Detecção e diagnóstico de falhas não-supervisionados baseados em estimativa de densidade recursiva e classificador fuzzy auto-evolutivo

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2014
Autor(a) principal: Costa, Bruno Sielly Jales
Orientador(a): Oliveira, Luiz Affonso Henderson Guedes de
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica
Departamento: Automação e Sistemas; Engenharia de Computação; Telecomunicações
País: BR
Palavras-chave em Português:
Palavras-chave em Inglês:
Área do conhecimento CNPq:
Link de acesso: https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/18577
Resumo: In this work, we propose a two-stage algorithm for real-time fault detection and identification of industrial plants. Our proposal is based on the analysis of selected features using recursive density estimation and a new evolving classifier algorithm. More specifically, the proposed approach for the detection stage is based on the concept of density in the data space, which is not the same as probability density function, but is a very useful measure for abnormality/outliers detection. This density can be expressed by a Cauchy function and can be calculated recursively, which makes it memory and computational power efficient and, therefore, suitable for on-line applications. The identification/diagnosis stage is based on a self-developing (evolving) fuzzy rule-based classifier system proposed in this work, called AutoClass. An important property of AutoClass is that it can start learning from scratch". Not only do the fuzzy rules not need to be prespecified, but neither do the number of classes for AutoClass (the number may grow, with new class labels being added by the on-line learning process), in a fully unsupervised manner. In the event that an initial rule base exists, AutoClass can evolve/develop it further based on the newly arrived faulty state data. In order to validate our proposal, we present experimental results from a level control didactic process, where control and error signals are used as features for the fault detection and identification systems, but the approach is generic and the number of features can be significant due to the computationally lean methodology, since covariance or more complex calculations, as well as storage of old data, are not required. The obtained results are significantly better than the traditional approaches used for comparison
id UFRN_8948c59ee685a3b7bc8bac215e130428
oai_identifier_str oai:https://repositorio.ufrn.br:123456789/18577
network_acronym_str UFRN
network_name_str Repositório Institucional da UFRN
repository_id_str
spelling Costa, Bruno Sielly Jaleshttp://lattes.cnpq.br/2486327435960311http://lattes.cnpq.br/7987212907837941Dória Neto, Adrião Duartehttp://lattes.cnpq.br/1987295209521433Aloise, Danielhttp://lattes.cnpq.br/5093210888872414Vellasco, Marley Maria Bernardes Rebuzzihttp://lattes.cnpq.br/8265116967095452Angelov, Plamen ParvanovOliveira, Luiz Affonso Henderson Guedes de2015-03-03T15:08:47Z2014-12-092015-03-03T15:08:47Z2014-05-13COSTA, Bruno Sielly Jales. Detecção e diagnóstico de falhas não-supervisionados baseados em estimativa de densidade recursiva e classificador fuzzy auto-evolutivo. 2014. 100 f. Tese (Doutorado em Automação e Sistemas; Engenharia de Computação; Telecomunicações) - Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2014.https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/18577In this work, we propose a two-stage algorithm for real-time fault detection and identification of industrial plants. Our proposal is based on the analysis of selected features using recursive density estimation and a new evolving classifier algorithm. More specifically, the proposed approach for the detection stage is based on the concept of density in the data space, which is not the same as probability density function, but is a very useful measure for abnormality/outliers detection. This density can be expressed by a Cauchy function and can be calculated recursively, which makes it memory and computational power efficient and, therefore, suitable for on-line applications. The identification/diagnosis stage is based on a self-developing (evolving) fuzzy rule-based classifier system proposed in this work, called AutoClass. An important property of AutoClass is that it can start learning from scratch". Not only do the fuzzy rules not need to be prespecified, but neither do the number of classes for AutoClass (the number may grow, with new class labels being added by the on-line learning process), in a fully unsupervised manner. In the event that an initial rule base exists, AutoClass can evolve/develop it further based on the newly arrived faulty state data. In order to validate our proposal, we present experimental results from a level control didactic process, where control and error signals are used as features for the fault detection and identification systems, but the approach is generic and the number of features can be significant due to the computationally lean methodology, since covariance or more complex calculations, as well as storage of old data, are not required. The obtained results are significantly better than the traditional approaches used for comparisonEste trabalho propõe um algoritmo de dois estagios para detecção e identificação de falhas, em tempo real, em plantas industriais. A proposta baseia-se na analise de características selecionadas utilizando estimativa de densidade recursiva e um novo algoritmo evolutivo de classificação. Mais especificamente, a abordagem proposta para detecção e baseada no conceito de densidade no espaço de dados, o que difere da tradicional função densidade de probabilidade, porem, sendo uma medida bastante util na detecção de anormalidades/outliers. Tal densidade pode ser expressa por uma função de Cauchy e calculada recursivamente, o que torna o algoritmo computacionalmente eficiente, em termos de processamento e memoria, e, dessa maneira, apropriado para aplicações on-line. O estagio de identificação/diagnostico e realizado por um classificador baseado em regras fuzzy capaz de se auto-desenvolver (evolutivo), chamado de AutoClass, e introduzido neste trabalho. Uma propriedade importante do AutoClass e que ele e capaz de aprender a partir do zero". Tanto as regras fuzzy, quanto o numero de classes para o algoritmo não necessitam de pre-especificação (o numero de classes pode crescer, com os rotulos de classe sendo adicionados pelo processo de aprendizagem on-line), de maneira n~ao-supervisionada. Nos casos em que uma base de regras inicial existe, AutoClass pode evoluir/desenvolver-se a partir dela, baseado nos dados adquiridos posteriormente. De modo a validar a proposta, o trabalho apresenta resultados experimentais de simulação e de aplicações industriais reais, onde o sinal de controle e erro são utilizados como características para os estagios de detecção e identificação, porem a abordagem e generica, e o numero de características selecionadas pode ser significativamente maior, devido à metodologia computacionalmente eficiente adotada, uma vez que calculos mais complexos e armazenamento de dados antigos não são necessários. Os resultados obtidos são signifificativamente melhores que os gerados pelas abordagens tradicionais utilizadas para comparaçãoCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superiorapplication/pdfporUniversidade Federal do Rio Grande do NortePrograma de Pós-Graduação em Engenharia ElétricaUFRNBRAutomação e Sistemas; Engenharia de Computação; TelecomunicaçõesDetecção de falhas. Diagnostico de falhas. Identifificação de falhas. Estimativa de densidade recursiva. Classifificadores evolutivos, sistemas fuzzy. Aprendizagem autônomaFault detection. Fault diagnosis. Fault identification. Recursive density estimation. Evolving classifiers. Fuzzy. Systems. Autonomous learningCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICADetecção e diagnóstico de falhas não-supervisionados baseados em estimativa de densidade recursiva e classificador fuzzy auto-evolutivoinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFRNinstname:Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)instacron:UFRNORIGINALBrunoSJC_TESE.pdfapplication/pdf2605632https://repositorio.ufrn.br/bitstream/123456789/18577/1/BrunoSJC_TESE.pdfcc7fdbd9d8d7dfe3adac23f17fab1ae2MD51TEXTBrunoSJC_TESE.pdf.txtBrunoSJC_TESE.pdf.txtExtracted texttext/plain186448https://repositorio.ufrn.br/bitstream/123456789/18577/6/BrunoSJC_TESE.pdf.txta2c670e3ece33937ea0cfb2c03257c48MD56THUMBNAILBrunoSJC_TESE.pdf.jpgBrunoSJC_TESE.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg4156https://repositorio.ufrn.br/bitstream/123456789/18577/7/BrunoSJC_TESE.pdf.jpgcbd7837c08d008848f2266e67121d938MD57123456789/185772017-11-02 11:53:46.862oai:https://repositorio.ufrn.br:123456789/18577Repositório de PublicaçõesPUBhttp://repositorio.ufrn.br/oai/opendoar:2017-11-02T14:53:46Repositório Institucional da UFRN - Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)false
dc.title.por.fl_str_mv Detecção e diagnóstico de falhas não-supervisionados baseados em estimativa de densidade recursiva e classificador fuzzy auto-evolutivo
title Detecção e diagnóstico de falhas não-supervisionados baseados em estimativa de densidade recursiva e classificador fuzzy auto-evolutivo
spellingShingle Detecção e diagnóstico de falhas não-supervisionados baseados em estimativa de densidade recursiva e classificador fuzzy auto-evolutivo
Costa, Bruno Sielly Jales
Detecção de falhas. Diagnostico de falhas. Identifificação de falhas. Estimativa de densidade recursiva. Classifificadores evolutivos, sistemas fuzzy. Aprendizagem autônoma
Fault detection. Fault diagnosis. Fault identification. Recursive density estimation. Evolving classifiers. Fuzzy. Systems. Autonomous learning
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
title_short Detecção e diagnóstico de falhas não-supervisionados baseados em estimativa de densidade recursiva e classificador fuzzy auto-evolutivo
title_full Detecção e diagnóstico de falhas não-supervisionados baseados em estimativa de densidade recursiva e classificador fuzzy auto-evolutivo
title_fullStr Detecção e diagnóstico de falhas não-supervisionados baseados em estimativa de densidade recursiva e classificador fuzzy auto-evolutivo
title_full_unstemmed Detecção e diagnóstico de falhas não-supervisionados baseados em estimativa de densidade recursiva e classificador fuzzy auto-evolutivo
title_sort Detecção e diagnóstico de falhas não-supervisionados baseados em estimativa de densidade recursiva e classificador fuzzy auto-evolutivo
author Costa, Bruno Sielly Jales
author_facet Costa, Bruno Sielly Jales
author_role author
dc.contributor.authorID.por.fl_str_mv
dc.contributor.authorLattes.por.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/2486327435960311
dc.contributor.advisorID.por.fl_str_mv
dc.contributor.advisorLattes.por.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/7987212907837941
dc.contributor.referees1.pt_BR.fl_str_mv Dória Neto, Adrião Duarte
dc.contributor.referees1ID.por.fl_str_mv
dc.contributor.referees1Lattes.por.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/1987295209521433
dc.contributor.referees2.pt_BR.fl_str_mv Aloise, Daniel
dc.contributor.referees2ID.por.fl_str_mv
dc.contributor.referees2Lattes.por.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/5093210888872414
dc.contributor.referees3.pt_BR.fl_str_mv Vellasco, Marley Maria Bernardes Rebuzzi
dc.contributor.referees3ID.por.fl_str_mv
dc.contributor.referees3Lattes.por.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/8265116967095452
dc.contributor.referees4.pt_BR.fl_str_mv Angelov, Plamen Parvanov
dc.contributor.author.fl_str_mv Costa, Bruno Sielly Jales
dc.contributor.advisor1.fl_str_mv Oliveira, Luiz Affonso Henderson Guedes de
contributor_str_mv Oliveira, Luiz Affonso Henderson Guedes de
dc.subject.por.fl_str_mv Detecção de falhas. Diagnostico de falhas. Identifificação de falhas. Estimativa de densidade recursiva. Classifificadores evolutivos, sistemas fuzzy. Aprendizagem autônoma
topic Detecção de falhas. Diagnostico de falhas. Identifificação de falhas. Estimativa de densidade recursiva. Classifificadores evolutivos, sistemas fuzzy. Aprendizagem autônoma
Fault detection. Fault diagnosis. Fault identification. Recursive density estimation. Evolving classifiers. Fuzzy. Systems. Autonomous learning
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
dc.subject.eng.fl_str_mv Fault detection. Fault diagnosis. Fault identification. Recursive density estimation. Evolving classifiers. Fuzzy. Systems. Autonomous learning
dc.subject.cnpq.fl_str_mv CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
description In this work, we propose a two-stage algorithm for real-time fault detection and identification of industrial plants. Our proposal is based on the analysis of selected features using recursive density estimation and a new evolving classifier algorithm. More specifically, the proposed approach for the detection stage is based on the concept of density in the data space, which is not the same as probability density function, but is a very useful measure for abnormality/outliers detection. This density can be expressed by a Cauchy function and can be calculated recursively, which makes it memory and computational power efficient and, therefore, suitable for on-line applications. The identification/diagnosis stage is based on a self-developing (evolving) fuzzy rule-based classifier system proposed in this work, called AutoClass. An important property of AutoClass is that it can start learning from scratch". Not only do the fuzzy rules not need to be prespecified, but neither do the number of classes for AutoClass (the number may grow, with new class labels being added by the on-line learning process), in a fully unsupervised manner. In the event that an initial rule base exists, AutoClass can evolve/develop it further based on the newly arrived faulty state data. In order to validate our proposal, we present experimental results from a level control didactic process, where control and error signals are used as features for the fault detection and identification systems, but the approach is generic and the number of features can be significant due to the computationally lean methodology, since covariance or more complex calculations, as well as storage of old data, are not required. The obtained results are significantly better than the traditional approaches used for comparison
publishDate 2014
dc.date.available.fl_str_mv 2014-12-09
2015-03-03T15:08:47Z
dc.date.issued.fl_str_mv 2014-05-13
dc.date.accessioned.fl_str_mv 2015-03-03T15:08:47Z
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
format doctoralThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.citation.fl_str_mv COSTA, Bruno Sielly Jales. Detecção e diagnóstico de falhas não-supervisionados baseados em estimativa de densidade recursiva e classificador fuzzy auto-evolutivo. 2014. 100 f. Tese (Doutorado em Automação e Sistemas; Engenharia de Computação; Telecomunicações) - Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2014.
dc.identifier.uri.fl_str_mv https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/18577
identifier_str_mv COSTA, Bruno Sielly Jales. Detecção e diagnóstico de falhas não-supervisionados baseados em estimativa de densidade recursiva e classificador fuzzy auto-evolutivo. 2014. 100 f. Tese (Doutorado em Automação e Sistemas; Engenharia de Computação; Telecomunicações) - Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2014.
url https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/18577
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal do Rio Grande do Norte
dc.publisher.program.fl_str_mv Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica
dc.publisher.initials.fl_str_mv UFRN
dc.publisher.country.fl_str_mv BR
dc.publisher.department.fl_str_mv Automação e Sistemas; Engenharia de Computação; Telecomunicações
publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal do Rio Grande do Norte
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Institucional da UFRN
instname:Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)
instacron:UFRN
instname_str Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)
instacron_str UFRN
institution UFRN
reponame_str Repositório Institucional da UFRN
collection Repositório Institucional da UFRN
bitstream.url.fl_str_mv https://repositorio.ufrn.br/bitstream/123456789/18577/1/BrunoSJC_TESE.pdf
https://repositorio.ufrn.br/bitstream/123456789/18577/6/BrunoSJC_TESE.pdf.txt
https://repositorio.ufrn.br/bitstream/123456789/18577/7/BrunoSJC_TESE.pdf.jpg
bitstream.checksum.fl_str_mv cc7fdbd9d8d7dfe3adac23f17fab1ae2
a2c670e3ece33937ea0cfb2c03257c48
cbd7837c08d008848f2266e67121d938
bitstream.checksumAlgorithm.fl_str_mv MD5
MD5
MD5
repository.name.fl_str_mv Repositório Institucional da UFRN - Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)
repository.mail.fl_str_mv
_version_ 1796767126688628736