Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.17
no.11
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pp.1117-1124
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2011
An integrated fault detection and isolation method is proposed in this paper. The main objective of this paper is development fault detection, isolation and diagnosis algorithm based on the DKF (Decentralized Kalman Filter) and the bank of IMM (Interacting Multiple Model) filters using penalty scalar for both partial and total faults and the outlier detection algorithm for preventing false alarm also included. The proposed FDI (Fault Detection and Isolation) scheme is developed in four phases. In the first phase, the outlier detection filter is designed to prevent false alarm as a pre-filter. In the second phases, two local filters and master filter are designed to detect sensor faults. In the third phases, the proposed FDI scheme checks sensor residual to isolate sensor faults and 11 EKFs actuator fault models are designed to detect wherever actuator faults occur. In the last phases, four filters are designed to identify the fault type which is either the total fault or partial fault. The developed scheme can deal with not only sensor and actuator faults, but also preventing false alarm. An important feature of the proposed FDI scheme can decreases fault isolation time and figure out not only fault detection and isolation but also fault type identification. To verify the proposed FDI algorithm performance, the Simulator is also developed under the Matlab/Simulink environment.
Kim, Eung Ju;Kim, Yong Hun;Choi, Min Jun;Song, Jin Woo
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.67
no.12
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pp.1648-1656
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2018
The configuration of redundant inertial sensors are very important when considering navigation performance and fault detection and isolation (FDI) performance. By constructing a redundant sensor system using multiple inertial sensors, it is possible to improve the navigation performance and fault detection and isolation performance, which are highly related to the sensor configuration and allocation. In order to deploy multiple MEMS inertial measurement units effectively, a configuration and allocation methods considering navigation performance, fault detection and isolation performance, and lever arm effect in one plane are presented, and the performance is analyzed through simulation in this research. From the results, it is confirmed that the proposed configuration and allocation method can improve navigation, FDI, and lever arm effect rejection performances more effectively by more than 70%.
Kim, Hyun Jin;Song, Jin Woo;Kang, Chul Woo;Park, Chan Gook
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.43
no.11
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pp.943-951
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2015
Inertial sensors are important components of navigation system whose performance and reliability can be improved by specific sensor arrangement configuration. For the reliability of the system, Fault Detection and Isolation (FDI) is conducted by comparing each signal of arranged sensors and many arrangement configuration were suggested to optimize FDI performance of the system. In this paper, multiple conic configuration is suggested with optimal navigation condition and its FDI performance is analyzed by established Figure Of Merit (FOM) under the condition for navigation optimality. From FOM comparison, the multiple conic configuration is superior to former one in point of FDI.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.17
no.10
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pp.960-966
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2011
In this paper, an $\mathfrak{H}$_/$\mathfrak{H}_{\infty}$ fault detection and isolation (FDI) observer design problem is investigated for discrete-time delayed systems. To that end, a bank consisting of the sensor's number of observers is introduced. Each residual should be sensitive to a certain partial group of faults, but robust against the disturbance as far as possible. We formulate this multiobjective FDI problem as $\mathfrak{H}$_/$\mathfrak{H}_{\infty}$ observers design problem. Sufficient design condition is expressed as iterative linear matrix inequalities. The fault is then detected and isolated by evaluating the residuals through an FDI decision logic. A computer simulation is provided for verification of the proposed technique.
This paper proposes a new FDI(Fault Detection and Isolation) method, which is called EPSA(Extended Parity Space Approach). This method is particularly suitable for fault detection and isolation of the system with one faulty sensor or two faulty sensors. In the system with two faulty sensors, the fault detection and isolation probability may be decreased when two faults are occurred between the sensors related to the large fault direction angle. Nonetheless, the previously suggested FDI methods to treat the two-faults problem do not consider the effect of the large fault direction angle. In order to solve this problem, this paper analyzes the effect of the large fault direction angle and proposes how to increase the fault detection and isolation probability. For the increase the detection probability, this paper additionally considers the fault type that is not detected because of the cancellation of the fault biases by the large fault direction angle. Also for the increase the isolation probability, this paper suggests the additional isolation procedure in case of two-faults. EPSA helps that the user can know the exact fault situation. The proposed FDI method is verified through Monte Carlo simulation.
We analyze the effect of main inertial sensor errors such as, misalignment, scale factor error and bias on the performance of modified sequential probability ratio test (SPRT) for sequential fault detection and isolation (FDI). The inertial sensor errors cause the modified SPRT method to give false alarm. We use a two-stage KF to obtain a modified parity vector with which the inertial sensor errors can be removed and thus modified SPRT method can be used regardless of inertial sensor errors.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.56
no.2
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pp.407-414
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2007
A sensor fault detection scheme(SFDS) for a class of nonlinear systems that can be represented by Takagi-Sugeno fuzzy model is proposed. Basically, the SFDS may be considered as a multiple observer scheme(MOS) in which the bank of state observers and the detection & isolation logic are included. However, the proposed scheme has two great differences from the conventional MOSs. First, the proposed scheme includes fuzzy fault detection observers(FFDO) that are constructed based on the T-S fuzzy model that provides very good approximation to nonlinear dynamic systems. Secondly, unlike the conventional MOS, the FFDOS are driven not parallelly but sequentially according to the predetermined sequence to avoid the massive computational burden, which is known to be the biggest obstacle to the practical application of the multiple observer based FDI schemes. During the operating time, each FFDO generates the residuals carrying the information of a specified fault, and the corresponding fault detection logic unit performs the logical operations to detect and isolate the fault of interest. The proposed scheme is applied to an inverted pendulum control system for sensor fault detection/isolation. Simulation study shows the practical feasibility of the proposed scheme.
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.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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1996.04a
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pp.363-367
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1996
The robustness issues in fault detection and isolation(FDI) have received considerable attenuation in recent years, due to the increasing demand for safe and reliable operation of uncertain and complex dynamic systems. The aim of this paper is to present the FDI method by using proportional integral(PI) observer and unknown input observer(UIO) under the faults of actuators and sensors. Due to this simple residual generator, the PI observer can easily detect the both faults of actuator and sensor. A simulation results show the effectiveness of this methods.
In this paper, we focus on the fault detection and isolation(FDI) method for inertial navigation system with three two-degree of freedom dynamically tuned gyros(DTG) on orthogonal sensor configuration. we propose the FDI method which can detect the fault of each DTGs rather than the fault of each sensing axis. The proposed FDI method is separated into two FDI modules according to the fault magnitude in order to improve the reliability of fault detection information. For large fault detection, only instantaneous DTG measurement is used to detect a fault DTG within a short time. For small fault detection, the integrated value of DTG measurements are used to detect a fault DTG. It takes a more time to detect a fault but it serves more reliable fault detection information. Using the proposed FDI method with consideration of DTG fault characteristic, we could find out a fault DTG successfully.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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