به جمع مشترکان مگیران بپیوندید!

تنها با پرداخت 70 هزارتومان حق اشتراک سالانه به متن مقالات دسترسی داشته باشید و 100 مقاله را بدون هزینه دیگری دریافت کنید.

برای پرداخت حق اشتراک اگر عضو هستید وارد شوید در غیر این صورت حساب کاربری جدید ایجاد کنید

عضویت
جستجوی مقالات مرتبط با کلیدواژه

fault detection

در نشریات گروه مکانیک
تکرار جستجوی کلیدواژه fault detection در نشریات گروه فنی و مهندسی
  • Mostafa Mahmoudi, Mostafa Khazaee *, Sanaz Ghezeljeh, Seyyed Mirmohamadi, Mehdi Jahromi
    Today, health monitoring systems for turbine engines have become a vital requirement in the aviation industry. In this paper, different fault detection methods of turbine engines are reviewed based on previous research to reveal the importance of the problem and existing challenges. The existing methods use the engine signals for diagnostics, which are heavily affected by operating conditions and disturbances. The faults effect on the performance charts of the F100-PW-220 engine is detected by neural network technique to alleviate the signal variation problem. Some common faults in this type of engine are modeled, including compressor fouling, turbine blade corrosion, and fuel injection problems. The proposed method is effective in a wide range of engine working conditions such as first moments of take-off with afterburner, take-off at 0.1 M, subsonic cruise flight at 0.8 M without afterburner in 10000, 20000, and 40000 feet altitude, supersonic cruise flight at 1.6 M with afterburner in the same altitudes. The cascade neural network with probabilistic transfer functions is used in this paper and shows satisfactory fault detection, while the required training dataset is much less than the previous works. This method facilitates the fast implementation of the system due to the small training dataset and improves the diagnostics accuracy over operational time.
    Keywords: Cascade Neural Network, EHMS, Fault Detection, Health Monitoring, Turbine Engine
  • مهسا واقفی، محمدصادق توللی*، رضا جاهدی، امیرسعید قدسی نژاد، محمدمسیح سعادت فرد

    چرخ دنده ها بخش بسیار مهمی از تجهیزات مختلف مکانیکی در صنعت هستند. به دلیل آن که در فرایندهای مکانیکی، دندانه ها در طولانی مدت تحت بار قرار می گیرند، سطح دندانه آن ها معمولا فرسوده، ساییده و حتی شکسته می شود. تشخیص به موقع خطا نه تنها می تواند چرخه عمر چرخ دنده ها را افزایش دهد بلکه حتی می تواند از تلفات اموال و تلفات ناشی از خرابی ها نیز جلوگیری نماید. بنابراین، نظارت و تشخیص سلامت چرخ دنده ها برای اطمینان از عملکرد طبیعی ماشین های گرانبها در صنعت امری ضروری است. در این پژوهش، تشخیص خطا در چرخ دنده های پلیمری، با استفاده از سیگنال صوتی به عنوان یک روش بازرسی غیرتماسی مدنظر قرار گرفته است. بدین منظور از 50 زوج چرخ دنده در وضعیت سالم، دندانه های ساییده شده و دندانه های شکسته شده در دو سرعت 66 و 99 دور بر دقیقه، سیگنال صوت ضبط شده است. در ادامه با استفاده از تبدیل بسته موجک (WPT)، سیگنال صوت در حوزه زمان - فرکانس تجزیه شده و 12 ویژگی آماری از 16 ضریب سطح چهارم WPT استخراج شده است. به منظور بررسی عملکرد الگوریتم تشخیص خطا از چهار طبقه بند جداساز خطی، K نزدیک ترین همسایه، درخت تصمیم و ماشین بردار پشتیبان استفاده شده است. مقادیر معیارهای دقت، نرخ مثبت واقعی، نرخ منفی واقعی، ارزش پیش بینی مثبت، ارزش پیش بینی منفی، میانگین هندسی، نمره F1 و ضریب همبستگی متیوز، نشان داده است که با استفاده از WPT، می توان تمایز معنی داری میان چرخ دنده های سالم و معیوب پیدا کرد. از این رو، روش پیشنهادی یک رویکرد مناسب، برای تشخیص خطای به موقع چرخ دنده های پلیمری مورد استفاده در تجهیزات مکانیکی است.

    کلید واژگان: تشخیص خطا، چرخ دنده پلیمری، حوزه زمان - فرکانس، تبدیل بسته موجک، بازرسی غیرتماسی
    Mahsa Vaghefi, Mohammadsadegh Tavallali*, Reza Jahedi, Amirsaeed Ghodsinejad, Mohammadmasih Saadatfard

    Gears are a very important part of mechanical equipment in industry. Due to the fact that in mechanical processes, the teeth are subjected to long-term load, the surface of their teeth is usually rusty, worn out and even broken. Timely fault detection cannot only increase the life cycle of the gears, however it can even prevent property losses and losses due to breakdowns. Therefore, it is necessary to monitor and diagnose the health of the gears to ensure the normal operation of the invaluable machines in industry. In this research, fault detection in polymer gears using audio signal is considered as a non-contact inspection method. Sound signals were recorded from 50 pairs of gears in normal condition, worn teeth and broken teeth at two speeds of 66 and 99 rpm. In the following, using wavelet packet transformation (WPT), the sound signal is analyzed in the time-frequency domain and 12 statistical features are extracted from the 16 coefficients of the fourth level of WPT. In order to study the performance of the fault detection algorithm, four classifications of linear discriminant analysis, K-nearest neighbor, decision tree and support vector machine have been used. The values of accuracy, true positive rate, true negative rate, positive predictive value, negative predictive value, geometric-mean, F1 score, and Matthews correlation coefficient have shown that by using WPT, a significant distinction can be found between normal and faulty gears. Therefore, the proposed method is a suitable approach for timely error detection of polymer gears used in mechanical equipment.

    Keywords: Fault Detection, Polymer Gear, Time-Frequency Domain, Wavelet Packet Transform, Non-Contact Inspection
  • Somaye Mohammadi *, Mehdi Behzad, Hesam Arghand
    In recent years, there has been a rise in the popularity of using data-driven artificial intelligence models for detecting faults in rotating machinery. The challenge lies in creating a model that can be used even when sensor data is not available and the operating conditions differ from those observed during development. This article addresses the issue of potential failures in gear, bearing, and shaft components and suggests two strategies - adjusting entry and cost functions - to address these challenges in developing a one-dimensional convolutional neural network model. These strategies enable the model to extract features from the input signal with minimal dependency on operating conditions. By analyzing the 2009 PHM (Prognostics and Health Management Society) challenge competition dataset, the model achieved its highest accuracy by using the frequency spectrum of velocity and acceleration from vibrational signals. The model’s average accuracy for signals recorded by any arbitrary sensor is 79.6%, even if some operating speeds were not observed during training. Incorporating a suggested penalty function based on p-value into the cost function increased accuracy by up to 13.6%. Consequently, implementing the proposed strategies in similar cases is highly recommended, as demonstrated by successful application in two industrial cases.
    Keywords: Condition Monitoring, Fault Detection, Convolutional Neural Network, Gear Fault, Rolling Bearing, Rotor Faults, Missing Data
  • علیرضا یعقوبی، محسن محمدی*
    خطاهای سیستم که معمولا منجر به تغییر در پارامترهای حیاتی سیستم یا حتی دینامیک سیستم می شود، ممکن است منجر به کاهش عملکرد و شرایط عملیاتی ناایمن شود. تشخیص خطا نقش مهمی در تضمین ایمنی و قابلیت اطمینان سیستم برای وسایل نقلیه هوایی بدون سرنشین ایفا می کند. شبکه های عصبی مصنوعی پتانسیل خوبی برای تشخیص و جدا سازی خطا در فرایندهای پیچیده را دارند. در این مقاله یک مشاهده گر مبتنی بر شبکه عصبی تطبیقی ارائه شده است که در این مطالعه، شبکه عصبی تطبیقی به عنوان یک سیستم یادگیری هوشمند برای تشخیص و جداسازی خطای حسگر و عملگر در یک مدل دینامیکی غیرخطی وسیله نقلیه هوایی بدون سرنشین طراحی شده است. به دلیل غیرخطی بودن سیستم، پارامترهای وزن شبکه عصبی با استفاده از کالمن فیلتر توسعه یافته به روز می شوند که این کار باعث افزایش نرخ همگرایی شبکه عصبی می شود. مجموعه ای از خطاهای ناگهانی و متناوب برای ارزیابی روش به یک مدل دینامیکی غیرخطی مالتی روتور تمایل یابنده اعمال می شود. به دلیل نرخ بالای بروزرسانی وزن های شبکه عصبی، روش پیشنهادی قادر است خطاهای ناگهانی و متناوب را بادقت و سرعت مناسب تشخیص دهد. نتایج شبیه سازی عددی نیز برای نشان دادن عملکرد روش پیشنهادی آورده شده است که نشان از عملکرد مناسب این طراحی دارد.
    کلید واژگان: تشخیص خطا، روتور تمایل یابنده، شبکه عصبی تطبیقی، کالمن فیلتر توسعه یافته، سیستم غیر خطی
    Alireza Yaghubi, Mohsen Mohammadi *
    System faults, usually lead to changes in critical system parameters or even system dynamics, may lead to reduced performance and unsafe operating conditions. Fault detection plays an important role in ensuring system safety and reliability for unmanned aerial vehicles. Artificial neural networks have a good potential to detect and isolate errors in complex processes. In this paper, an observer based on adaptive neural network is presented. In this study, the adaptive neural network is designed as an intelligent learning system to detect and isolate sensor and actuator error in a nonlinear dynamic model of an unmanned aerial vehicle. Due to the nonlinearity of the system, the weighting parameters of the neural network are updated using the extended Kalman filter, which increases the convergence rate of the neural network. A set of sudden and intermittent faults is applied to a nonlinear dynamic model of a tilting multirotor to evaluate the method. Due to the high rate of updating the neural network weightings, the proposed method is able to detect sudden and intermittent faults with appropriate accuracy and speed. Numerical simulation results are also given to show the performance of the proposed method. which shows the proper performance of this design.
    Keywords: Fault Detection, Tilting Rotor, Adaptive Neural Network, Extended Kalman Filter, Nonlinear System
  • سجاد روشن روان، سعید شمقدری*
    در این مقاله، به ارائه روشی جهت طراحی سیستم کنترل وضعیت ردیاب بهینه برای پرنده کوادروتور که در معرض عیوب اجزا و عملگر قرار دارد پرداخته شده است. روش کنترل تحمل پذیر عیب یکپارچه پیشنهادی مبتنی بر یادگیری تقویتی ایمن ارائه شده است و قادر است بدون نیاز به شناخت قبلی از دینامیک پرنده، قیود ورودی و حالات را تضمین نماید. به این منظور، روش بهینه پیشنهادی با ساختار شبکه عصبی دوگانه شامل شبکه های عصبی شناساگر-نقاد ارائه شده است. در قانون به روزرسانی وزن های شبکه شناساگر علاوه بر متغیر در نظر گرفتن ضریب فراموشی از روش پاسخ تجربه استفاده شده که باعث افزایش سرعت همگرایی و مقاومت نسبت به نویز اندازه گیری و کاهش خطای تخمین می شوند. در این روش، حل مسئله کنترل ردیاب وضعیت بهینه تحمل پذیر عیب در حالت مقید با حل مسئله پایدارسازی بهینه نامقید برای یک سیستم افزوده معادل می شود که در آن قیود ورودی کنترلی و حالات به ترتیب با انتخاب تابع هزینه مناسب بر سیگنال ورودی و توابع کنترل مانع مناسب بر حالات، تضمین داده می شوند. همچنین آشکارسازی وقوع عیب بدون نیاز به هیچ گونه بانکی از مدل یا فیلتر و صرفا با مقایسه مقدار باقی مانده معادله همیلتون-ژاکوبی-بلمن با یک آستانه از پیش تعیین شده انجام می پذیرد. پایداری فراگیر یکنواخت وزن های هر دو شبکه و درنتیجه همگرایی قانون کنترل به پاسخ بهینه با استفاده از قضیه لیاپانوف اثبات و با استفاده از نتایج شبیه سازی صحت عملکرد آن نشان داده شده است.
    کلید واژگان: کنترل وضعیت کوادروتور، عیوب اجزا و عملگر، کنترل بهینه تحمل پذیر عیب، آشکارسازی وقوع عیب، یادگیری تقویتی ایمن
    Sajad Roshanravan, Saeed Shamaghdari *
    In this article, a method for designing a fault-tolerant optimal attitude tracking control (FTOATC) for a quadrotor UAV subject to component and actuator faults is presented. The proposed fault-tolerant method is based on safe reinforcement learning (SRL) and is capable of ensuring input and state constraints without the need for prior knowledge of the quadrotor dynamics. To this end, the proposed optimal method is presented with a dual neural network (NN) structure consisting of identifier-critic neural networks. In the identifier NN update law, in addition to considering the variable forgetting factor dependent on measurement noise, the experience response method is used, which increases convergence speed and robustness to measurement noise and reduces estimation error. In this method, solving the constrained FTOATC problem is equivalent to solving an unconstrained optimal stabilization problem for an augmented system, where control input constraints and states are guaranteed by selecting suitable cost functions on the input signal and appropriate control barrier functions (CBF)on the states, respectively. Furthermore, fault detection is performed without the need for any model or filter bank, simply by comparing the residual value of the Hamilton-Jacobi-Bellman (HJB) equation with a predetermined threshold. The Uniformly Ultimately Boundedness (UUB) of identifier and critic NN weight errors and, as a result, the convergence of the control input to the neighborhood of the optimal solution are all proved by Lyapunov theory and the performance of the method is validated through simulation results.
    Keywords: Quadrotor attitude control, Component, actuator faults, Fault-tolerant optimal control, Fault detection, Safe reinforcement learning
  • محمدحسین یزدی، مهدی علیاری شوره دلی*، اشکان موسویان

    تشخیص و اصلاح عیوب شمع ها در جلوگیری از مسائل موتور که می تواند منجر به عواقب عملیاتی و مالی قابل توجهی شود، بسیار مهم است. برای افزایش دقت و استحکام تشخیص عیب شمع، این تحقیق یک رویکرد ترنسفورمر پیچشی را معرفی می کند که از نقاط قوت شبکه های عصبی و ترنسفورمرها استفاده می کند تا به طور موثر وابستگی های زمانی محلی و طولانی را در علامت های صوتی شمع ها ثبت کند. نتایج این رویکرد پیشگامانه، همانطور که در جداول و شکل های همراه ارائه شده است، عملکرد برتر آن را نشان می دهد و به دقت چشمگیر 97.1% در مسئله چالش برانگیز طبقه بندی 4 کلاس صرفا با استفاده از علامت های صوتی دست یافته است. این دستاورد نشان دهنده پیشرفت قابل توجهی در حوزه تشخیص عیب شمع است، با ظرفیت راه اندازی روش های تشخیصی مطمئن تر و دقیق تر، که در نهایت به جلوگیری از خرابی های پرهزینه موتور و افزایش طول عمر موتور کمک می کند. همانطور که صنعت خودرو به تکامل خود ادامه می دهد، پذیرش روش های یادگیری عمیق مانند مبدل‏ های ضرب پیچشی یک راه امیدوارکننده برای افزایش قابلیت اطمینان و عملکرد موتورهای احتراق داخلی ارائه می دهد و اهمیت این تحقیق را در زمینه پیشرفت های آینده خودرو برجسته می کند.

    کلید واژگان: تشخیص عیب، شمع موتور، داده های صوتی، ترنسفورمر پیچشی، یادگیری ماشین
    Mohammadhossein Yazdi, Mahdi Aliyari-Shoorehdeli *, Ashkan Moosavian

    Detecting and rectifying spark plug faults are pivotal in preventing engine-related issues that can have substantial operational and financial consequences. To improve the accuracy and robustness of spark plug fault diagnosis, this research introduces a novel Convolutional Transformer approach that leverages the strengths of Convolutional Neural Networks and Transformers, which effectively capture both local and extended temporal dependencies within spark plug acoustic signals. The results of this groundbreaking approach, as presented in accompanying tables and figures, demonstrate its superior performance, achieving an impressive 97.1% accuracy in a challenging 4-class classification scenario using solely acoustic signals. This achievement signifies a significant advancement in spark plug fault detection, potentially ushering in more reliable and precise diagnostic methods, ultimately contributing to the prevention of costly engine breakdowns and the extension of engine lifespan. Deep learning techniques such as Convolutional Transformers offer a promising way to improve the reliability and performance of internal combustion engines as the automotive industry continues to evolve, highlighting the importance of this research for future automotive developments.

    Keywords: Fault Detection, Engine Spark Plug, Acoustic Signal, Convolutional Transformer, Machine Learning
  • A. Zare, M. Simab *, M. Nafar
    Due to the growing demand in the electricity sector and the shift to the operation of renewable sources, the use of solar arrays has been at the forefront of consumers' interests. In the meantime, since the production capacity of each solar cell is limited, in order to increase the production capacity of photovoltaic (PV) arrays, several cells are arranged in parallel or in series to form a panel in order to obtain the expected power. Short circuit (SC) and open circuit (OC) faults in the solar PV systems are the main factors that reduce the amount of solar power generation, which has different types. Partial shadow, cable rot, un-achieved maximum power point tracking (MPPT) and ground faults are some of these malfunctions that should be detected and located as soon as possible. Therefore, effective fault detection strategy is very essential to maintain the proper performance of PV systems to minimize network interruptions. The detection method must also be able to detect, locate and differentiate between SC and OC modules in irradiated PV arrays and non-uniform temperature distributions. In this paper, based on artificial intelligence (AI) and neural networks (NN), neutrons can be utilized, as they have been trained in machine learning process, to detect various types of faults in PV networks. The proposed technique is faster than other artificial neural networks (ANN) methods, since it uses an additional hidden layer that can also increase processing accuracy. The output results prove the superiority of this claim.
    Keywords: Photovoltaic arrays, Fault detection, Machine learning, Neural network
  • فریده الله وردی*، امین کیانی

    در این پژوهش تخمین پارامترها و تشخیص عیب سیستم پمپ پیستونی هیدرولیکی که رفتار غیرخطی دارد و از رایج ترین سیستم های الکتروهیدرولیکی مورد استفاده در صنایع حساسی چون هوا و فضا می باشد، مورد بررسی قرار گرفت. معیار عیب یابی، سیگنال مانده ای است که از اختلاف خروجی سیستم و یک رویتگر غیرخطی محاسبه می شود. علت استفاده از رویتگر، تشخیص به موقع عیب و مقاوم بودن آن در برابر اغتشاشات و عدم قطعیت های مدل است. در این پژوهش، نشتی در پمپ و تغییر زاویه ی صفحه ی متحرک Swashplate پمپ هیدرولیکی  بعنوان عیب در نظر گرفته شده که بوسیله یک رویتگر غیرخطی تشخیص داده می شود. در نهایت بوسیله ی شبیه سازی انجام شده توسط نرم افزار Matlab اثبات می شود که روش پیشنهادی قادر است حالت های سیستم را به خوبی تخمین زده و خطاهای مانده فشارخروجی و سواش پلیت کارکرد نرمال پمپ و یا عیب های بوجود آمده را تشخیص و آشکارسازی می کند.

    کلید واژگان: تشخیص عیب، تخمین حالت، پمپ هیدرولیکی، رویتگر
    Farideh Allahverdi*, Amin Kiyani

    In this research, parameter estimation and fault detection in hydraulic pump which is one of the most common systems used in sensitive industries such as aerospace and it has nonlinear behavior is investigated. The detection criterion is the residual signal calculated from the difference between the system output and an unknown input parameter. The reason for using the nonlinear observer is the timely detection of faults and its resistance to model disturbances and uncertainties. In this research, the leakage in the pump and the change of swashplate angle of the hydraulic pump are considered as faults and they could be detected by a nonlinear observer in time. Finally, it is proved by Matlab simulation software that the proposed method is able to estimate the system states well and reveal the faults.

    Keywords: Fault detection, Estate Estimation, Hydraulic pump, Observer
  • Saman Yazdannik, Shamime Sanisales, Morteza Tayefi, Reza Esmaelzadeh, Mostafa Khazaee

    This paper presents a comprehensive framework for enhancing the safety and reliability of quadrotor UAVs by integrating second-order sliding mode control (2-SMC) and an advanced anomaly detection and prediction system based on machine learning and AI. The paper addresses the challenges of designing controllers for quadrotors by proposing a novel sliding manifold approach divided into two subsystems for accurate position and attitude tracking. The paper also provides a detailed analysis of the nonlinear coefficients of the sliding manifold using Hurwitz stability analysis. It demonstrates the effectiveness of the proposed method through extensive simulation results. To further assess the safety and reliability of the quadrotor, an anomaly detection and prediction system is integrated with the position and attitude tracking control. The system utilizes machine learning and AI techniques to identify and predict abnormal behaviours or faults in real time, enabling the quadrotor to quickly and effectively respond to critical situations. The proposed framework provides a promising approach for designing robust and safe controllers for quadrotor UAVs. It demonstrates the potential of advanced machine learning and AI techniques for enhancing the safety and reliability of autonomous systems.

    Keywords: Anomaly detection, Auto-encoder, Fault detection, Machine learning, Quadrotor UAVs, Safety, second-order sliding mode control (2-SMC)
  • Shahin Siahpour, Moosa Ayati *, Mohamadreza Haeri-Yazdi, Mohammad Mousavi

    The wind turbine power transmission system exploits a planetary gearbox due to its large power transmission. In comparison with the common rotating systems, the wind turbine (WT) gearbox is assumed a complex system. Therefore, condition monitoring and fault detection isolation (FDI) of such systems are not straightforward and conventional signal processing methods (e.g. Fast Fourier transform) are not applicable or do not have an acceptable output accuracy. This paper proposes a new FDI approach for wind turbines based on vibration signals’ signatures derived from the multivariate empirical mode decomposition (MEMD) algorithm. Vibration signals are measured from a 750 kW planetary wind turbine gearbox on a dynamometer test rig provided by National Renewable Energy Laboratory (NREL).  In WT applications, to gather enough data with high accuracy and to avoid losing local information, multiple sensors must be utilized to collect data from different locations of the gearbox yielding a multi-sensory dataset. In standard EMD, joint information of multi-sensory data will be lost. Additionally, the intrinsic mode function (IMF) groups may not have the same characteristic features. To capture cross information of the dataset and to remove the effect of noise on the output results, a noise-assisted MEMD (NA-MEMD) algorithm is employed. Vibration signal features are also extracted by using discrete wavelet transform (DWT). Three major faults of the WT gearbox are detected using NA-MEMD and a comparison between NA-MEMD and DWT methods confirms the capability of the NA-MEMD method.

    Keywords: Multivariate Empirical Mode Decomposition (MEMD), Noise-Assisted MEMD, Vibration Signals Signature, Wind Turbine Gearbox, Fault Detection, Isolation
  • کاظم ایمانی*، میرابوالفضل مختاری

    یک کنترل تحمل پذیر عیب برای یک پرنده چهارملخ طراحی شده است. کنترل مزبور شامل دو بخش کنترل وضعیت و کنترل موقعیت می باشد. کنترل وضعیت توسط یک کنترل کننده فازی انجام و کنترل موقعیت توسط یک کنترل کننده PD انجام می شود. در مرحله بعد روش فضای پریتی به منظور تشخیص و تخمین عیب پیاده سازی شده است. علاوه بر پیدا کردن رابطه ی تحلیلی عیب، در این مقاله کنترل موقعیت نیز انجام خواهد شد. اشباع عملگر و اثرات آن بر عملکرد سیستم یکی دیگر از مواردی است که در مقالات مرور شده دیده نمی شود. در این مقاله اشباع عملگر لحاظ شده و به تبع آن بیشینه عیب قابل تحمل توسط سیستم برآورد خواهد شد. با استفاده از سیگنال های عیب، عملیات باز-طراحی کنترل به منظور تحمل عیب و اصلاح ورودی های کنترلی انجام شده است؛ پس با استفاده از کنترل کننده PID خروجی های مزاحم ایجاد شده توسط عیب صفر شده اند. عیب فرض شده از نوع عملگری بوده و دو سناریو برای وقوع آن فرض شده است.

    کلید واژگان: کنترل تحمل پذیر عیب، فضای پریتی، باز - طراحی، شناسایی عیب، تخمین عیب
    Kazem Imani *, M. Abolfazl Mokhtari

    A fault tolerant control is designed for a four-legged bird. This control consists of two parts: status control and position control. Position control is performed by a fuzzy controller and position control is performed by a PD controller. In the next step, the parity space method is implemented in order to diagnose and estimate the defect. In addition to finding the analytical relationship of the defect, in this article, position control will also be performed. Operator saturation and its effects on system performance is another issue not seen in reviewed articles. In this paper, operator saturation is considered and consequently the maximum fault tolerable by the system will be estimated. Using fault signals, control redesign operations have been performed to tolerate faults and correct control inputs; So using the PID controller, the annoying outputs created by the fault are zeroed. The defect is assumed to be of the operative type and two scenarios have been assumed for its occurrence.

    Keywords: Fault tolerant control, parity relation, re – design, fault detection, fault estimation
  • Mehdi Behzad, Hassan Izanlo, Ali Davoodabadi, Hesam Addin Arghand

    Fault detection of rolling element bearing (REB), has a very effective role in increasing the reliability of machinery and improving future decisions for rotating machinery operation. In this study, a new method based on a convolutional neural network (CNN) is developed for fault detection of REB. Its performance will be compared with other artificial intelligence (AI) techniques, 2-layer, and deep feedforward neural network (FFNN). In this regard, a set of accelerated-life tests has been implemented on an experimental platform. The models are aimed to recognize the impact pattern in the raw signals generated by faulty REBs. The innovation of the present study is to convert the high-dimensional input as a raw temporal signal to low-dimensional output. The developed method does not need preprocessing of data. Using several types of accelerated tests prevents overfitting. The result shows that the accuracy of the developed CNN-based method is 98.6% for all data sets and 94.6% for the validation dataset. The accuracy of the 2-layer FFNN is 85% for all datasets and 74.2% for the validation dataset and the accuracy of the deep FFNN is 82% for all datasets and 67% for the validation dataset. Therefore, the developed CNN-based method has better performance than the FFNN-based models.

    Keywords: Fault detection, rolling-element bearing, convolutional neural network, feed-forward neural network, impact detection
  • محمدعلی فارسی*، علیرضا علیخانی، میلاد نعمتی

    سیستم‏های ناوبری اینرسی یکی از اجزای اصلی در سامانه‏های هدایت، کنترل و ناوبری تجهیزات پیشرفته نظیر پهپاد و ماهواره برها هستند. لذا قابلیت اطمینان آنها برای دستیابی به موفقیت سیستم بسیار مهم است. برای افزایش قابلیت اطمینان ضمن توسعه سنسورهای پیشرفته، موضوع چیدمان سنسورها و آرایش آنها و استفاده از افزونگی و آشکارسازی خطا نیز باید بررسی شود. در این مقاله، چیدمان های مختلف سنسورها و قابلیت اطمینان واحد آشکارساز و تشخیص خطای یک سیستم ناوبری اینرسی مورد ارزیابی قرارگرفته است. ابتدا سیستم ناوبری از منظر جانمایی حسگرها، سپس واحد آشکارساز و تشخیص خطا برمبنای حسگرهای مازاد تحلیل شده است. قابلیت اطمینان سیستم ناوبری با استفاده از روش بلوک دیاگرام و توزیع نمایی محاسبه شده است. قابلیت اطمینان واحد آشکارساز با استفاده از روش مونت کارلو محاسبه شده است وتحلیل حساسیت به نویز نیز انجام شده است و نتایج بیانگر وابستگی قابلیت اطمینان به نویز است. به دلیل این که قابلیت اطمینان این سیستم تابعی از مقادیر آستانه آشکارسازی و تشخیص خطا می باشد،  مقادیر بهینه آستانه آشکارسازی و تشخیص با استفاده از دو روش تکراری و تخمین حداقل مربعات غیرخطی به دست آمده است.

    کلید واژگان: حسگر اینرسی، شبیه سازی مونت کارلو، قابلیت اطمینان، واحد آشکارساز و تشخیص خطا
    Mohammad Ali Farsi *, Alireza Alikhani, Milad Nemati

    Inertial navigation systems are one of the main components in advanced equipment navigation systems such as drones and satellites. Therefore, their reliability is very important for system mission success. For increasing the reliability while developing advanced sensors, the issue of sensor placement and arrangement, the use of redundancy, and error detection should also be considered. This paper evaluates different sensor configurations and reliability analyses of fault detection and isolation of an inertial navigation system. First, the design of the navigation system is analyzed in terms of the location of the sensors, then the detection and fault detection unit based on the excess sensors. The system's reliability is calculated based on exponential distribution and reliability block diagram, and then the reliability fault detection unit is calculated using the Monte Carlo method. The sensitivity analysis has been performed, and the results show that the reliability depends on the noise value. Because the reliability of this system is a function of the fault detection and its threshold values, the optimal values for fault detection threshold are obtained using two iterative methods and estimating the minimum nonlinear squares.

    Keywords: Inertial Sensor, Monte Carlo Simulation, Reliability, Fault Detection, Isolation Unit
  • سعید نظامیوند چگینی، احمد باقری*، میلاد رمضانی دشتمیان، بهمن احمدی
    عیب یابی چرخ دنده ها به کمک روش های هوشمند یکی از موضوعات رایج در تحقیقات اخیر می باشد. در این مقاله، روش ترکیبی جدیدی بر پایه ی تبدیل موجک گسسته، استخراج ویژگی در حوزه زمان و ماشین بردار پشتیبان چند کلاسه (Multi-SVM) ارایه شده است. سیگنال های ارتعاشی در سه حالت سالم، لب پریدگی و ساییدگی دندانه جمع آوری شده اند. این سیگنال ها به کمک روش تبدیل موجک گسسته با توابع موجک مختلف تجزیه شده و مناسب-ترین سطح تجزیه به کمک مفهوم همبستگی متقابل انتخاب شده اند. با به کارگیری توابع آماری مختلف در حوزه ی زمان، بردار ویژگی متناظر با هر نمونه سیگنال استخراج شده است. برای تعیین وضعیت جعبه دنده از روش SVM از نوع «یک در برابر یک» استفاده شده است. شناسایی وضعیت یک جعبه دنده وابسته به نوع ویژگی های استخراج شده و چگونگی تنظیم پارامترهای SVM می باشد. از این رو، در این مطالعه برای شناسایی حساس ترین ویژگی ها به حضور عیب و نوع آن و تعیین پارامترهای بهینه روش SVM از الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات استفاده شده است. نتایج نشان می دهند که با بهبود ماتریس ویژگی و روش طبقه بندی SVM، دقت شناسایی شرایط جعبه دنده به طور قابل ملاحظه ای افزایش می یابد.
    کلید واژگان: عیب یابی، تبدیل موجک، استخراج ویژگی، ماشین بردار پشتیبان چند کلاسه، الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات
    Saeed Nezamivand Chegini, Ahmad Bagheri *, Milad Ramezani Dashtemian, Bahman Ahmadi
    Intelligent fault detection diagnosis methods are one of the common topics in recently investigations. In this paper, a new hybrid technique is presented based on discrete wavelet transform (DWT) and multi – class support vector machine (Multi-SVM). The considered vibrational signals are collected in three conditions: normal, chipped tooth and worn teeth. These signals are decomposed using DWT methods with different wavelet base functions and the most appropriate level of decomposition are selected by the cross - correlation concept. The feature vector for each sample is extracted using different time domain statistical functions. «One – against - one» support vector machine (SVM-OAO) is utilized for detecting the gearbox conditions. The condition recognition of a gearbox is depended on the extracted features type and setting the SVM parameters. Therefore, in this study, particle swarm optimization (PSO) is used for identifying the most sensitive features to the defect and its type and determining the optimal parameters of SVM method. The obtained results show that the identification accuracy of the gearbox conditions is significantly increased with improving the feature matrix and the SVM classifier method.
    Keywords: Fault Detection, wavelet transform, feature extraction, Multi Class Support Vector Machine, Particle swarm optimization algorithm
  • Mohammad Ali Farsi *
    Rotating machine is one of the most important machines used in various sectors. The most important unit is the rotating part and the shaft held by bearings. Most of the maintenance and repair cost of these machines is related to the replacement and service of bearings. Therefore, it is very important to identify the damaged bearings and determine the location of the damage. Different methods have been developed to monitor their condition, including recording and analyzing the vibration signals of bearings. So far, vibration-based methods have often been used to analyze them. Recently, the use of machine learning and deep learning techniques have been considered. Therefore, in this paper, a convolutional neural network is developed that directly receives the raw information recorded by vibration sensors as input and after analysis, a healthy bearing is detected from a defective one, the location and size of the damage are determined. In this research, the data set of Case Western Reserve University is used to validate the model and the results show that the proposed model has very high accuracy for analysis of samples.
    Keywords: Rotary Machine, Bearing, fault detection, Reliability, Deep Learning, convolutional neural network
  • Alireza Alikhani *, Ghasem Sharifi
    The model-based fault detection approach is one of the software-based supervision systems monitoring. This method has a marked effect to detect components fault without demanding extra sensors to measure or add redundancy. The extended multiple model’s adaptive estimation method is an online strategy to detect and isolation failure of components. Simple implementation, fast and accurate response, compatibility with nonlinear systems, and the ability to detect different types of faults are the most important features of this method.  This method is applied to the faulty spacecraft in terms of actuators and its capability is evaluated. The most probable actuator fault implemented using MATLAB/SIMULINK software. The presented approach successfully detects faulty actuators.
    Keywords: fault detection, Spacecraft, model-based, EMMAE Method, Actuator Failure
  • M. Afshari, Seyed M. Moosavi *, M. B. Abadi, S.M.A. Cruz
    Doubly-fed induction generators (DFIG) have been widely used in wind turbines installed in the last decades. These generators are prone to some faults that could deteriorate their performance and even lead to their outage from the network. Stator inter-turn short-circuits (SITSC) and high resistance connections (HRC) in the stator are two major types of faults that cause electrical asymmetry in the stator circuit. Yet, SITSC are more noticeable and require immediate scrutiny. Hence, if an HRC can be distinguished from a SITSC fault, the immediate outage of the WT can be avoided in the case of an HRC. In this paper, both types of faults are studied and compared, being their detection performed using appropriate fault indices obtained from the stator current, rotor current, and rotor modulating voltage signals, all available in the control system of the DFIG. Several fault severity indices are proposed for a better evaluation of the fault extension, and the discrimination between SITSC and HRC is discussed. The performance of the defined fault indices is verified using a magnetic equivalent circuit model of the DFIG and an experimental setup with the DFIG running at several operating conditions.
    Keywords: Fault detection, doubly-fed induction generators, stator inter-turn short circuits, high resistance connections
  • سید محمد مهدی حسنی آبادی*، عبدالمجید خشنود، پیمان نیک پی

    استفاده از روش های مبتنی بر مدلسازی ریاضی و مدل سازی بر اساس داده برای طراحی زیر سیستم های ناوبری هر کدام دارای معایبی از قبیل عدم قطعیت و وجود نامعینی در تعیین پارامترهای مدلسازی می باشند. در این مقاله، معادلات حاکم بر حرکت وضعی ماهواره را مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور، در این مقاله با فرض تکراری بودن اغتشاشات مداری در هر دور چرخش ماهواره به دور زمین، اغتشاشات مداری که مهمترین علت بروز نا معینی در مدل سازی ریاضی ماهواره می باشد ابتدا توسط مشاهده گر مد-لغزشی مرتبه دوم تخمین زده می شود. سپس مقادیر تخمین زده شده از اغتشاشات مداری با مدل سازی ریاضی ماهواره ترکیب می شود و به عنوان افزونگی نرم افزاری برای شناسایی و تشخیص خرابی بکار گرفته می شود. برای آزمون روش پیشنهادی مدل غیر خطی یک ماهواره در نظر گرفته شده است و سیستم ناوبری پیشنهادی بر اساس مدل دینامیکی بر روی آن بررسی شده است. نتایج شبیه سازی بهبود دقت داده های ناوبری بدون افزودن سنسور جدید سخت افزاری را نشان می دهد.

    کلید واژگان: سنسور نرم، تخیمن اغتشاشات مداری، مشاهده گر غیر خطی، سیستم ناوبری، تشخیص خرابی
    Seyed Mohammad Hassani *, A.Majid Khoshnood, Peyman Nikpey

    Using mathematical and databased modeling for designing navigation subsystems has some disadvantages such as the presence of uncertainty in the parameter's identification. In this paper, the dynamic Mathematical model of the attitude channels of the satellite is investigated.For this purpose, second-order sliding mode theory is employed to estimate external perturbation torques acting on an Earth-orbiting satellite. Then, due to the repetition of external perturbation torques in each orbital period, grey box modeling is proposed by applying estimated external perturbation torques to attitude mathematical modeling, attitude rate can be derived simultaneously. Next, to design fault detection and isolation subsystems, a proposed soft sensor is employed to generate the estimation residual as an indicator of predefined navigation faults. A nonlinear model of the earth-orbiting satellite is simulated using specific navigation failures. The results verified the feasibility of the proposed system. The simulation results show an improvement in the accuracy of the navigation data instead of the addition of a new hardware sensor.

    Keywords: Earth-Orbiting Satellite, Perturbation torques, Nonlinear Disturbances Observer, navigation system, fault detection
  • امیرحسین براتی، مهدی رحمانی*

    این مقاله به مساله تشخیص و جداسازی عیب در سیستم های گسسته متغیر با زمان، با داشتن نامعینی تصادفی، کران دار و وجود نویز در سیستم و حس گر می پردازد. عیوب می تواند به طور همزمان یا به طور متوالی رخ دهند، از این رو فیلتر طراحی شده توانایی تشخیص و جداسازی این عیوب را، با توجه به چالش های ایجادشده به علت وجود نامعینی و اثرات نویز داراست. در حل مساله تشخیص عیب، به طراحی و ارایه فیلتر تشخیص و جداساز عیب مقاوم مبتنی بر فیلتر کالمن مقاوم پرداخته خواهد شد. به همین منظور، آستانه ای به صورت متغیر با زمان براساس حد بالای کوواریانس مانده ها تعریف می شود. این حد آستانه به تشخیص بهتر کمک می کند و از اخطار اشتباه در تشخیص عیوب جلوگیری می کند. در طراحی تشخیص گر عیب به تعداد خروجی های سیستم تشخیص گر طراحی می شود ، هم چنین برای طراحی جداساز عیب با بررسی مانده های سیستم شروطی به دست می آید که با اعمال این شروط در طراحی، به یک جداساز عیب مقاوم دست می یابد. در انتها با استفاده از سه مثال کارایی و عملکرد روش پیشنهادی نشان داده خواهد شد. در مثال اول عملکرد روش پیشنهادی در حضور عدم قطعیت و نویز نشان داده می شود و در مثال های دوم و سوم عملکرد و کارایی روش خود را با روش های دیگر مقایسه و برتری این روش در حضور نامعینی نشان داده خواهد شد.

    کلید واژگان: تشخیص عیب، جداسازی عیب، فیلتر کالمن مقاوم، سیستم زمان-گسسته، نامعینی
    Amirhossein Barati, Mehdi Rahmani *

    This paper deals with the problem of fault detection and isolation for discrete time-varying systems with stochastic and bounded uncertainties, and in presence of noises in the plant and sensors. Faults can occur simultaneously or sequentially, so the designed filter has the ability to detect and isolate these faults, and handle the challenges posed by uncertainty and the effects of noises. In solving the problem of fault diagnosis, fault detection and isolation filter based on the robust Kalman filter are presented. For this purpose, a time-varying threshold is defined based on the upper bound of covariance of the residuals. This threshold helps in better performance and prevents misdiagnosis. In the design of the fault detector, due to the number of outputs, fault detectors are designed. Moreover, by examining the residuals of the system, some conditions are obtained, which, by applying these conditions, a robust fault isolator is achieved. Finally, using three examples, the efficiency and performance of the proposed method are shown. In the first example, the performance of the proposed method is studied in the presence of uncertainty and noise, and in the second and third examples, the performance of the method is compared with other methods and the superiority of the proposed approach in the presence of uncertainties is shown.

    Keywords: Fault Detection, Fault Isolation, Robust Kalman Filter, Discrete-Time System, Uncertainty
  • وفا صمدی، مصطفی مصطفایی*، علی نجات لرستانی

    یکی از روش هایی که امروزه برای به حداقل رساندن هزینه نگهداری و تعمیرات تجهیزات صنعتی دوار به کار می رود، پایش وضعیت به کمک تحلیل صدا می باشد. این تحقیق با هدف پایش وضعیت به کمک تحلیل صدا برای تشخیص عیب یک الکتروموتور تک فاز از طریق روش یادگیری ماشین انجام شد. شرایط آزمایش شامل حالت سالم، حالت خرابی بلبرینگ، نابالانسی محور و سایش در محور در دو حالت 500 و1400 دور در دقیقه الکتروموتور بود. برای داده برداری یک دستگاه میکروفن روی الکتروموتور نصب شد. پس از داده برداری و پردازش سیگنال و تجزیه و تحلیل آماری نسبت به خوشه بندی داده ها به روش یادگیری ماشین و الگوریتم K mean و انتخاب ویژگی های برتر به روش PCA اقدام شد. سپس برترین ویژگی ها در فرآیند مدل سازی ANFIS استفاده شد. ویژگی های انتخاب شده شامل ویژگی های انتخاب شده مشترک در هر دو وضعیت دور الکتروموتور بود. پس از ارزیابی مدل ها، نتایج بالاترین دقت تشخیص عیب در بهترین مدل خروجی مقدار 82/96 درصد بود. میانگین دقت طبقه بندی کلی تشخیص عیب 71/95 درصد بود. نتایج نشان داد که آنالیز سیگنال های صوتی و مدل سازی با استفاده از روش یادگیری ماشین می تواند در تشخیص عیوب الکتروموتور استفاده شود. براساس نتایج پایش وضعیت الکتروموتور از طریق آنالیز صوتی موجب کاهش توقفات الکتروموتور و ادامه روند کار آن در صنعت شده و با پایش وضعیت مناسب آن هزینه های تعمیراتی الکتروموتور کاهش می یابد.

    کلید واژگان: الکتروموتور، سیگنال صوتی، یادگیری ماشین، تشخیص عیب
    Vafa Samadi, Mostafa Mostafaei*, Ali Nejat Lorestani

    To minimize the cost of maintenance and repair of rotating industrial equipment, one of the methods used is condition monitoring by sound analysis. This study was performed to diagnose the fault of a single-phase electric motor through machine learning method aiming to monitor its situation by sound analysis. Test conditions included healthy state, bearing failure, shaft imbalance and shaft wear at two speeds of 500 and 1400 rpm. A microphone was installed on the electric motor to record data. After data acquisition, signal processing and statistical analysis, the best characteristics were selected by PCA method and then the data were clustered by machine learning method and K mean algorithm. These features used in the ANFIS modeling process were common features selected in both electromotor speed situations. After evaluating the models, the best model had the highest accuracy value of 96.82%. The average accuracy was 96.71% for overall fault classification. The results showed that the analysis of acoustic signals and modeling process can be used to diagnose electromotor defects by machine learning method. Based on the obtained results, condition monitoring of the electromotor through acoustic analysis reduces its stop and continues its work process in the industry. The repair costs of the electromotor are reduced by its proper condition monitoring.

    Keywords: Electromotor, audio signal, machine learning, fault detection
نکته
  • نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شده‌اند.
  • کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شده‌است. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
  • در صورتی که می‌خواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.
درخواست پشتیبانی - گزارش اشکال