Scalable fault models for diagnosis in a synchronous generator using feature mapping and transformation techniques

Condition based maintenance (CBM) needs data acquired during healthy and faulty conditions to develop intelligent system for fault diagnosis. However, fault injection is not allowed/possible in a highly expensive components of complex/critical systems to collect fault condition data. Therefore, proto-type/small working models are used to conduct experiments for abnormal/fault conditions, to obtain and scale the intelligence of the system for effective health monitoring of complex system. This methodology is referred as scalable fault models. For proof of concept, in this work, we considered two different capacity synchronous generators with rating of 3 kVA and 5 kVA to emulate the behavior of prototype/small working model and complex system respectively, for scalable fault models. We explored feature mapping and transformation techniques to achieve effective scalability. From the preliminary experiments, it is observed that the baseline system performance deteriorated due to the changes in the system (capacity) and its characteristics with load changes. We therefore, expressed the input features in terms of load and system independent manner, to make the features less dependent on load and system variations. We explored locality constrained linear coding (LLC) to express the features load/system independently. It is observed that experimenting LLC with the backend support vector machine (SVM) classifier gave the best fault classification performance for linear kernel, suggesting that the faults are linearly separable in the new feature space. Since the LLC mapped feature space is linearly separable, we then explored linear feature transformation technique, nuisance attribute projection (NAP) on the LLC mapped feature space to further minimize the load/system specific variations. We observed that LLC-NAP improved the overall accuracy and sensitivity of the classifier significantly. We also noted that the performance of NAP was limited in the original feature space since the feature space (NAP without LLC) is nonlinear with load/system variations

System Independent Fault Diagnosis for Synchronous Generator

Creating a unified fault diagnosis model that can detect faults across systems with different ratings (system independent fault diagnosis) would be of great interest in making condition-based maintenance (CBM) more popular. In this work, three phase synchronous generators with 3 and 5 kVA ratings are used for detecting stator inter-turn short circuit faults. Our baseline is a 3 kVA generator working at 1 A load during training and testing, to emulate the system/load dependent fault diagnosis. We obtained a classification accuracy of 99.75%, 100% and 100% for R phase, Y phase and B phase faults respectively. Subsequently, we evaluated the system for its load independent performance. Performance accuracy deteriorated due to the load specific variations (LSV) in the input feature vector (IFV). LSV is undesired, and we used nuisance attribute projection (NAP) to remove them. Using NAP, we obtained a performance improvement of 23.13%, 17.75% and 20.72% for three fault models on the 3 kVA generator and similar performance improvement was obtained for 5 kVA generator also. Further, we experimented for load and system independent fault diagnosis. In this case, we consider LSV and system specific variations (SSV) on IFV as undesired. We experimented with two types of NAP, (1) single step NAP, (2) stacked NAP. Experimental results show that the two staged stacked NAP outperforms. We obtained an improvement of 23.99%, 16.06% and 28.39%, in classification accuracy for three fault models, resulting in overall classification accuracy of 89.22%, 94.67% and 94.59% for R phase, Y phase and B phase fault models respectively

Exploring variabilities through factor analysis in automatic acoustic language recognition

La problématique traitée par la Reconnaissance de la Langue (LR) porte sur la définition découverte de la langue contenue dans un segment de parole. Cette thèse se base sur des paramètres acoustiques de courte durée, utilisés dans une approche d adaptation de mélanges de Gaussiennes (GMM-UBM). Le problème majeur de nombreuses applications du vaste domaine de la re- problème connaissance de formes consiste en la variabilité des données observées. Dans le contexte de la Reconnaissance de la Langue (LR), cette variabilité nuisible est due à des causes diverses, notamment les caractéristiques du locuteur, l évolution de la parole et de la voix, ainsi que les canaux d acquisition et de transmission. Dans le contexte de la reconnaissance du locuteur, l impact de la variabilité solution peut sensiblement être réduit par la technique d Analyse Factorielle (Joint Factor Analysis, JFA). Dans ce travail, nous introduisons ce paradigme à la Reconnaissance de la Langue. Le succès de la JFA repose sur plusieurs hypothèses. La première est que l information observée est décomposable en une partie universelle, une partie dépendante de la langue et une partie de variabilité, qui elle est indépendante de la langue. La deuxième hypothèse, plus technique, est que la variabilité nuisible se situe dans un sous-espace de faible dimension, qui est défini de manière globale.Dans ce travail, nous analysons le comportement de la JFA dans le contexte d un dispositif de LR du type GMM-UBM. Nous introduisons et analysons également sa combinaison avec des Machines à Vecteurs Support (SVM). Les premières publications sur la JFA regroupaient toute information qui est amélioration nuisible à la tâche (donc ladite variabilité) dans un seul composant. Celui-ci est supposé suivre une distribution Gaussienne. Cette approche permet de traiter les différentes sortes de variabilités d une manière unique. En pratique, nous observons que cette hypothèse n est pas toujours vérifiée. Nous avons, par exemple, le cas où les données peuvent être groupées de manière logique en deux sous-parties clairement distinctes, notamment en données de sources téléphoniques et d émissions radio. Dans ce cas-ci, nos recherches détaillées montrent un certain avantage à traiter les deux types de données par deux systèmes spécifiques et d élire comme score de sortie celui du système qui correspond à la catégorie source du segment testé. Afin de sélectionner le score de l un des systèmes, nous avons besoin d un analyses détecteur de canal source. Nous proposons ici différents nouveaux designs pour engendrées de tels détecteurs automatiques. Dans ce cadre, nous montrons que les facteurs de variabilité (du sous-espace) de la JFA peuvent être utilisés avec succès pour la détection de la source. Ceci ouvre la perspective intéressante de subdiviser les5données en catégories de canal source qui sont établies de manière automatique. En plus de pouvoir s adapter à des nouvelles conditions de source, cette propriété permettrait de pouvoir travailler avec des données d entraînement qui ne sont pas accompagnées d étiquettes sur le canal de source. L approche JFA permet une réduction de la mesure de coûts allant jusqu à généraux 72% relatives, comparé au système GMM-UBM de base. En utilisant des systèmes spécifiques à la source, suivis d un sélecteur de scores, nous obtenons une amélioration relative de 81%.Language Recognition is the problem of discovering the language of a spoken definitionutterance. This thesis achieves this goal by using short term acoustic information within a GMM-UBM approach.The main problem of many pattern recognition applications is the variability of problemthe observed data. In the context of Language Recognition (LR), this troublesomevariability is due to the speaker characteristics, speech evolution, acquisition and transmission channels.In the context of Speaker Recognition, the variability problem is solved by solutionthe Joint Factor Analysis (JFA) technique. Here, we introduce this paradigm toLanguage Recognition. The success of JFA relies on several assumptions: The globalJFA assumption is that the observed information can be decomposed into a universalglobal part, a language-dependent part and the language-independent variabilitypart. The second, more technical assumption consists in the unwanted variability part to be thought to live in a low-dimensional, globally defined subspace. In this work, we analyze how JFA behaves in the context of a GMM-UBM LR framework. We also introduce and analyze its combination with Support Vector Machines(SVMs).The first JFA publications put all unwanted information (hence the variability) improvemen tinto one and the same component, which is thought to follow a Gaussian distribution.This handles diverse kinds of variability in a unique manner. But in practice,we observe that this hypothesis is not always verified. We have for example thecase, where the data can be divided into two clearly separate subsets, namely datafrom telephony and from broadcast sources. In this case, our detailed investigations show that there is some benefit of handling the two kinds of data with two separatesystems and then to elect the output score of the system, which corresponds to the source of the testing utterance.For selecting the score of one or the other system, we need a channel source related analyses detector. We propose here different novel designs for such automatic detectors.In this framework, we show that JFA s variability factors (of the subspace) can beused with success for detecting the source. This opens the interesting perspectiveof partitioning the data into automatically determined channel source categories,avoiding the need of source-labeled training data, which is not always available.The JFA approach results in up to 72% relative cost reduction, compared to the overall resultsGMM-UBM baseline system. Using source specific systems followed by a scoreselector, we achieve 81% relative improvement.AVIGNON-Bib. numérique (840079901) / SudocSudocFranceF