Wang, Han;Li, Luyu;Song, Gangbing;Dabney, James B.;Harman, Thomas L.
Smart Structures and Systems
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제16권2호
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pp.329-345
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2015
As commonly known, sensor errors and faulty signals may potentially lead structures in vibration to catastrophic failures. This paper presents a new approach to deal with sensor errors/faults in vibration control of structures by using the Fault detection and isolation (FDI) technique. To demonstrate the effectiveness of the approach, a space truss structure with semi-active devices such as Magneto-Rheological (MR) damper is used as an example. To address the problem, a Linear Matrix Inequality (LMI) based fixed-order $H_{\infty}$ FDI filter is introduced and designed. Modeling errors are treated as uncertainties in the FDI filter design to verify the robustness of the proposed FDI filter. Furthermore, an innovative Fuzzy Fault Tolerant Controller (FFTC) has been developed for this space truss structure model to preserve the pre-specified performance in the presence of sensor errors or faults. Simulation results have demonstrated that the proposed FDI filter is capable of detecting and isolating sensor errors/faults and actuator faults e.g., accelerometers and MR dampers, and the proposed FFTC can maintain the structural vibration suppression in faulty conditions.
인공위성 구동기로 사용되는 제어 모멘트 자이로(CMG)는 자신의 김블을 조종하여 큰 토크를 생성한다. 각각의 김블은 고속으로 회전하는 휠을 받치고 있기 때문에 휠의 질량 불균형은 외란을 발생시키게 되고 위성의 자세제어 성능을 저하시킨다. 따라서 구동기 고장을 대비하기 위해 외란을 진단하고 식별할 필요가 있다. 외란을 진단하기 위해 상태 관측기를 이용한 방법을 적용하였다. 본 논문에서는 2차 슬라이딩 모드 관측기를 이용하여 CMG의 단일 외란/고장을 탐지하였다. 또한 4개의 CMG가 설치되어 있는 위성 시뮬레이터를 이용하여 이 알고리즘을 검증하였다.
This paper considers the problem of longitudinal control of a platoon of automotive vehicles on a straight lane of a highway and proposes control laws in the event of loss of communication between the lead vehicle and the other vehicles in the platoon. Since safety plays a key role in the development of an Automated Highway System, fault-tolerant control is vital. In this paper, we develop a control algorithm in vehicle platooning and prove that this control algorithm is stable for certain class of faults such as parameter uncertainties. The performance of the controller is demonstrated through a series of simulations incorporating various vehicles and AHS faults. Results of simulation shows that the vehicles have good performance in spite of simple automotive and AHS failure, such as actuator failure,that is to say, engine input failure, communication failure between lead vehicle and the another vehicles.
The main contribution of this work is the design of a field programmable gate array (FPGA) based ARX-Laguerre proportional-integral observation (PIO) system for fault detection and identification (FDI) in a multi-input, multi-output (MIMO) nonlinear uncertain dynamical robot manipulators. An ARX-Laguerre method was used in this study to dynamic modeling the robot manipulator in the presence of uncertainty and disturbance. To address the challenges of robustness, fault detection, isolation, and estimation the proposed FPGA-based PI observer was applied to the ARX-Laguerre robot model. The effectiveness and accuracy of FPGA based ARX-Laguerre PIO was tested by first three degrees of the freedom PUMA robot manipulator, yielding 6.3%, 10.73%, and 4.23%, average performance improvement for three types of faults (e.g., actuator fault, sensor faults, and composite fault), respectively.
In this paper, the methodology of a CA (Control Allocation) based FTNCS (Fault-Tolerant Networked Control System) is proposed. Control allocation is a control surface management technique by redistributing the redundant control surfaces in overactuated systems. In modern high performance aircrafts, they adopt many redundant control surfaces to provide high performance and to satisfy various tactical requirements. Moreover, redundant control surfaces provide an opportunity to compensate performance degradation due to failures in more than one actuator by re-allocating redundant control surfaces. Simulation results with an F-18 HARV demonstrate that the proposed CA based FTNCS can achieve a fast and accurate tracking performance even in the presence of actuator faults.
The optimal residual generator based on parity relation approach for the fault detection and isolation of a arge diesel engine actuator position servo system is presented. The closed-loop residual generator is designed to have robustness against modeling errors and noise. Main purpose of the fault detection and isolation system in the process is to detect and isolate two important faults, i.e., actuatro fault and fault of speed sensor, that, if not detected and compensated, degrade the overall control system performance. Simulation results are give to show the practical applicability of the fault detecrtion and isloation scherme.
Actuator failures and the failures of controlled objects are often considered together. To overcome this limitation, a class of sliding mode observers for the fault diagnosis of nonlinear systems is designed in this paper. Due to the influence of the sliding mode function, the control strategy and the residual change of the observer exhibit certain trends governed by specific relations. Therefore, according to the changes in the control strategy and the observer residuals, the sensor and actuator faults in nonlinear systems can be determined. Finally, the effectiveness of the proposed method is verified based on simulations of a DC motor system.
An adaptive algorithm is presented for diagnosis of actuator faults. The concept of unknown input decoupling is combined with an adaptive observer, leading to an adaptive diagnostic observer, which has the robustness property in the presence of an unmeasurable term such as uncertainties. The observation error equation for the adaptive diagnostic observer does not depend on the effect of uncertainties and used to construct an adaptive diagnostic algorithm that provides the estimates of the gains of actuators, which can be obtained directly via the use of the augmented error technique. The simulation results indicate that the proposed algorithm is more realistic in the sense that better robustness properties can be assured without knowledge about uncertainties and is potentially useful in the development of a fault tolerant control system.
This paper presents a control algorithm for smart actuators that can be used in a 'steer-by-wire' system for next-generation intelligent automobiles. 'Steer-by-wire' is a network-based mechatronic steering system in which mechanical linkages and hydraulics are replaced by electric motors and a digital communication network. The algorithm is designed not only to achieve the capabilities of following the desired steering angles while minimizing the discrepancy between two steering wheels, but also to tolerate an actuator with faults. The proposed algorithm is based on a simple proportional control so that it can be implemented in real-time with a low-cost embedded microcontroller. The effectiveness of the control algorithm is examined using a hardware-in-the-loop simulator consisting of two DC motors and a CAN bus network.
The parity relation approach for the fault detection and isolation (FDI) of a large diesel engine actuator position servo system is presented. Main purpose of the FDI system is to detect and isolate two important faults, actuator fault and sensor fault, that, if not detected and compensated, degrade the overall system performance. Simulation results are given to show the practical applicability of the FDI scheme.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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