Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

ARMAX-based identification and diagnosis of vibration behavior of gas turbine bearings

Mahroug Youcef, Khaldi Belgacem Said, Guemana Mouloud, Hafaifa Ahmed, Iratni Abdelhamid, Colak Ilhami

Diagnostyka

|

2023

|

Vol. 24, No. 3

art. no. 2023310

EN

Parametric identification approaches play a crucial role in the control and monitoring of industrial systems. They facilitate the identification of system variables and enable the prediction of their evolution based on the input-output relationship. In this study, we employ the ARMAX approach to accurately predict the dynamic vibratory behavior of MS5002B gas turbine bearings. By utilizing real input-output data obtained from their operation, this approach effectively captures the vibration characteristics of the bearings. Additionally, the ARMAX technique serves as a valuable diagnostic tool for the bearings, enhancing the quality of identification of turbine variables. This enables continuous monitoring of the bearings and real-time prediction of their behavior. Furthermore, the ARMAX approach facilitates the detection of all potential vibration patterns that may occur in the bearings, with monitoring thresholds established by the methodology. Consequently, this enhances the availability of the bearings and reduces turbine downtime. The efficacy of the proposed ARMAX approach is demonstrated through comprehensive results obtained in this study. Robustness tests are conducted, comparing the real behavior observed through various probes with the reference model, thereby validating the approach.

2

Wykorzystanie technik sztucznych sieci neuronowych do predykcji wybranych parametrów jako uzupełnienia zbioru danych wejściowych w konstrukcji modeli parametrycznych 3D

Kaczmarczyk Weronika, Brodzicki Andrzej

Nafta-Gaz

|

2021

|

R. 77, nr 7

429--445

PL

W artykule przedstawiono możliwości wykorzystania sztucznych sieci neuronowych (SSN) do predykcji parametrycznej w profilach otworów wiertniczych, której zastosowanie uzupełniło zestaw informacji we wszystkich otworach wiertniczych zlokalizowanych w obrębie analizowanego obszaru. Zaprezentowana w artykule metodologia może być użyta w przypadku braku możliwości specjalistycznej interpretacji krzywych geofizyki wiertniczej, uzupełniającej brakujące dane. Zestaw wykorzystanych w pracy danych obejmował rozwiązania w profilach 10 otworów wiertniczych, z których cztery otwory charakteryzowały się pełnym zestawem danych analizowanych w ramach niniejszego artykułu, obejmujących prędkość fali podłużnej, porowatość efektywną, nasycenie węglowodorami, moduł Younga i współczynnik Poissona. Wykorzystując technikę działania sztucznych sieci neuronowych, przeprowadzono predykcję brakujących informacji, bazując na relacjach pomiędzy analizowanymi parametrami w otworach, gdzie estymowane dane były dostępne. W ostatnich latach obserwuje się dynamiczny rozwój technologii szeroko pojętego uczenia maszynowego (ang. machine learning) i tak zwanej sztucznej inteligencji. Niewiele pozostaje dziedzin nauki, w których nie miałyby one zastosowania. Tak jest również w branży naftowo-gazowniczej. Parametr nasycenia węglowodorami, pomimo wyzwań, jakie niesie za sobą interpretacja tego parametru, również został poddany próbie estymacji, potwierdzając niskimi wartościami korelacji pomiędzy analizowanymi parametrami, że wymaga zdecydowanie bardziej zaawansowanych prac o indywidualnym charakterze. Wyniki predykcji parametrycznej, poddane wcześniej walidacji poprzez charakterystykę parametrów R (różnica pomiędzy wartością rzeczywistą a estymowaną) i RMSE (pierwiastek błędu średniokwadratowego), zostały w kolejnym kroku zaaplikowane w procesie modelowania przestrzennego wszystkich analizowanych parametrów. Finalnie, w celu wizualizacji różnic pomiędzy wykorzystaniem niepełnego i po części estymowanego zestawu danych w analizie przestrzennej, zaprezentowano mapę średnich wartości wybranego parametru w obrębie analizowanego interwału stratygraficznego. Tak przygotowany zestaw danych pozwolił na bardziej wiarygodne odtworzenie przestrzenne rozkładu parametrów istotnych w kontekście charakterystyki złoża węglowodorów, na podstawie którego w kolejnych etapach możliwa jest wiarygodniejsza ocena potencjału złożowego analizowanego obiektu. Zaprezentowana w artykule metodyka, oparta na rozwiązaniu rzeczywistego problemu badawczego, stanowi alternatywę, dla koszto- i czasochłonnych interpretacji geofizycznych, niekiedy znacznych liczb otworów wiertniczych, szczególnie dla obszarów charakteryzujących się relatywnie niewielką przestrzenną zmiennością i złożonością tektoniczną. Warunkiem jest dostępność interpretacji danych geofizyki wiertniczej w co najmniej kilku otworach stanowiącej wzorzec dla odtworzenia zmienności badanego parametru/parametrów w pozostałych profilach otworów wiertniczych.

EN

The article presents the possibilities of using artificial neural networks for parametric prediction in borehole profiles, the application of which supplemented the set of information in all boreholes located within the analyzed area. The approach presented in the article will be used when there is no possibility of specialized interpretation of the drilling geophysics curves, supplementing the missing data. The set of data used in the study included solutions in the profiles of 10 boreholes, four of which were characterized by the availability of the full data set analyzed in this article, including compressional wave velocity, effective porosity, hydrocarbon saturation, Young’s modulus and Poisson’s ratio. Using the technique of the operation of artificial neural networks, a prediction of missing information was carried out based on the relationships between the analyzed parameters in the wells, where the estimated data was available. In recent years, there has been a dynamic development of machine learning technology and the so-called artificial intelligence. There are very few fields of science in which they find no application. The hydrocarbon saturation parameter, despite the challenges posed by the interpretation of this parameter, was also subjected to an estimation attempt, confirming the low correlation values between the analyzed parameters and requiring much more advanced work of an individual nature. The results of parametric prediction, previously validated by characterizing the R and RMSE parameters, were applied in the next step in the spatial modeling process of all analyzed parameters. Finally, as part of the visualization of the differences between the use of an incomplete and partially estimated data set in spatial analysis, a map of mean values of the selected parameter within the analyzed interval was presented. The set of data prepared in this way allowed for a more reliable spatial reconstruction of the distribution of parameters important in the context of the characteristics of the hydrocarbon reservoir, on the basis of which, in the subsequent stages, it is possible to more fully assess the deposit potential of the analyzed object. The methodology presented in the article, supported by a real case study, is an alternative to geophysical interpretations that require financial and time resources, sometimes large numbers of boreholes, especially for areas characterized by relatively low spatial variability and tectonic complexity. The condition is the availability of the interpretation in at least several boreholes, constituting a pattern for recreating the variability of the tested parameter / parameters in the remaining profiles of the boreholes.

3

Ocena metod wyznaczania współczynników rozkładu Weibulla w zagadnieniach energetyki wiatrowej

Mikulski S., Tomczewski A.

Poznan University of Technology Academic Journals. Electrical Engineering

|

2016

|

No. 87

119--129

PL

Artykuł przedstawia wyniki oceny przydatności metod wyznaczania wartości współczynników kształtu oraz skali dystrybucji Weibulla w zagadnieniach energetyki wiatrowej. Celem pracy jest ustalenie metody pozwalającej uzyskać maksymalną zgodność między energiami generowanymi przez określony typ turbiny wiatrowej i wyznaczonymi z wykorzystaniem pełnych danych pomiarowych oraz rozkładu Weibulla, którego postać ustalana jest na podstawie histogramu. Przebadano 6 metod: dwie klasyczne bazujące na funkcji Gamma Eulera oraz estymacji parametrycznej (metoda największej wiarygodności) oraz cztery wykorzystujące algorytmy optymalizacji deterministycznej i stochastycznej. Z zastosowaniem autorskiego oprogramowania przeprowadzono badania ustalając obok dokładności metod także czas ich realizacji.

EN

The article presents results of the usefulness evaluation for methods of scale and shape determination in Weibull distribution in wind Energy problems. The aim of paper is to establish method which would give maximal accordance between energy generated by defined wind turbine type and energy calculated with use of real data measurements and Weibull distribution, which shape is determined on basis of histogram. Studied were six methods: two classic based on Gamma-Euler function and parametric MLE estimation (Maximum Likehood Estimation) and also four methods based on deterministic and stochastic optimization algorithms. With use of originally developed software, besides of algorithm accuracy, analysed was time of calculations.

4

Analyses of parabolic processes to assess mapping stability of mining area ground dislocations in the INGEO system

Juzwa J., Kuciara I., Piwowarski W., Siciński K.

Mining – Informatics, Automation and Electrical Engineering

|

2016

|

R. 54, nr 4

15--25 [tekst ang.], 61--71 [tekst pol.]

EN

The article features deliberations concerning the analysis of the following in the homomorphism of processes: deformations corresponding to the medium (rock mass) vibrations which generate physical threats in the subarea of topological transformations. Here, the basic issue is deformation mapping applied to model the dislocation processes related to the paraseismic process. Time dependencies are characterized by structure and dynamics of the processes. The damage of the part of the rock mass near the exploited deposit causes deformations and, most frequently, topological transformation of successive layers. Quite often rock bursts are generated, which is related mainly to the exceeded boundary states of the medium. Here it is very important to have measuring information about the medium transformations. In addition, it is necessary to define parameters and measures that characterize the anisotropy of the rock mass structures. The research within the INGEO project was focused on solutions based on the adaptation of the parabolic differential description supported by monitoring a concrete physical dislocation process. The mapping state of the process trajectory was distinguished in the deformation space by means of mathematical algorithms. Numerical modelling of deformation fields was supported by GPS sensors (innovative direct monitoring), on-line GNSS technology, and compaction sensors with a view to measuring complex dislocation fields. This solution is a new technology. A parametrically optimized model adequately illustrates a standard (measurement results) layout of vertical dislocations.

PL

W pracy przedstawiono rozważania dotyczące analizy w homomorfizmie procesów: deformacji z odniesieniem do drgań ośrodka (górotworu) generujących zagrożenia fizykalne podobszaru przekształceń topologicznych. Podstawowe są tu odwzorowania deformacyjne, służące do modelowania procesów przemieszczeń komunikujących się z procesem para-sejsmicznym. Cechami zależności czasowych są: struktura i dynamika procesów. Proces zniszczenia części warstw górotworu w otoczeniu eksploatacji złoża, wywołuje deformacje i najczęściej przekształcenia topologiczne kolejnych warstw, często generuje również wstrząsy górnicze - co związane jest głównie z przekroczeniem stanów granicznych ośrodka. Istotna jest tu informacja pomiarowa odnośnie do przekształceń ośrodka oraz zdefiniowania parametrów i miar charakteryzujących anizotropię jego struktur. Prace badawcze w projekcie INGEO dotyczyły m.in. rozwiązań bazujących na przystosowaniu opisu różniczkowego parabolicznego, wspomaganego monitorowaniem konkretnego fizykalnego procesu przemieszczeń. Wyróżniono w przestrzeni deformacji stan odwzorowania trajektorii procesu poprzez matematyczne algorytmy. Numeryczne modelowanie pól deformacyjnych wspomagane było, zastosowaniem sensorów GPS - innowacyjny bezpośredni monitoring - technologia GNSS on-line oraz czujników kompakcji do pomiarów złożonych pól przemieszczeń, co stanowi nową technologię. Zoptymalizowany – w zakresie parametrów- model trafnie odtwarza wzorcowy (wyniki pomiaru) rozkład przemieszczeń pionowych.

5

Nonlinear state observers and extended Kalman filters for battery systems

Rauh A., Butt S. S., Aschemann H.

International Journal of Applied Mathematics and Computer Science

|

2013

|

Vol. 23, no. 3

539--556

EN

The focus of this paper is to develop reliable observer and filtering techniques for finite-dimensional battery models that adequately describe the charging and discharging behaviors. For this purpose, an experimentally validated battery model taken from the literature is extended by a mathematical description that represents parameter variations caused by aging. The corresponding disturbance models account for the fact that neither the state of charge, nor the above-mentioned parameter variations are directly accessible by measurements. Moreover, this work provides a comparison of the performance of different observer and filtering techniques as well as a development of estimation procedures that guarantee a reliable detection of large parameter variations. For that reason, different charging and discharging current profiles of batteries are investigated by numerical simulations. The estimation procedures considered in this paper are, firstly, a nonlinear Luenberger-type state observer with an offline calculated gain scheduling approach, secondly, a continuous-time extended Kalman filter and, thirdly, a hybrid extended Kalman filter, where the corresponding filter gains are computed online.

6

Identyfikacja ciągłoczasowych modeli obiektów niestacjonarnych

Kozłowski J., Kowalczuk Z.

Pomiary Automatyka Kontrola

|

2008

|

R. 54, nr 3

132-135

PL

W pracy przedstawia się metody estymacji parametrycznej liniowych modeli obiektów niestacjonarnych. Dynamikę identyfikowanych obiektów opisuje się za pomocą liniowych równań różniczkowych zwyczajnych o znanym rzędzie. Ponieważ stosowane w praktyce algorytmy estymacji parametrycznej oparte są na przetwarzaniu danych rejestrowanych w sposób dyskretny, stosuje się różne techniki dyskretnoczasowej aproksymacji modeli ciągłych. Uzyskane w taki sposób i zachowujące oryginalną parametryzację opisy z czasem dyskretnym identyfikuje się stosując metodę ważonych najmniejszych kwadratów oraz odporną na wewnętrznie skorelowane zakłócenia metodę zmiennej instrumentalnej.

EN

In this paper the parameter estimation methods of continuous-time nonstationary plant models are introduced. Linear ordinary differential equations of known order are used to describe the dynamics of the identified plants. Consequently, various discrete-time approximation techniques are proposed in order to obtain auxiliary discrete-time descriptions retaining the original parametrization. Among such numerical solutions the technique involving specific finite-horizon integrating filters gives promising results. Eventually, with the aid of the weighted least-squares method and the instrumental variable method robust to cross-correlated disturbances, the considered models are identified.

7

Configuring a sensor network for fault detection in distributed parameter systems

Patan M., Uciński D.

International Journal of Applied Mathematics and Computer Science

|

2008

|

Vol. 18, no 4

513-524

EN

The problem of fault detection in distributed parameter systems (DPSs) is formulated as that of maximizing the power of a parametric hypothesis test which checks whether or not system parameters have nominal values. A computational scheme is provided for the design of a network of observation locations in a spatial domain that are supposed to be used while detecting changes in the underlying parameters of a distributed parameter system. The setting considered relates to a situation where from among a finite set of potential sensor locations only a subset can be selected because of the cost constraints. As a suitable performance measure, the Ds-optimality criterion defined on the Fisher information matrix for the estimated parameters is applied. Then, the solution of a resulting combinatorial problem is determined based on the branch-and-bound method. As its essential part, a relaxed problem is discussed in which the sensor locations are given a priori and the aim is to determine the associated weights, which quantify the contributions of individual gauged sites. The concavity and differentiability properties of the criterion are established and a gradient projection algorithm is proposed to perform the search for the optimal solution. The delineated approach is illustrated by a numerical example on a sensor network design for a two-dimensional convective diffusion process.

8

Fractional Kalman filter algorithm for the states, parameters and order of fractional system estimation

Sierociuk D., Dzieliński A.

International Journal of Applied Mathematics and Computer Science

|

2006

|

Vol. 16, no 1

129-140

EN

This paper presents a generalization of the Kalman filter for linear and nonlinear fractional order discrete state-space systems. Linear and nonlinear discrete fractional order state-space systems are also introduced. The simplified kalman filter for the linear case is called the fractional Kalman filter and its nonlinear extension is named the extended fractional Kalman filter. The background and motivations for using such techniques are given, and some algorithms are discussed. The paper also shows a simple numerical example of linear state estimation. Finally, as an example of nonlinear estimation, the paper discusses the possibility of using these algorithms for parameters and fractional order estimation for fractional order systems. Numerical examples of the use of these algorithms in a general nonlinear case are presented.

9

Estymacja parametryczna i nieparametryczna z asymetryczna, funkcja, jądra gamma dla porównawczej oceny górnych kwantyli Q[max,p%] w wybranych przekrojach wodowskazowych dorzecza Wisły i Odry

Jarosińska E.

Czasopismo Techniczne. Środowisko

|

2006

|

R. 103, z. 10-Ś

121-131

PL

Na bazie danych rocznych przepływów maksymalnych niektórych rzek Polski dokonano porównania górnych kwantyli p% obliczonych tradycyjną metodą parametryczną (rozkład Pearsona III typu) i nieparametryczną metodą jądrową. (z asymetrycznym jądrem gamma K[GAM1]. W połowie przypadków metoda nieparametryczna wykazuje wielomodalny charakter rozkładu. Obliczone nieparametryczne kwantyle p[1%] i p[0,5%] w większości przypadków są wyższe od swoich parametrycznych odpowiedników.

EN

Based on yearly maximum discharge series on some rivers in Poland, a comparison of parametric upper quantiles (Pearson III type) and nonparametric (with the gamma kernel) method of probability distribution estimation was made. In half cases, the nonparametric approach showed multimodality of yearly flow distribution. It was also found that the calculated nonparametric upper 1% and 0,5% quantiles were in most causes higher that their parametric counterparts.

10

Variable- and Fixed-Structure Augmented Interacting Multiple-Model Algorithms for Manoeuvring Ship Tracting Based on New Ship Models

Semerdjiev E., Mihaylova L.

International Journal of Applied Mathematics and Computer Science

|

2000

|

Vol. 10, no 3

591-604

EN

Real-world tracking applications are related to a number of difficulties caused by the presence of different kinds of uncertainty, e.g. unknown or incompletely known system models and statistics of random processes or abrupt changes in the system modes of functioning. These problems are especially complicated in the marine navigation practice, where the commonly-used simple models of rectilinear or curvilinear target motions are not adequate for highly non-linear dynamics of the manoeuvring ship motion. A solution to these problems is to derive more suitable descriptions of real ship dynamics and to design adaptive estimation algorithms. After an analysis of basic hydrodynamic models, new ship models are derived in the paper. They are implemented in two versions of the Interacting Multiple Model (IMM) algorithm which has become very popular recently. The first one is a standard IMM version based on fixed model structures (FS's). They represent various modes of ship motion, distinguished by their rates of turns. The same rate of turn is additionally adjusted in the proposed new augmented versions of the IMM (AIMM) algorithm by using FS's and variable structures (VS's) of adaptive models estimating the current change in the system control parameters. Monte Carlo simulation experiments indicate that the VS AIMM algorithm outperforms the FS AIMM and FS IMM ones with respect to both accuracy and adaptability.

11

Spatial Heterogeneity and Local Oscillation Phase Drifts Individual-Based Simulations of a Prey-Predator System

Waniewski J., Jędruch W.

International Journal of Applied Mathematics and Computer Science

|

2000

|

Vol. 10, no 1

175-192

EN

Individual-based simulations of a simple prey-predator system of Lotka-Volterra type were carried out on a tessellation of identical squares with discrete time steps. The particles representing individuals moved freely along (roughly) straight lines with constant (on the average) velocity, and changed their movement during a collision with another particle. Individuals were of two types: preys (with free exponential population growth) and predators (with exponential population decrease in the absence of a prey, they attack with probability one and are characterized by zero handling and gestationtimes). Therefore the system might be also interpreted as a chemical reactionin a gas. For this simple system, a spontaneous generation of complex spatio-temporal pattern was observed with wavy spatial patterns and tendency for preys to form clusters surrounded by predators if the population density was high. The oscillations of the system were investigated at different spatial scales, and the phase lag between the oscillations in different local observation windows was demonstrated. The parameters of the classical Lotka-Volterra equations were estimated and the impact of the migration and the oscillation phase drift on the parameter values was discussed.

12

Optimal Selection of Measurement Locations for Parameter Estimation in Distributed Processes

Uciński D.

International Journal of Applied Mathematics and Computer Science

|

2000

|

Vol. 10, no 2

357-379

EN

The problem of locating pointwise sensor measurements so as to optimally estimate unknown parameters in a class of distributed systems is studied. Based on a scalar measure of performance defined on the corresponding Fisher information matrix, two approaches are developed for this problem: introduction of continuous designs, which allows for adaptation of well-known sequential algorithms of classical optimum experimental design, and application of standard non-linear programming techniques. In each case, particular algorithms are delineated and analysis of the appropriate sensor placements is made. The relative advantages and shortcomings of both the approaches are discussed and demonstrated by applying them to a two-dimensional diffusion process.

13

Parameter Estimation Based Fault Detection and Isolation in Wiener and Hammerstein Systems

Janczak A.

International Journal of Applied Mathematics and Computer Science

|

1999

|

Vol. 9, no 3

711-735

EN

Fault detection and isolation in Wiener and Hammerstein systems via generation and processing of residual sequences is considered. We assume that some models of the unfaulty Wiener and Hammerstein systems under consideration are known. For Wiener systems, we also assume that their static nonlinear subsystems are invertible. Then, based on a serial-parallel definition of the residual error, new fault detection and isolation methods are proposed.To detect and identify all the changes in both the Wiener and Hammerstein system parameters, the sequences of residuals are processed by using linear regression methods or a neural network approach.