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.
An improved principal component analysis (PCA) method is applied for sensor fault detection and isolation (FDI) in a nuclear power plant (NPP) in this paper. Data pre-processing and false alarm reducing methods are combined with general PCA method to improve the model performance in practice. In data pre-processing, singular points and random fluctuations in the original data are eliminated with various techniques respectively. In fault detecting, a statistics-based method is proposed to reduce the false alarms of $T^2$ and Q statistics. Finally, the effects of the proposed data pre-processing and false alarm reducing techniques are evaluated with sensor measurements from a real NPP. They are proved to be greatly beneficial to the improvement on the reliability and stability of PCA model. Meanwhile various sensor faults are imposed to normal measurements to test the FDI ability of the PCA model. Simulation results show that the proposed PCA model presents favorable performance on the FDI of sensors no matter with major or small failures.
In this paper, a redundancy management system for aircraft is studied, and FDI (Fault Detection and Isolation) algorithm of inertial sensor system is proposed. UAV system cannot allow triple or quadruple hardware redundancy due to the limitations on space and weight. In the UAV system with dual sensors, it is very difficult to identify the faulty sensor. Also, conventional FDI method cannot isolate multiple faults in a triple redundancy system. In this paper, hardware based FDI technique is proposed, which combines a parity equation approach with the wavelet based technique, which is a model-free FDI method. To verify the effectiveness of the proposed FDI method, numerical simulations are performed.
A model based SOC estimation scheme using parameter identification is described and applied to a Lithium-ion battery module that can be installed in electric vehicles. Simulation studies are performed to verify the effect of sensor faults on the SOC estimation results for terminal voltage sensor and load current sensor. The sensor faults should be detected and isolated as soon as possible because the SOC estimation error due to any sensor fault seriously affects the overall performance of the BMS. A new fault detection and isolation(FDI) scheme by which the fault of terminal voltage sensor and load current sensor can be detected and isolated is proposed to improve the reliability of the BMS. The proposed FDI scheme utilizes the parameter estimation of an input-output model and two fuzzy predictors for residual generation; one for terminal voltage and the other for load current. Recently developed dual polarization(DP) model is taken to develope and evaluate the performance of the proposed FDI scheme. Simulation results show the practical feasibility of the proposed FDI scheme.
Yu, Yong;Wang, Ziyuan;Xu, Dianguo;Zhou, Tao;Xu, Rong
Journal of Power Electronics
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제14권5호
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pp.967-979
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2014
This paper focuses on speed and current sensor fault detection and isolation (FDI) for induction motor (IM) drives. A new, accurate and high-efficiency FDI approach is proposed so that a system can continue operating with good performance even in the presence of speed sensor faults, current sensor faults or both. The proposed three paralleled adaptive observers are capable of current sensor fault detection and localization. By using observers, the rotor flux and rotor speed can be estimated which allows the system to run under the speed sensorless vector control mode when a speed sensor fault occurs. In order to detect speed sensor faults, a threshold-based scheme is proposed. To verify the feasibility and effectiveness of the proposed FDI strategy, experiments are carried out under different conditions based on a dSPACE DS1104 induction motor drive platform.
2자유도 관성센서는 두 입력축이 기계적으로 연관되어 있기 때문에 해당하는 관성센서의 두 입력축에 동시에 고장이 발생할 확률이 매우 높다. 따라서 하드웨어 여분만으로 고장검출 및 분리를 수행하기 위해서는 최소한 4개의 관성센서를 사용하여야 한다. 2자유도 관성센서를 3개 중첩해서 사용하는 경우 기존의 하드웨어 여분기법으로는 고장검출은 가능하나 고장분리가 불가능하다. 본 논문에서는 이러한 문제점을 개선하기 위해서 비선형 필터인 Unscented Kalman Filter를 이용하여 얻은 정보를 해석적 여분으로 활용하여, 하드웨어 여분과 해석적 여분을 동시에 고려한 복합 고장검출기법을 제안하였다. 제안한 복합 고장검출기법의 성능을 검증하기 위해서 비선형 항공기 수치 시뮬레이션을 수행하였다.
Inertial navigation system with hardware redundancy must use FDI(Fault Detection and Isolation) method to remove the influence of faulty sensors. Until now, several FDI methods such as PSA(Parity Space Approach), GLT(Generalized Likelihood ratio Test) and OPT(Optimal Parity vector Test) method are generally used. However, because these FDI methods only consider the situation that the system has one faulty sensor, these methods cannot be directly adapted for the system with two faulty sensors. To solve this problem, in this paper, PSA method is analyzed and based on this result, new FDI method called EPSA is proposed to consider a detection and an isolation of two faulty sensors in inertial navigation system.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제7권1호
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pp.73-83
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2006
In this paper, a redundancy management system for aircraft is studied, and fault detection and isolation algorithms of inertial sensor system are proposed. Contrary to the conventional aircraft systems, UAV system cannot allow triple or quadruple hardware redundancy due to the limitations on space and weight. In the UAV system with dual sensors, it is very difficult to identify the faulty sensor. Also, conventional fault detection and isolation (FDI) method cannot isolate multiple faults in a triple redundancy system. In this paper, two FDI techniques are proposed. First, hardware based FDI technique is proposed, which combines a parity equation approach with a wavelet based technique. Second, analytic FDI technique based on the Kalman filter is proposed, which is a model-based FDI method utilizing the threshold value and the confirmation time. To provide the reference value for detecting the fault, residuals are calculated using the extended Kalman filter. To verify the effectiveness of the proposed FDI methods, numerical simulations are performed.
This paper presents a modified adaptive fading EKF (AFEKF) for sensor fault detection and isolation in the satellite. Also, the fault detection and isolation (FDI) scheme is developed in three phases. In the first phase, the AFEKF is modified to increase sensor fault detection performance. The sensor fault detection and sensor selection method are proposed. In the second phase, the IMM filer with scalar penalty is designed to detect wherever actuator faults occur. In the third phase of the FDI scheme, the sub-IMM filter is designed to identify the fault type which is either the total or partial fault. An important feature of the proposed FDI scheme can decrease the number of filters for detecting sensor fault. Also, the proposed scheme can classify fault detection and isolation as well as fault type identification.
모델기반 FDI 과정에서 모델오차와 센서잡음은 피할 수 없으므로 견실성은 모델기반 FDI에서 매우 중요하다. 본 연구에서는 이러한 선형모델 오차 및 신호잡음으로 인하여 고장진단 과정에서 발생하는 결함판단 오류들을 비선형 NARX (Nonlinear Auto Regressive eXogenous) 모델과 칼만추정기를 적용하여 개선하는 방법을 제안하였다. 최종 고장판단은 퍼지로직을 이용하여 발생하는 오차의 추이에 대한 확률로 결정하여 순간적인 신호잡음에 강인하도록 설계하였다. 시뮬레이션을 통하여 운용 환경조건에서 엔진제어기의 고장허용에 따른 성능을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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