As a means of improving the reliability of a process control system, a FTCS(Fault Tolerant Control System) is designed and applied to the boiler controller of a thermal power plant. The proposed FTCS has capabilities of fault detection and diagnosis as well as back-up control and bumpless switching. A prototype of FTCS is implemented on an IBM PC as an add-on system and it is experimentally verified by using a boiler process simulator together with simplified analog controllers and a switching unit that an one-fold fault is detected in real time and back-up controller takes over the role of the original controller, controlling the faulty loop.
Reliability is an important issue in cascaded H-bridge converters (CHB converters) because they use a high number of power semiconductors. A faulty power cell in a CHB converter can potentially lead to expensive downtime and great losses on the consumer side. With a fault-tolerant control strategy, operation can continue with the undamaged cells; thus increasing the reliability of the system. In this paper, the operating principles and the control method for a CHB multilevel rectifier are introduced. The influence of various faults on the CHB converter is investigated. The method of fault diagnosis and the bypassing of failed cells are explained. A fault-tolerant protection strategy is proposed to achieve redundancy in the CHB rectifier. The redundant H-bridge concept helps to deal with device failures and to increase system reliability. Simulation results verify the performance of the proposed strategy.
This paper describes a fault tolerant control in distributed PLC(Programmable Logic Controller) system to ensure reliability of controllers which have some faults simultaneously. First, the behavior of PLC is modeled as discrete expressions using Galois field. Then, we design the control laws for additional spare controllers to generate parity code with two dimensions. Finally, the algorithm for estimating normal output instead of abnormal output from the controllers with fault is suggested. Comparing to the traditional duplication method, the suggested method can reduce the number of spare controllers significantly to ensure control reliability. This method will be applied to an automatic system in order to increase reliability. Also, it can improve cost performance of the system.
In this paper, we propose a fault-tolerant control system for the position control and vibration suppression of a flexible arm robot. The proposed control system has a strain gauge sensor signal observer based on a reaction force observer and detects a fault by monitoring an estimated error. In order to improve the estimation accuracy, the plant parameters included in the sensor signal observer are updated by using the strain gauge sensor signal in normal time through the adaptive law. After fault detection, the proposed control system exchanges the faulty sensor signal for the estimated one and switches to a fault mode controller so as to maintain the stability and the control performance. We confirmed the effectiveness of the proposed control system through several experiments.
Reverse matrix converters, which can step up voltages, are suitable for applications with source voltages that are lower than load voltages, such as generator systems. Reverse matrix converter topologies are advantageous because they do not require additional components to conventional matrix converters. In this paper, a detection method and a post-fault modulation strategy to operate a converter as close as possible to its desired normal operation under the open-switch fault condition in the rectifier stage are proposed. An open-switch fault in the rectifier stage of a reverse matrix converter causes current distortions and voltage ripples in the system. Therefore, fault-tolerant control for open-switch faults is required to improve the reliability of a system. The proposed strategy determines the appropriate switching stages from among the remaining healthy switches of the converter. This is done based on reference currents or voltages. The performance of the proposed strategy is experimentally verified.
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.
In this paper, fault tolerant mechanisms are presented for a servo manipulator system designed to operate in a hot cell. A hot cell is a sealed and shielded room to handle radioactive materials, and it is dangerous for people to work in the hot cell. So, remote operations are necessary to handle the radioactive materials in the hot cell. KAERI has developed a servo manipulator system to perform such remote operations. However, since electric components such as servo motors may fail by radiation, fault tolerant mechanisms have to be considered. For fault tolerance of the servo manipulator system, duplication mechanism increasing the reliability of the transport's driving motors and reconfiguration algorithm accommodating the slave's motor failure have been presented. The reconfiguration algorithm recovering the end effector's motion in spite of one motor's failure is based on control allocation redistributing redundant axes. The constrained optimization method and pseudo inverse method have been adopted for control allocation. Simulation examples and real test results have been presented to verify the Proposed methods.
This paper proposes a fault tolerant and high efficiency operation algorithm for a 4 LEG DC/DC converter for a battery energy storage system(BESS) forming a main power source in a standalone DC micro grid. The BESS for the main power supply in the stand-alone DC micro-grid is required to operate at high speed according to fault tolerant control and load by operating at all times. Fault-tolerance control changes the short-circuit fault to an open-circuit fault by using a fuse in case of leg fault in 4 legs, and operates stably through phase shift control. In addition, considering the loss of the power semiconductor, the number of LEG operation is adjusted to operate at high efficiency in the full load region. In this paper, fault tolerant control and high efficiency operation algorithm of DC/DC converter for BESS in standalone DC micro grid is presented and it is proved through simulation and experiment.
Kim, Gwang-Seob;Lee, Kyo-Beum;Lee, Dong-Choon;Kim, Jang-Mok
Journal of Electrical Engineering and Technology
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제8권4호
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pp.752-759
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2013
This paper proposes a method for fault diagnosis and fault-tolerant control of DC-link voltage sensor for two-stage three-phase grid-connected PV inverters. Generally, the front-end DC-DC boost converter tracks the maximum power point (MPP) of PV array and the rear-end DC-AC inverter is used to generate a sinusoidal output current and keep the DC-link voltage constant. In this system, a sensor is essential for power conversion. A sensor fault is detected when there is an error between the sensed and estimated values, which are obtained from a DC-link voltage sensorless algorithm. Fault-tolerant control is achieved by using the estimated values. A deadbeat current controller is used to meet the dynamic characteristic of the proposed algorithm. The proposed algorithm is validated by simulation and experiment results.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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