Early fault detection and fault prognosis are crucial to ensure efficient and safe operations of complex engineering systems such as the Spallation Neutron Source (SNS) and its power electronics (high voltage converter modulators). Following an advanced experimental facility setup that mimics SNS operating conditions, the authors successfully conducted 21 fault prognosis experiments, where fault precursors are introduced in the system to a degree enough to cause degradation in the waveform signals, but not enough to reach a real fault. Nine different machine learning techniques based on ensemble trees, convolutional neural networks, support vector machines, and hierarchical voting ensembles are proposed to detect the fault precursors. Although all 9 models have shown a perfect and identical performance during the training and testing phase, the performance of most models has decreased in the prognosis phase once they got exposed to real-world data from the 21 experiments. The hierarchical voting ensemble, which features multiple layers of diverse models, maintains a distinguished performance in early detection of the fault precursors with 95% success rate (20/21 tests), followed by adaboost and extremely randomized trees with 52% and 48% success rates, respectively. The support vector machine models were the worst with only 24% success rate (5/21 tests). The study concluded that a successful implementation of machine learning in the SNS or particle accelerator power systems would require a major upgrade in the controller and the data acquisition system to facilitate streaming and handling big data for the machine learning models. In addition, this study shows that the best performing models were diverse and based on the ensemble concept to reduce the bias and hyperparameter sensitivity of individual models.


翻译:早期错误检测和错误预测对于确保复杂的工程系统,例如“Spallation Enecontron Source”(SNS)及其电动电子系统(高电转换器调制器)高效和安全运行至关重要。在模拟SNS运行条件的先进实验设施安装后,作者成功进行了21次错误预测实验,在系统中引入了足以导致波形信号退化的缺陷前体,但不足以达到真正的缺陷。9种基于混合灵敏树、革命神经网络、支持矢量机和等级投票团等复杂工程系统的机器学习技术被提议用于检测故障前体。尽管所有9种模型在培训和测试阶段都表现出完美和相同的性能,但大多数模型在预测阶段的性能已经下降,一旦他们接触到21项实验中的真实世界数据,就足以导致波形信号的退化,但不足以达到真正的缺陷。分级投票团在早期检测断层前体(95%的成功率为20/21次测试)中保持了显著的性能,随后又提出“最差”和极差的机极性电流模型,在培训和测试阶段中,运行了52%和48%的数据成功率测试。

0
下载
关闭预览

相关内容

[综述]深度学习下的场景文本检测与识别
专知会员服务
77+阅读 · 2019年10月10日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
99+阅读 · 2019年10月9日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
39+阅读 · 2019年10月9日
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6日
VCIP 2022 Call for Special Session Proposals
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年4月1日
IEEE TII Call For Papers
CCF多媒体专委会
3+阅读 · 2022年3月24日
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2月13日
【ICIG2021】Latest News & Announcements of the Workshop
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年12月20日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium9
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年12月17日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium4
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月10日
【ICIG2021】Latest News & Announcements of the Industry Talk1
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年7月28日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
23+阅读 · 2019年5月22日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
16+阅读 · 2018年12月24日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2022年11月3日
Arxiv
28+阅读 · 2021年9月18日
VIP会员
相关资讯
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6日
VCIP 2022 Call for Special Session Proposals
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年4月1日
IEEE TII Call For Papers
CCF多媒体专委会
3+阅读 · 2022年3月24日
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2月13日
【ICIG2021】Latest News & Announcements of the Workshop
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年12月20日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium9
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年12月17日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium4
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月10日
【ICIG2021】Latest News & Announcements of the Industry Talk1
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年7月28日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
23+阅读 · 2019年5月22日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
16+阅读 · 2018年12月24日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员