This paper presents a fault-tolerant control technique for wind turbine systems with sensor and actuator faults. The control objective is to maximize power production and minimize turbine loads by calculating a desired pitch angle within their limits. Any fault with a sensor and actuator can cause significant error in the pitch position of the corresponding blade. This problem may result in insufficient torque such that the power reference cannot be achieved. In this paper, a fault-tolerant control technique using a robust dynamic inversion observer and control allocation is employed to achieve successful pitch control despite these faults in the sensor and actuator. The observer based detection method is used to detect and isolate sensor faults by checking whether errors are larger than threshold values. In addition, the control allocation technique is adopted to tolerate actuator fault. Control allocation is one of the most commonly used fault-tolerant control techniques, especially for over-actuated systems. Further, the control allocation method can be used to achieve the power reference even in the event of blade actuator fault by redistributing the lost torque due to erroneous pitch position into non-faulty blade actuators. The effectiveness of the proposed method is demonstrated through simulations with a benchmark model of the wind turbine.
Recently, robot technology is actively going on progress to the field of various services such as home care, medical care, entertainment, and etc. Because these service robots are in use nearby person, they need to be operated safely even though hardware and software faults occur. This paper proposes a Fault-Tolerant middleware for a robot system, which has following two characteristics: supporting of heterogeneous network interface and processing of software components and network faults. The Fault-Tolerant middleware consists of a Service Layer(SL), a Network Adaptation Layer(NAL), a Network Interface Layer(NIL), a Operating System ion Layer(OSAL), and a Fault-Tolerant Manager(FTM). Especially, the Fault-Tolerant Manager consists of 4 components: Monitor, Fault Detector, Fault Notifier, and Fault Recover to detect and recover the faults effectively. This paper implements and tests the proposed middleware. Some experiment results show that the proposed Fault-Tolerant middleware is working well.
Analog instrument and control systems in nuclear power plants have recently been replaced with digital systems for safer and more efficient operation. Digital instrument and control systems have adopted various fault-tolerant techniques that help the system correctly and safely perform the specific required functions regardless of the presence of faults. Each fault-tolerant technique has a different inspection period, from real-time monitoring to monthly testing. The range covered by each faulttolerant technique is also different. The digital instrument and control system, therefore, adopts multiple barriers consisting of various fault-tolerant techniques to increase the total fault detection coverage. Even though these fault-tolerant techniques are adopted to ensure and improve the safety of a system, their effects on the system safety have not yet been properly considered in most probabilistic safety analysis models. Therefore, it is necessary to develop an evaluation method that can describe these features of digital instrument and control systems. Several issues must be considered in the fault coverage estimation of a digital instrument and control system, and two of these are addressed in this work. The first is to quantify the fault coverage of each fault-tolerant technique implemented in the system, and the second is to exclude the duplicated effect of fault-tolerant techniques implemented simultaneously at each level of the system's hierarchy, as a fault occurring in a system might be detected by one or more fault-tolerant techniques. For this work, a fault injection experiment was used to obtain the exact relations between faults and multiple barriers of faulttolerant techniques. This experiment was applied to a bistable processor of a reactor protection system.
제어로봇시스템학회 1996년도 Proceedings of the Korea Automatic Control Conference, 11th (KACC); Pohang, Korea; 24-26 Oct. 1996
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pp.358-361
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1996
In this paper, we discuss decentralized optimal fault tolerant supervisory control issues on the basis of failure analysis and diagnosis from the angle of discrete event dynamic system. We address the detectability and the observability problems, and develope fault tolerant supervisory control system upon the failure analysis and diagnosis schemes. A complete min-cut is introduced and the procedure for finding the achievable or nonachievable layered optimal legal sublanguages is suggested for a preferential option among the reachable states in the controlled plant. A layered optimal supervisory control framework is proposed upon these. We extend the concept of decentralized supervisory control by considering the problem of combination of decentralized with centralized control in case pure decentralized control happens to be inadequate. We introduce the concept of locally controllable pair and present a hybrid decentralized supervisory control framework. Finally, we propose the analytical framework for a decentralized optimal fault tolerant supervisory control systems.
This paper presents a novel hall sensor fault detection and fault-tolerant control method for a high-speed permanent magnet synchronous motor (PMSM) drive system. A phase locked loop (PLL) type position estimator is used with a conventional interpolation based rotor position estimator to reduce position errors due to misalignment of hall sensors. The expected trigger time of hall sensor's output is used for detecting hall sensor fault condition and the PLL type position estimator is reconfigured for fault-tolerant control at the hall sensor fault condition. The proposed method can minimize current ripples during the transition from sensored control using hall sensors to sensorless control. Experimental results have been proposed to prove the validity of the proposed method.
In this paper, an integrated design of fault detection, diagnosis and reconfigurable control tot multi-input and multi-output system is proposed. It is based on the interacting multiple model estimation algorithm, which is one of the most cost-effective adaptive estimation techniques for systems involving structural and/or parametric changes. This research focuses on the method to recover the performance of a system with failed actuators by switching plant models and controllers appropriately. The proposed scheme is applied to a fault tolerant control design for flight control system.
This paper proposes a fault-tolerant control strategy with finite control set model predictive control (FCS-MPC) based on hierarchical optimization for five-level H-bridge neutral-point-clamped (5L-HNPC) inverter-fed induction motor drives. Fault-tolerant operation is analyzed, and the fault-tolerant control algorithm is improved. Adopting FCS-MPC based on hierarchical optimization, where the voltage is used as the controlled objective, called model predictive voltage control (MPVC), the postfault controller is simplified as a two layer control. The first layer is the voltage jump limit, and the second layer is the voltage following control, which adopts the optimal control strategy to ensure the current following performance and uniqueness of the optimal solution. Finally, simulation and experimental results verify that 5L-HNPC inverter-fed induction motor drives have strong fault tolerant capability and that the FCS-MPVC based on hierarchical optimization is feasible.
This paper proposes actuator fault detection and adaptive fault-tolerant control algorithms using performance index and human-like learning for longitudinal autonomous vehicles. Conventional longitudinal controller for autonomous driving consists of supervisory, upper level and lower level controllers. In this paper, feedback control law and PID control algorithm have been used for upper level and lower level controllers, respectively. For actuator fault-tolerant control, adaptive rule has been designed using the gradient descent method with estimated coefficients. In order to adjust the control parameter used for determination of adaptation gain, human-like learning algorithm has been designed based on perceptron learning method using control errors and control parameter. It is designed that the learning algorithm determines current control parameter by saving it in memory and updating based on the cost function-based gradient descent method. Based on the updated control parameter, the longitudinal acceleration has been computed adaptively using feedback law for actuator fault-tolerant control. The finite window-based performance index has been designed for detection and evaluation of actuator performance degradation using control error.
In this paper, a real-time fault tolerant control system has been designed for the cooling system of the spent fuel pool storage. The fault tolerant control system consists of the fault detection part, the redundant actuator part(main and backup pumps) and the controller implemented on programmable. logic controller. This paper considers only the actuator fault whose detection is accomplished using Friedland's separated bias estimation method. This paper also shows the real-time experimental results from which it can be concluded that the designed fault tolerant control system exhibits satisfactory performance.
In this paper, a fault tolerant control against sensor faults of electric parking brake (EPB) is proposed. Fault tolerant control method of EPB system is strongly demanded since sensor faults can endanger a driver's safety. In this paper, a clamp force estimation method is presented using motor's armature current and angular velocity. Clamp force estimation method is applied for fault detection method with parity equations. The goal of the detection method is to detect and identify faults in encoder, current sensor, force sensor, and parking cable. And a switching logic for fault tolerant control against the three sensor faults is suggested. Experimental results show that the proposed force estimation method satisfies the specifications of EPB system. The effectiveness of the fault detection method is validated with experimental results. Although a single sensor fault happens, EPB system with the proposed fault detection method does not develop into a failure on subsystem or system level.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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