Edge Solution for Real-Time Motor Fault Diagnosis Based on Efficient Convolutional Neural Network

计算机科学 卷积神经网络 稳健性(进化) 边缘计算 人工神经网络 云计算 计算 实时计算 GSM演进的增强数据速率 人工智能 边缘设备 上传 算法 生物化学 基因 操作系统 化学
作者
Kang An,Jingfeng Lu,Quanjing Zhu,Xiaoxian Wang,Clarence W. de Silva,Min Xia,Siliang Lu
出处
期刊:IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:72: 1-12 被引量:32
标识
DOI:10.1109/tim.2023.3276513
摘要

Real-time motor fault diagnosis can detect motor faults on time and prompt the repair or replacement of faulty motors which minimizes the potential losses caused by motor faults. Deep learning (DL) methods have been intensively applied in motor fault diagnosis. Most DL algorithms need to be trained with sufficient computation resources on cloud or local servers. However, uploading the raw data and downloading the command instructions to the edge will cause inevitable time delays and security concerns. This paper develops a DL algorithm based on efficient convolutional neural networks (ECNN) that can be deployed on an edge computing node for real-time motor fault diagnosis and dynamic control. The effectiveness, efficiency, and robustness of the ECNN model have been validated by experiments, and the results indicate that the ECNN model can achieve 100 % accuracy in recognition of 10 types of motor conditions, with the inference time and memory usage less than 14 ms and 44 KiB, respectively. The comparison results demonstrate that the ECNN model yields higher accuracy than the classical shallow neural networks, and it also presents the advantages of smaller model volume, lower prediction time, and higher accuracy as compared with the DL models. The proposed method shows significant potential for practical application in real-time motor fault detection and control.
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