In this paper, we propose a fault detection method for extended Kalman filter in decentralized filter structure. To detect a fault, a consistency between filter output and a monitoring signal is tested. State propagators are used to obtain the monitoring signal. However, the output of state propagator increases in magnitude and finally diverges as time runs. To solve such problem, two-propagator method was proposed for linear system. Two propagators are reset by Kalman filter output, alternatively, to avoid divergence. But a test statistics change abruptly at the reset instant in that method. Hence a N-step propagator method is proposed to fix up the problem. In the N-step propagator, only time propagations are performed from k-N+1 step to k step without measurement updates. A test statistics are defined by errors and its covariance between extended Kalman filter and N-step propagator. These fault detection methods are applied to integrated strapdown inertial navigation system (SDINS). By computer simulation, it is shown that the proposed methods detect a fault effectively.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.14
no.10
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pp.983-990
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2008
This paper presents the fault detection and diagnosis(FDD) algorithm to enhance reliability of a longitudinal controller for an autonomous All-Terrain Vehicle(ATV). The FDD is designed to monitor and identify faults which may occur in distributed hardware used for longitudinal control, e.g., DSPs, CAN, sensors, and actuators. The proposed FDD is an integrated approach of decentralized and centralized FDD. While the former is processed in a DSP and suitable to detect faults in a single hardware, it is sensitive to noise and disturbance. On the other hand, the latter is performed via communication and it detects and diagnoses faults through analyzing concurrent performances of multiple hardware modules, but it is limited to isolate faults specifically in terms of components in the single hardware. To compensate for disadvantages of each FDD approach, two layered structure including both decentralized and centralized FDD is proposed and it allows us to make more robust fault detection and more specific fault isolation. The effectiveness of the proposed method will be validated experimentally.
Fast and accurate fault diagnosis of the position sensor is of great significance to ensure the reliability as well as sensor fault tolerant operation of the Switched Reluctance Wind Generator (SRWG). This paper presents a fault diagnostic scheme for a SRWG based on the residual between the estimated rotor position and the actual output of the position sensor. Extreme Learning Machine (ELM), which could build a nonlinear mapping among flux linkage, current and rotor position, is utilized to design an assembled estimator for the rotor position detection. The data for building the ELM based assembled position estimator is derived from the magnetization curves which are obtained from Finite Element Analysis (FEA) of an SRWG with the structure of 8 stator poles and 6 rotor poles. The effectiveness and accuracy of the proposed fault diagnosis method are verified by simulation at various operating conditions. The results provide a feasible theoretical and technical basis for the effective condition monitoring and predictive maintenance of SRWG.
Paek, Sung-Kuk;Park, Byeong-Cheol;Noh, Myoung-Gyu D.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.32
no.3
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pp.232-239
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2008
The position sensors used in a magnetic bearing system are desirable to provide some degree of fault-tolerance as the rotor position is necessary for the feedback control to overcome the open-loop instability. In this paper, we propose an inductive position sensor that can cope with a partial fault in the sensor. The sensor has multiple poles which can be combined to sense the in-plane motion of the rotor. When a high-frequency voltage signal drives each pole of the sensor, the resulting current in the sensor coil contains information regarding the rotor position. The signal processing circuit of the sensor extracts this position information. In this paper, we used the magnetic circuit model of the sensor that shows the analytical relationship between the sensor output and the rotor motion. The multi-polar structure of the sensor makes it possible to introduce redundancy which can be exploited for fault-tolerant operation. The proposed sensor is applied to a magnetically levitated turbo-molecular vacuum pump. Experimental results validate the fault-tolerance algorithm.
Lineament is defined generally as a linear feature or pattern on interpretation of a satellite image and indicates the geological structures such as faults and fractures. For this reason, a lineament extraction and analysis using remote sensing images have been widely used for mapping large areas. The Gyeong-gang Fault is a NNE trending structure located in Gangwon-do and Kyeonggi-do district. However, a few geological researches on that fault have been carried out and its trace or continuity is ambiguous. In this study, we investigate the geologic features at Gyeong-gang Fault Zone using LANDSAT ETM+ satellite image and SRTM digital elevation model. In order to extract the characteristics of geologic features effectively, we transform the LANDSAT ETM+ image using Principal Component Analysis (PCA) and create a shade relief from SRTM data with various illumination angles. The results show that it is possible to identify the dimensions and orientations of the geologic features at Gyeong-gang Fault Zone using remote sensing data. An aerial photograph interpretation and a field work will be future tasks for more accurate analysis in this area.
Jannati, Mohammad;Idris, Nik Rumzi Nik;Aziz, Mohd Junaidi Abdul
Journal of Power Electronics
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v.16
no.3
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pp.982-993
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2016
A method for the fault-tolerant vector control of star-connected 3-phase Induction Motor (IM) drive systems based on Field-Oriented Control (FOC) is proposed in this paper. This method enables the control of a 3-phase IM in the presence of an open-phase failure in one of its phases without the need for control structure changes to the conventional FOC algorithm. The proposed drive system significantly reduces the speed and torque pulsations caused by an open-phase fault in the stator windings. The performance of the proposed method was verified using MATLAB (M-File) simulation as well experimental tests on a 1.5kW 3-phase IM drive system. This paper experimentally compares the operation of the proposed fault-tolerant vector controller and a conventional vector controller during open-phase fault.
Domizio, Martin N.;Ambrosini, Daniel;Curadelli, Oscar
Smart Structures and Systems
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v.24
no.4
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pp.447-457
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2019
The use of Tuned mass dampers (TMD) has proved to be effective in reducing the effects of vibrations caused by wind loads and far-field seismic action. However, its effectiveness in controlling the dynamic response of structures under near-fault earthquakes is still under discussion. In this case, the uncertainty about the TMD performance arises from the short significant duration of near-fault ground motions. In this work, the TMD effectiveness for increasing the safety margin against collapse of structures subjected to near-fault earthquakes is investigated. In order to evaluate the TMD performance in the proposed scenario, the nonlinear dynamic response of two reinforced concrete (RC) frames was analyzed. TMDs with different mass values were added to these structures, and a set of near-fault records with frequency content close to the fundamental frequency of the structure was employed. Through a series of nonlinear dynamic analysis, the minimum amplitude of each seismic record that causes the structural collapse was found. By comparing this value, called collapse acceleration, for the case of the structures with and without TMD, the benefit produced by the addition of the control device was established.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.27
no.3
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pp.139-145
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2023
It is essential to determine a proper earthquake time history as a seismic load in a seismic design for a critical structure. In the code, a seismic load should satisfy a design response spectrum and include the characteristic of a target fault. The characteristic of a fault can be represented by a definition of a type of possible earthquake time history shape that occurred in a target fault. In this paper, the pseudo-basis function is proposed to be used to construct a specific type of earthquake, including the characteristic of a target fault. The pseudo-basis function is derived from analyzing the earthquake time history of specific fault harmonic wavelet transform. To show the feasibility of this method, the proposed method was applied to the faults causing the Gyeong-Ju ML5.8 and Pohang ML5.3 earthquakes.
Probabilistic safety assessment (PSA) plays a critical role in ensuring the safe operation of nuclear power plants. In PSA, event trees are developed to identify accident sequences that could lead to core damage. These event trees are then transformed into a core-damage fault tree, wherein the accident sequences are represented by usual and complemented logic gates representing failed and successful operations of safety systems, respectively. The core damage frequency (CDF) is estimated by calculating the minimal cut sets (MCSs) of the core-damage fault tree. Delete-term approximation (DTA) is commonly employed to approximately solve MCSs representing accident sequence logics from noncoherent core-damage fault trees. However, DTA can lead to an overestimation of CDF, particularly when fault trees contain many nonrare events. To address this issue, the present study introduces a new zero-suppressed ternary decision diagram (ZTDD) algorithm that averts the CDF overestimation caused by DTA. This ZTDD algorithm can optionally calculate MCSs with DTA or prime implicants (PIs) without any approximation from the core-damage fault tree. By calculating PIs, accurate CDF can be calculated. The present study provides a comprehensive explanation of the ZTDD structure, formula of the ZTDD algorithm, ZTDD minimization, probability calculation from ZTDD, strength of the ZTDD algorithm, and ZTDD application results. Results reveal that the ZTDD algorithm is a powerful tool that can quickly and accurately calculate CDF and drastically improve the safety of nuclear power plants.
Detailed mapping along the Keumwang fault reveals a complex history of multiple brittle reactivations following late Jurassic and early Cretaceous ductile shearing. The fault core consists of a 10~50 m thick fault gouge layer bounded by a 30~100 m thick damaged zone. The Pre-cambrian gneiss and Jurassic granite underwent at least six distinct stages of fault movements based on deformation environment, time and mechanism. Each stage characterized by fault kinematics and dynamics at different deformation environment. Stage 1 generated mylonite series along the Keumwang shear zone by sinistral ductile shearing during late Jurassic and early Cretaceous. Stage 2 was a mostly brittle event generating cataclasite series superimposed on the mylonite series of the Keumwang shear zone. The roundness of pophyroclastes and the amount of matrix increase from host rocks to ultracataclasite indicating stronger cataclastic flow toward the fault core. At stage 3, fault gouge layer superimposed on the cataclasite generated during stage 2 and the sedimentary basins (Umsung and Pungam) formed along the fault by sinistral strike-slip movement. Fragments of older cataclasite suspended in the fault gouge suggest extensive reworking of fault rocks at brittle deformation environments. At stage 4, systematic en-echelon folds, joints and faults were formed in the sedimentary basins by sinistral strike-slip reactivation of the Keumwang fault. Most of the shearing is accommodated by slip along foliations and on discrete shear surfaces, while shear deformation tends to be relatively uniformly distributed within the fault damage zone developed in the mudrocks in the sedimentary basins. Fine-grained andesitic rocks intruded during stage 4. Stage 5 dextral strike-slip activity produced shear planes and bands in the andesitic rocks. ESR(Electron Spin Resonance) dates of fault gouge show temporal clustering within active period and migrating along the strike of the Keumwang fault during the stage 6 at the Quaternary period.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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