International Journal of Control, Automation, and Systems
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v.6
no.3
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pp.339-350
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2008
A general active fault-tolerant control framework is proposed for nonlinear systems with sensor faults. According to their identifiability, all sensor faults are divided into two classes: identifiable faults and non-identifiable faults. In the healthy case, the control objective is such that all outputs converge to their given set-points. A fault detection and isolation module is firstly built, which can produce an alarm when there is a fault in the system and also tell us which sensor has a fault. If the fault is identifiable, the control objective remains the same as in the healthy case; while if the fault is non-identifiable, the control objective degenerates to be such that only the healthy outputs converge to the set-points. A numerical example is given to illustrate the effectiveness and feasibility of the proposed method and encouraging results have been obtained.
The theory for a novel fault-tolerant 4-active-pole homopolar magnetic bearing is developed. If any one coil of the four coils in the bearing actuator fail, the remaining three coil currents change via an optimal distribution matrix such that the same opposing pole, C-core type, control fluxes as those of the un-failed bearing are produced. The hompolar magnetic bearing thus provides unaltered magnetic forces without any loss of the bearing load capacity even if any one coil suddenly fails. Numerical examples are provided to illustrate the novel fault-tolerant, 4-active pole homopolar magnetic bearings.
This paper presents a fault tolerant control strategy for Steer-by-Wire (SbW) systems. Among many problems to be solved before commercialization of SbW systems, maintaining reliability and fault tolerance in such systems are the most pressing issues. In most previous studies, dual steering motors are used to achieve actuation redundancy. However, relatively few studies have been conducted to introduce fault tolerant control strategies using rear wheel steering system. In this work, an actuator fault in front wheel steering is compensated by active rear wheel steering. The proposed fault tolerant control algorithm consists of disturbance observer and sliding mode control. The fault tolerant control performance of the proposed approach is validated via computer simulation studies with Carsim vehicle dynamics software and MATLAB/Simulink.
Based on the Deep Q-Network(DQN) algorithm of reinforcement learning, an active fault-tolerance method with incremental action is proposed for the control system with sensor faults of the once-through steam generator(OTSG). In this paper, we first establish the OTSG model as the interaction environment for the agent of reinforcement learning. The reinforcement learning agent chooses an action according to the system state obtained by the pressure sensor, the incremental action can gradually approach the optimal strategy for the current fault, and then the agent updates the network by different rewards obtained in the interaction process. In this way, we can transform the active fault tolerant control process of the OTSG to the reinforcement learning agent's decision-making process. The comparison experiments compared with the traditional reinforcement learning algorithm(RL) with fixed strategies show that the active fault-tolerant controller designed in this paper can accurately and rapidly control under sensor faults so that the pressure of the OTSG can be stabilized near the set-point value, and the OTSG can run normally and stably.
Benbouzid, M.E.H.;Diallo, D.;Zeraoulia, M.;Zidani, F.
International Journal of Automotive Technology
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v.7
no.6
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pp.729-739
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2006
This paper describes an active fault-tolerant control system for an induction motor drive that propels an Electrical Vehicle(EV) or a Hybrid one(HEV). The proposed system adaptively reorganizes itself in the event of sensor loss or sensor recovery to sustain the best control performance given the complement of remaining sensors. Moreover, the developed system takes into account the controller transition smoothness in terms of speed and torque transients. In this paper which is the sequel of (Diallo et al., 2004), we propose to introduce more advanced and intelligent control techniques to improve the global performance of the fault-tolerant drive for automotive applications(e.g. EVs or HEVs). In fact, two control techniques are chosen to illustrate the consistency of the proposed approach: sliding mode for encoder-based control; and fuzzy logics for sensorless control. Moreover, the system control reorganization is now managed by a fuzzy decision system to improve the transitions smoothness. Simulations tests, in terms of speed and torque responses, have been carried out on a 4-kW induction motor drive to evaluate the consistency and the performance of the proposed fault-tolerant control approach.
New direct and indirect current control methods for a fault-tolerant active power filter topology are presented in this paper. Since a three-phase four-switch topology has a phase bridge current which cannot be directly controlled, a hysteresis control method in the α-β plane which controls the three-phase current in the two-phase stationary coordinate system is proposed. The improved SVPWM algorithm is able to eliminate the operation of the trigonometric functions in the traditional algorithm by rotating the α-β coordinates and alternating the sequence of the output vectors, which in turn simplifies the algorithm and reduces the switching frequency. The selection of the DC-side reference voltage and DC-side capacitor equalization strategy are also discussed. Simulation and experiments demonstrate that the proposed control method is correct and feasible.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.24
no.2
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pp.120-126
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2019
This study proposes a neutral voltage balance control scheme for stable fault-tolerant operation of an active neutral point clamped (ANPC) inverter using carrier-based pulse width modulation. The proposed scheme maintains the neutral voltage balance by reconfiguring the switching combination and modulating the reference output voltage in order to solve the degradation of the output characteristic in the fault tolerant operation due to the fault of the power semiconductor switch constituting the ANPC inverter. The feasibility of the proposed control scheme is confirmed by HIL experiment using RT-BOX.
The Journal of the Korea institute of electronic communication sciences
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v.17
no.1
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pp.59-70
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2022
In this paper, we proposed an active fault tolerant control (AFTC) method for the position control of a quadrotor with complete loss of effectiveness of one motor. We obtained the dynamics of a quadrotor using Lagrangian equation without small angle assumption. For detecting the fault on a motor, we designed a fault detection module, which consists of the fault detection and diagnosis (FDD) module and the fault detection and isolation (FDI) module. For the FDD module, we designed a nonlinear observer that observes the states of a quadrotor based on the obtained dynamics. Using the observed states of a quadrotor, we designed residual signals and set the appropriate threshold values of residual signals to detect the fault. Also, we designed an FDI module to identify the fault location using the designed additional conditions. To make a quadrotor track the desired path after detecting the fault of a motor, we designed a fault tolerant controller based on the multiple sliding surface control (MSSC) technique. Finally, through simulations, we verified the effectiveness of the proposed AFTC method for a quadrotor with complete loss of effectiveness of one motor.
A magnetic bearing even with multiple coil failure can produce the same decoupled magnetic forces as those before failure if the remaining coil currents are properly redistributed. This fault-tolerant, force invariance control can be achieved with simply replacing the distribution matrix with the appropriate one shortly after coils fail, without modifying feedback control law. The distribution gain matrix that satisfies the necessary constraint conditions of decoupling linearized magnetic forces is determined with the Lagrange Multiplier optimization method.
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.24
no.6_1
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pp.659-667
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2021
This paper develops the theory for a novel fault-tolerant, permanent magnet biased, 4-active-pole, double plane, homopolar magnetic bearing. The Lagrange Multiplier optimization with equality constraints is utilized to calculate the optimal distribution matrices for the failed bearing. If any of the 4 coils fail, the remaining three coil currents change via a novel distribution matrix such that the same opposing pole, C-core type, control fluxes as those of the un-failed bearing are produced. Magnetic flux coupling in the magnetic bearing core and the optimal current distribution helps to produce the same c-core fluxes as those of unfailed bearing even if one coil suddenly fails. Thus the magnetic forces and the load capacity of the bearing remain invariant throughout the failure event. It is shown that the control fluxes to each active pole planes are successfully isolated. A numerical example is provided to illustrate the new theory.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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