
- 3. EMA ANN Analisi Risultati • SIMULAZIONE • CAMPIONAMENTO • DESIGN • TRAINING VARIAZIONE PARAMETRI SC - UNB Metodologia 3 • IMPLEMENTAZIONE • SIMULAZIONE RETE /17
- 4. Modello EMA 4 /17 • ALTERAZIONE fcem • 2 PAIA POLI – 12 AVVOLGIMENTI • PILOTAGGIO ONDA QUADRA • TRASMISSIONE RIGIDA • Δt=10-6s - EULERO SIMULAZIONE GUASTI CARATTERISTICHE EMA • VARIAZIONE CARICHI OHMICO-INDUTTIVI
- 5. Corto circuito - elettronica 𝑅 𝑝ℎ = 𝑅0 ∙ 𝑁𝑝ℎ 𝐿 𝑝ℎ = 𝐿0 2 ∙ 𝑁𝑝ℎ 2 0,75 ≤ 𝑵 𝒑𝒉 ≤ 1 FATTORE INTEGRITA’ FASE 5 /17 • CORTO CIRCUITO PARZIALE • SINGOLA FASE INTERESSATA DAL GUASTO RIDUZIONE INDUTTANZA RIDUZIONE RESISTENZA VARIAZIONE CARICO INDOTTO Hp
- 6. Corto circuito – fcem 𝐾 𝑝ℎ = 𝐾 𝜃𝑒 ∙ 𝑁 𝑝ℎ 6 /17 𝑓𝑐𝑒𝑚 = 𝑁 𝑑Φ 𝑑𝑡 ∝ NSPIRE 𝑓𝑐𝑒𝑚 = Φ ∙ 𝜔 ∙ 𝐾 𝑝ℎ DIMINUZIONE CARICO INDOTTO RIDUZIONE COPPIA (A CORRENTE COSTANTE) 𝑇𝑝ℎ = Φ ∙ 𝑖 𝑝ℎ ∙ 𝐾 𝑝ℎ MAGNETI PERMANENTI Φ = 𝑐𝑜𝑠𝑡
- 7. Eccentricità rotorica (ζ) ASSE ROTORE ≡ ASSE DI ROTAZIONE 𝐾𝑝ℎ = 𝐾 𝜃𝑒 ∙ 𝑁𝑝ℎ ∙ 1 + 𝜁𝑐𝑜𝑠 𝜃𝑒 + 𝜑 𝑝ℎ 𝜁 = 𝑥0 𝑔0 ASSENZA VIBRAZIONI CENTRIFUGHE TRAFERRO COSTANTE NEL TEMPO 𝑔0 = 𝑟𝑠 − 𝑟𝑟 𝒈 = 𝒈 𝜽 7 /17 ECCENTRICITA' STATICA 𝑔 𝜃 = 𝑔0 1 + 𝜁 cos 𝜃 ALBERO INFINITAMENTE RIGIDOHp Hp Hp DIREZIONE SCOSTAMENTO FISSATA 𝜽 = 𝟎° 𝜃𝑒 = 2𝜃𝑚𝑜𝑑 360 𝜑 𝑝ℎ = 0° 120° 240° ≡ ASSE STATORE
- 8. Simulazione e campionamento 𝑋 𝑅𝑀𝑆 = 1=1 12 𝑋30,𝑖 𝑋360 − 1 2 12 𝑋30,𝑖 = 𝜃 𝑖 𝜃 𝑖+30 𝑋(𝜃) 𝑑𝜃 30 𝑋360 = 𝑖=1 12 𝑋30,𝑖 12ωM IRef 1 ≤ 𝑖 ≤ 12 • VELOCITÀ COMANDATA • COPPIA RESISTENTE • GUASTO INPUT DATA OUTPUT ELABORAZIONE NORMALIZZAZIONE 8 /17 𝜔 𝜔 𝑅𝑒𝑓,𝑀𝑎𝑥 𝑇 𝑇 𝑀𝑎𝑥 𝑁𝑝ℎ − 𝜁 VELOCITA' CORRENTE DI RIFERIMENTO VALORI MEDI (30°) VALORE MEDIO SUL GIRO VALORE EFFICACE NORMALIZZATO CONTROLLORE NON SATURATOHp
- 9. Analisi Output 𝑋 = 𝜔360 𝐼360 𝜔 𝑅𝑀𝑆 𝐼 𝑅𝑀𝑆 SENSIBILITA’ PERIODICITA’ TMM 360° - ROTAZIONE 30° - ARCO AVVOLGIMENTO ω ζ - NPH PUNTO DI LAVORO 9 /17 OSCILLAZIONI CARATTERISTICHE 180° - SEQUENZA ELETTRICA • VELOCITA’ • CORRENTE DI RIFERIMENTO MISURA OSCILLAZIONE
- 10. Pattern Recognition ANN 𝜔360 𝐼360 𝜔 𝑅𝑀𝑆 𝐼 𝑅𝑀𝑆 • FUNZIONE CONTINUA • LIMITATA (-1;+1) • ATTENUAZIONE VALORI ESTREMI • FUNZIONE LOGISTICA GENERALIZZATA • NORMALIZZAZIONE INPUT • CLASSIFICAZIONE CATEGORICA 𝜎 𝑥 𝑖 = 𝑒 𝑥 𝑖 𝑘=1 𝑁 𝑒 𝑥 𝑘 𝑎 𝑥 = 𝑒 𝑥 − 𝑒−𝑥 𝑒 𝑥 + 𝑒−𝑥 10 /17 TANSIG SOFTMAX
- 11. Apprendimento ANN AGGIORNAMENTO PESI TARGET VALUTAZIONE ERRORE 𝑇𝑖 = 𝑥1 ⋮ 𝑥 𝑐 𝜔360 𝐼360 𝜔 𝑅𝑀𝑆 𝐼 𝑅𝑀𝑆 INPUT • METODO ITERATIVO 𝑥 𝑐 = 1 0 𝑁𝑝ℎ8×1 = 100 ⋯ 75 % 𝜁11×1 = 0 ⋯ 10 % 11 /17 ENTITA' DISCRETIZZAZIONE 𝑖 𝜁 = 1 ⋯ 11 𝑖 𝑁 = 1 ⋯ 8 CLASSE 𝒊 𝜻 = 𝒄 FUNZIONE ERRORE (cross-entropy) ALGORITMO GRADIENTE (scg – 2° ordine) INIZIALIZZAZIONE PESI (random) SEQUENZA INPUT (random) CRITERIO ARRESTO (𝛻 > 0) RISULTATO NON UNIVOCO • RICERCA MINIMO
- 12. Analisi risultati CORTO CIRCUITO ECCENTRICITA’ FALSI NEGATIVI CONFUSIONE ACCURATEZZA 12 /17 ERRORE DISTRIBUITO ERRORE CONCENTRATO
- 13. Distinzione tipologia di guasto 𝑋 𝑟𝑒𝑣 = 𝑋30,1 𝑋360 − 1 ⋮ 𝑋30,12 𝑋360 − 1 12×1 𝑋 = 𝜔𝑟𝑒𝑣12×1 𝐼𝑟𝑒𝑣12×1 𝜔360 𝐼360 26×1 INPUT 13 /17 SUDDIVISIONE INTERVALLI CAMPIONAMENTO E ORDINAMENTO VALORI NORMALIZZATI ORDINATI APPROSSIMAZIONE FORMA SEGNALE ATTRAVERSO 12 PUNTI RAPPRESENTATIVI 𝜽 → 𝒊 = 𝟏~𝟏𝟐 𝑁𝑝ℎ = 100 90 75 % 𝜁 = 0 5 15 % COMBINAZIONI SIMULATE 𝑇 = 0 0 0 1 0.5 0.3 0 1 1 1 1 1 0.5 0 0 0 1 1 1 1 1 0.3 0 0 0 1 1 3×9 TARGET • ATTENUAZIONE GUASTO INATTIVO • RICONOSCIMENTO CONDIZIONE "NORMALE" • DIREZIONE ECCENTRICITA' FISSA • SINGOLA FASE DANNEGGIATA Hp 𝑇𝑖 = 𝑆𝐶 𝐼𝑁𝑇 𝐸𝐶𝐶 CORTO CIRCUITO ECCENTRICITA' CLASSE DI INTERFERENZA INTERFERENZA 9 CASI
- 14. Analisi risultati DISTINZIONE NORMALE FUNZIONAMENTO CORTO CIRCUITO PREDOMINANTE DISCRIMINAZIONE TIPOLOGIA GUASTO FALSI NEGATIVI SPARSI 14 /17
- 15. Implementazione della rete • SOTTOSISTEMA "ENABLED" • CLOCK ESTERNO • FILTRO INTEGRALE • FUNZIONAMENTO PARALLELO • VERIFICA VELOCITA' MEDIA • INTEGRALE dt dθ 15 /17
- 16. Output delle reti TRANSITORIO INVALIDATO FLUTTUAZIONE RESIDUA INTERFERENZA DEGLI INPUT 16 /17 Es.: ω=25% T=5% NA=90%
- 17. Conclusioni • RIDUZIONE COMPUTAZIONALE • METODO RIADATTABILE • INDIPENDENZA DALLE MISURE ELETTRICHE • DISCRIMINAZIONE FRA TIPI DI GUASTO (NC, GUASTI SINGOLI E MULTIPLI) • FASE DI CARATTERIZZAZIONE DELL'ATTUATORE • INEFFICACIA NEI TRANSITORI • SPECIALIZZAZIONE DELLE RETI OBIETTIVI RAGGIUNTI SVILUPPI FUTURI 17 /17
- 18. Domande