Ανίχνευση βλαβών σε πτερύγιο εν λειτουργία ανεμογεννήτριας μέσω μοντέλων πολλαπλών ψευδοεισόδων και τη μέθοδο των υπερσφαιρών
Η παρούσα εργασία πραγματεύεται το πρόβλημα ανίχνευσης βλαβών σε πτερύγιο πραγματικής εν λειτουργία ανεμογεννήτριας με χρήση φυσικά μόνο διεγειρόμενων στοχαστικών ταλαντωτικών σημάτων. Η τάση για κατασκευή ολοένα και μεγαλύτερων ανεμογεννητριών έχει αναδείξει ως κρίσιμη την αυτοματοποίηση της παρακ...
| Κύριος συγγραφέας: | |
|---|---|
| Άλλοι συγγραφείς: | |
| Γλώσσα: | Greek |
| Έκδοση: |
2022
|
| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | http://hdl.handle.net/10889/16528 |
| id |
nemertes-10889-16528 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nemertes-10889-165282022-09-05T05:00:52Z Ανίχνευση βλαβών σε πτερύγιο εν λειτουργία ανεμογεννήτριας μέσω μοντέλων πολλαπλών ψευδοεισόδων και τη μέθοδο των υπερσφαιρών Damage detection on an operating wind turbine blade through the use of multiple pseudo-input models and the hypersphere method Κονής, Παναγιώτης Konis, Panagiotis Παρακολούθηση δομικής ακεραιότητας Ανεμογεννήτριες, Μοντελοποίηση ARX Μέθοδος Υπερσφαιρών Περιβαλλοντική αβεβαιότητα Η παρούσα εργασία πραγματεύεται το πρόβλημα ανίχνευσης βλαβών σε πτερύγιο πραγματικής εν λειτουργία ανεμογεννήτριας με χρήση φυσικά μόνο διεγειρόμενων στοχαστικών ταλαντωτικών σημάτων. Η τάση για κατασκευή ολοένα και μεγαλύτερων ανεμογεννητριών έχει αναδείξει ως κρίσιμη την αυτοματοποίηση της παρακολούθησης της δομικής τους ακεραιότητας και επομένως κρίνεται απαραίτητη η χρήση εύρωστων μεθόδων ανίχνευσης βλαβών. Στα πλαίσια αυτού προτείνονται δύο μέθοδοι που βασίζονται στην μοντελοποίηση της δυναμικής του πτερυγίου με χρήση Multiple-Input Single-Output Transmittance Function μοντέλων και την αναπαράσταση ενός υγιούς υποχώρου με υπερσφαίρες κατάλληλα επιλεγμένων διαστάσεων. Τα προηγούμενα εν δυνάμει δίνουν ευρωστία απέναντι στην μεγάλη αβεβαιότητα που παρουσιάζεται εξαιτίας των μεταβαλλόμενων περιβαλλοντικών συνθηκών που μπορεί να επισκιάσουν ή να μπερδευτούν με βλάβες και κάνουν την ανίχνευση τους με συμβατικές μεθόδους ιδιαίτερα προκλητική. Η απόδοση των μεθόδων εξετάζεται μέσα από την δυνατότητα τους για ανίχνευση τριών βλαβών τύπου ρωγμής μήκους 15 cm, 30 cm και 45 cm που προκαλούνται τεχνητά στο χείλος εκφυγής του πτερυγίου. Τα αποτελέσματα, βασισμένα σε μια συστηματική αξιολόγηση μέσω 3 000 δοκιμών και εκπαίδευσης με μόνο 100 υγιή σετ σημάτων, δείχνουν ότι τέσσερις αισθητήρες είναι επαρκείς για την επίτευξη εξαιρετικής απόδοσης ανίχνευσης που φτάνει σχεδόν το 100% TPR (True Positive Rate) για μόνο 1% FPR (False Positive Rate) για την βλάβη των 15 cm και 0% FPR για τις 2 μεγαλύτερες. Τέλος γίνεται ανάλυση της ευαισθησίας των προτεινόμενων μεθόδων ως προς την μεταβολή διαφόρων παραμέτρων τους και παρουσιάζεται η δραστική αύξηση της αποτελεσματικότητας σε σχέση με άλλες μεθοδολογίες που έχουν εφαρμοστεί στο παρελθόν για το ίδιο πρόβλημα. In the present thesis the problem of damage detection on an operating wind turbine blade via the usage of stochastic vibration signals under natural excitation is considered. The trend towards the construction of ever-larger wind turbines has highlighted the importance of automating the monitoring of their structural integrity and therefore the use of robust damage detection methods is deemed necessary. In this context, two methods are proposed based on the modeling of the blade dynamics using Multiple-Input Single-Output Transmittance Function models and the representation of a healthy subspace with Hyperspheres of appropriately selected dimensions. The former are potentially robust to the large uncertainty presented in the structure through the varying environmental conditions that can mask or be confused with damages and make their detection with conventional methods very challenging. The effectiveness of the methods is examined through their ability to detect three artificially induced crack-type damages 15 cm, 30 cm, and 45 cm in length, on the blade’s trailing edge. The results, based on a systematic assessment via 3 000 test cases and training with only 100 healthy signal sets, indicate that four sensors are adequate for achieving excellent detection performance reaching almost 100% True Positive Rate (TPR) for just 1% False Positive Rate (FPR) for the 15 cm crack damage scenario and for 0% FPR for the 30 cm and 45 cm damage scenarios. Finally, an analysis is made on the sensitivity of the proposed methods in terms of changing their various parameters and the drastic increase in efficiency compared to other methodologies that have been applied in the past for the same problem is presented. 2022-07-14T11:22:46Z 2022-07-14T11:22:46Z 2022-07-12 http://hdl.handle.net/10889/16528 gr application/pdf |
| institution |
UPatras |
| collection |
Nemertes |
| language |
Greek |
| topic |
Παρακολούθηση δομικής ακεραιότητας Ανεμογεννήτριες, Μοντελοποίηση ARX Μέθοδος Υπερσφαιρών Περιβαλλοντική αβεβαιότητα |
| spellingShingle |
Παρακολούθηση δομικής ακεραιότητας Ανεμογεννήτριες, Μοντελοποίηση ARX Μέθοδος Υπερσφαιρών Περιβαλλοντική αβεβαιότητα Κονής, Παναγιώτης Ανίχνευση βλαβών σε πτερύγιο εν λειτουργία ανεμογεννήτριας μέσω μοντέλων πολλαπλών ψευδοεισόδων και τη μέθοδο των υπερσφαιρών |
| description |
Η παρούσα εργασία πραγματεύεται το πρόβλημα ανίχνευσης βλαβών σε πτερύγιο πραγματικής εν λειτουργία ανεμογεννήτριας με χρήση φυσικά μόνο διεγειρόμενων στοχαστικών ταλαντωτικών σημάτων. Η τάση για κατασκευή ολοένα και μεγαλύτερων ανεμογεννητριών έχει αναδείξει ως
κρίσιμη την αυτοματοποίηση της παρακολούθησης της δομικής τους ακεραιότητας και επομένως κρίνεται απαραίτητη η χρήση εύρωστων μεθόδων ανίχνευσης βλαβών. Στα πλαίσια αυτού προτείνονται δύο μέθοδοι που βασίζονται στην μοντελοποίηση της δυναμικής του πτερυγίου με
χρήση Multiple-Input Single-Output Transmittance Function μοντέλων και την αναπαράσταση ενός υγιούς υποχώρου με υπερσφαίρες κατάλληλα επιλεγμένων διαστάσεων. Τα προηγούμενα εν δυνάμει δίνουν ευρωστία απέναντι στην μεγάλη αβεβαιότητα που παρουσιάζεται εξαιτίας των μεταβαλλόμενων περιβαλλοντικών συνθηκών που μπορεί να επισκιάσουν ή να μπερδευτούν με βλάβες και κάνουν την ανίχνευση τους με συμβατικές μεθόδους ιδιαίτερα προκλητική. Η απόδοση
των μεθόδων εξετάζεται μέσα από την δυνατότητα τους για ανίχνευση τριών βλαβών τύπου ρωγμής μήκους 15 cm, 30 cm και 45 cm που προκαλούνται τεχνητά στο χείλος εκφυγής του πτερυγίου. Τα αποτελέσματα, βασισμένα σε μια συστηματική αξιολόγηση μέσω 3 000 δοκιμών και εκπαίδευσης με μόνο 100 υγιή σετ σημάτων, δείχνουν ότι τέσσερις αισθητήρες είναι επαρκείς για την επίτευξη
εξαιρετικής απόδοσης ανίχνευσης που φτάνει σχεδόν το 100% TPR (True Positive Rate) για μόνο 1% FPR (False Positive Rate) για την βλάβη των 15 cm και 0% FPR για τις 2 μεγαλύτερες. Τέλος γίνεται ανάλυση της ευαισθησίας των προτεινόμενων μεθόδων ως προς την μεταβολή διαφόρων
παραμέτρων τους και παρουσιάζεται η δραστική αύξηση της αποτελεσματικότητας σε σχέση με άλλες μεθοδολογίες που έχουν εφαρμοστεί στο παρελθόν για το ίδιο πρόβλημα. |
| author2 |
Konis, Panagiotis |
| author_facet |
Konis, Panagiotis Κονής, Παναγιώτης |
| author |
Κονής, Παναγιώτης |
| author_sort |
Κονής, Παναγιώτης |
| title |
Ανίχνευση βλαβών σε πτερύγιο εν λειτουργία ανεμογεννήτριας μέσω μοντέλων πολλαπλών ψευδοεισόδων και τη μέθοδο των υπερσφαιρών |
| title_short |
Ανίχνευση βλαβών σε πτερύγιο εν λειτουργία ανεμογεννήτριας μέσω μοντέλων πολλαπλών ψευδοεισόδων και τη μέθοδο των υπερσφαιρών |
| title_full |
Ανίχνευση βλαβών σε πτερύγιο εν λειτουργία ανεμογεννήτριας μέσω μοντέλων πολλαπλών ψευδοεισόδων και τη μέθοδο των υπερσφαιρών |
| title_fullStr |
Ανίχνευση βλαβών σε πτερύγιο εν λειτουργία ανεμογεννήτριας μέσω μοντέλων πολλαπλών ψευδοεισόδων και τη μέθοδο των υπερσφαιρών |
| title_full_unstemmed |
Ανίχνευση βλαβών σε πτερύγιο εν λειτουργία ανεμογεννήτριας μέσω μοντέλων πολλαπλών ψευδοεισόδων και τη μέθοδο των υπερσφαιρών |
| title_sort |
ανίχνευση βλαβών σε πτερύγιο εν λειτουργία ανεμογεννήτριας μέσω μοντέλων πολλαπλών ψευδοεισόδων και τη μέθοδο των υπερσφαιρών |
| publishDate |
2022 |
| url |
http://hdl.handle.net/10889/16528 |
| work_keys_str_mv |
AT konēspanagiōtēs anichneusēblabōnsepterygioenleitourgiaanemogennētriasmesōmontelōnpollaplōnpseudoeisodōnkaitēmethodotōnypersphairōn AT konēspanagiōtēs damagedetectiononanoperatingwindturbinebladethroughtheuseofmultiplepseudoinputmodelsandthehyperspheremethod |
| _version_ |
1771297132087607296 |
