The main contribution of this work is the design of a field programmable gate array (FPGA) based ARX-Laguerre proportional-integral observation (PIO) system for fault detection and identification (FDI) in a multi-input, multi-output (MIMO) nonlinear uncertain dynamical robot manipulators. An ARX-Laguerre method was used in this study to dynamic modeling the robot manipulator in the presence of uncertainty and disturbance. To address the challenges of robustness, fault detection, isolation, and estimation the proposed FPGA-based PI observer was applied to the ARX-Laguerre robot model. The effectiveness and accuracy of FPGA based ARX-Laguerre PIO was tested by first three degrees of the freedom PUMA robot manipulator, yielding 6.3%, 10.73%, and 4.23%, average performance improvement for three types of faults (e.g., actuator fault, sensor faults, and composite fault), respectively.
This paper describes the performance of a full-authority neural network-based fault tolerant system within a flight control system. This fault tolerant flight control system integrates sensor and actuator failure detection, identification, and accommodation (SFDIA and AFDIA), The first task is achieved by incorporating a main neural network (MNN) and a set of n decentralized neural networks (DNNs) to create a system for achieving fault tolerant capabilities for a system with n sensors assumed to be without physical redundancy The second scheme implements the same main neural network integrated with three neural network controllers (NNCs). The function of NNCs is to regain equilibrium and to compensate for the pitching, rolling. and yawing moments induced by the failure. Particular emphasis is placed in this study toward achieving an efficient integration between SFDIA and AFDIA without degradation of performance in terms of false alarm rates and incorrect failure identification. The results of the simulation with different actuator and sensor failures are presented and discussed.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.11
no.2
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pp.89-95
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2003
We consider a problem of application of analytical redundancy to engine synchronization process of spark ignition engines, which is critical to timing for every ECU process including ignition and injection. The engine synchronization process we consider here is performed using the pulse signal obtained by the revolution of crankshaft trigger wheel (CTW) coupled to crank shaft. We propose a discrete-time linear model for the signal, for which we construct FDI (Fault Detection & Isolation) system consisting residual generator and threshold based on linear observer.
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.1
no.1
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pp.82-91
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1998
This paper presents a neural networks based approach for the problem of sensor failure detection and accommodation for ship without physical redundancy in the sensors. The designed model consists of two neural networks. The first neural network is responsible for the failure detection and the second neural network is responsible for the failure identification and accommodation. On the yaw rate sensor of ship, simulation results indicates that the proposed method can be useful as failure detector and sensor estimator.
In this paper, we propose a new framework for anomaly detection in medical wireless sensor networks, which are used for remote monitoring of patient vital signs. The proposed framework performs sequential data analysis on a mini gateway used as a base station to detect abnormal changes and to cope with unreliable measurements in collected data without prior knowledge of anomalous events or normal data patterns. The proposed approach is based on the Mahalanobis distance for spatial analysis, and a kernel density estimator for the identification of abnormal temporal patterns. Our main objective is to distinguish between faulty measurements and clinical emergencies in order to reduce false alarms triggered by faulty measurements or ill-behaved sensors. Our experimental results on both real and synthetic medical datasets show that the proposed approach can achieve good detection accuracy with a low false alarm rate (less than 5.5%).
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.16
no.2
s.95
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pp.211-217
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1999
감지기의 고장 발견, 확인, 보완은 복잡한 항공 시스템의 중요한 문제로 부각되어 왔으며, 그동안 칼만 필터를 이용한 기존 추정기술 혹은 온라인 학습 인공지능 알고리듬 등이 이 같은 문제를 해결하기 위해 제시되어 왔다. 본 연구에서는 여분의 감지기가 없는 항공제어계에 대해 온라인 학습 신경망을 이용한 감지기의 고장 발견, 확인, 그리고 보완에 관해 초점을 둔다. 이 내고장성 항공제어계는 주 신경조직망과 n개의 국소 신경조직망으로 이루어지는데, 포괄적인 감지기의 고장을 발견하는 능력을 가진다. 어떤 경우에서는 기존의 감지기 고장 발견 방법의 성능을 향상시키기 위해 수정된 감지방법이 소개되고 그 보완된 감지방법을 이용하여 기존의 방법과 성능비교가 이루어졌다.
Kim, H;Jhonson, R.;Zalewski, D.;Qu, Z.;Durrance, S.T.;Ham, C.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.2
no.2
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pp.81-89
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2001
Space systems are operating in a changing and uncertain space environment and are desired to have autonomous capability for long periods of time without frequent telecommunications from the ground station At the same time. requirements for new set of projects/systems calling for ""autonomous"" operations for long unattended periods of time are emerging. Since, by the nature of space systems, it is desired that they perform their mission flawlessly and also it is of extreme importance to have fault-tolerant sensor/actuator sub-systems for the purpose of validating science measurement data for the mission success. Technology innovations attendant on autonomous data validation and health monitoring are articulated for a growing class of autonomous operations of space systems. The greatest need is on focus research effort to the development of a new class of fault-tolerant space systems such as attitude actuators and sensors as well as validation of measurement data from scientific instruments. The characterization for the next step in evolving the existing control processes to an autonomous posture is to embed intelligence into actively control. modify parameters and select sensor/actuator subsystems based on statistical parameters of the measurement errors in real-time. This research focuses on the identification/demonstration of critical technology innovations that will be applied to Autonomous Spacecraft Health Monitoring/Data Validation Control Systems (ASHMDVCS). Systems (ASHMDVCS).
A method for the non-destructive detection of damage using parameterized partial differential equations and Galerkin approximation techniques is presented. This method provides the theoretical and experimental verification of a nondestructive time domain approach to examine structural damage in smart structure. The time histories of the vibration response of structure were used to identify the presence of damage. Damage in a structure causes changes in the physical coefficients of mass density, elastic modulus and damping coefficient. This paper examines the beam-like structures with PVDF sensor and PZT actuator to perform identification of those physical parameters and to detect the...
Shajihan, Shaik Althaf V.;Wang, Shuo;Zhai, Guanghao;Spencer, Billie F. Jr.
Smart Structures and Systems
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v.29
no.1
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pp.181-193
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2022
Data-driven structural health monitoring (SHM) of civil infrastructure can be used to continuously assess the state of a structure, allowing preemptive safety measures to be carried out. Long-term monitoring of large-scale civil infrastructure often involves data-collection using a network of numerous sensors of various types. Malfunctioning sensors in the network are common, which can disrupt the condition assessment and even lead to false-negative indications of damage. The overwhelming size of the data collected renders manual approaches to ensure data quality intractable. The task of detecting and classifying an anomaly in the raw data is non-trivial. We propose an approach to automate this task, improving upon the previously developed technique of image-based pre-processing on one-dimensional (1D) data by enriching the features of the neural network input data with multiple channels. In particular, feature engineering is employed to convert the measured time histories into a 3-channel image comprised of (i) the time history, (ii) the spectrogram, and (iii) the probability density function representation of the signal. To demonstrate this approach, a CNN model is designed and trained on a dataset consisting of acceleration records of sensors installed on a long-span bridge, with the goal of fault detection and classification. The effect of imbalance in anomaly patterns observed is studied to better account for unseen test cases. The proposed framework achieves high overall accuracy and recall even when tested on an unseen dataset that is much larger than the samples used for training, offering a viable solution for implementation on full-scale structures where limited labeled-training data is available.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.20
no.4
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pp.92-102
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2003
To detect electrical faults of a TFT (Thin Film Transistor) panel for the LCD (Liquid Crystal Display), techniques of converting electric field to an image are used One of them is the PDLC (polymer-dispersed liquid crystal) modulator which changes light transmittance under electric field. The advantage of PDLC modulator in the electric field detection is that it can be used without physically contacting the TFT panel surface. Specific pattern signals are applied to the data and gate electrodes of the panel to charge the pixel electrodes and the image sensor detects the change of transmittance of PDLC positioned in proximity distance above the pixel electrodes. The image represents the status of electric field reflected on the PDLC so that the characteristic of the PDLC itself plays an important role to accurately quantify the defects of TFT panel. In this paper, the image of the PDLC modulator caused by the change of electric field of the pixel electrodes on the TFT panel is acquired and how the characteristics of PDLC reflect the change of electric field to the image is analyzed. When the holding time of PDLC is short, better contrast of electric field image can be obtained by changing the instance of applying the driving voltage to the PDLC.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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