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Sistema de red neuronal para predecir datos anómalos en sistemas de sensores aplicados

Autores: Vladov, Serhii; Vysotska, Victoria; Sokurenko, Valerii; Muzychuk, Oleksandr; Nazarkevych, Mariia; Lytvyn, Vasyl

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2024

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Acceso abierto

Artículo científico
2024

Sistema de red neuronal para predecir datos anómalos en sistemas de sensores aplicados


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería de Sistemas

Palabras clave

Red neuronal
Predicción de anomalías
Modelo predictor basado en LSTM
Modelo preprocesador basado en SARIMAX
Monitoreo de motor de turboshaft de helicóptero
Modelo detector de anomalías

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 18

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
Este artículo avanza en la investigación sobre el monitoreo inteligente y control de motores de turbina de helicóptero en condiciones a bordo. El sistema de red neuronal propuesto para la predicción de anomalías funciona como un módulo dentro del sistema experto de monitoreo y control de motores de turbina de helicóptero. Se desarrolló un modelo de preprocesador basado en SARIMAX para determinar la autocorrelación y autocorrelación parcial en los datos de entrenamiento, teniendo en cuenta los cambios dinámicos y factores externos, logrando una precisión de predicción de hasta 97.9%. Un modelo predictor basado en LSTM modificado con capas de Dropout y Dense predijo datos de sensores, con un margen de error probado del 0.218% para predecir los valores de temperatura de gas del motor de la aeronave TV3-117 antes de la turbina del compresor durante un minuto de vuelo de helicóptero. Un modelo de reconstructor restauró los valores faltantes de series temporales y reemplazó los valores atípicos con valores sintéticos, logrando hasta un 98.73% de precisión. Un modelo de detector de anomalías utilizando el concepto de disonancia identificó con éxito dos anomalías: un mal funcionamiento del sensor y una brusca caída de temperatura dentro de dos minutos de actividad del sensor, con errores tipo I y II por debajo de 1.12 y 1.01% y un tiempo de detección inferior a 1.611 s. El valor de AUC-ROC del sistema de 0.818 confirma su fuerte capacidad para diferenciar entre datos normales y anómalos, asegurando una detección confiable y precisa de anomalías. Las limitaciones implican la dependencia de la calidad de los datos de los sensores a bordo, afectados por mal funcionamiento o ruido, con la precisión de la red LSTM (hasta un 97.9%) variando con las condiciones del helicóptero, y la alta demanda computacional del modelo que potencialmente limita su uso en tiempo real en entornos con recursos limitados.

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