Robust fault-tolerant control for a multi-tank system

• Autorzy: Buciakowski M. , Witczak M. , Luzar M.

Warianty tytułu

PL

Odporne sterowanie tolerujące uszkodzenia układem wielu zbiorników

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper deals with the problem of robust fault-tolerant control for non-linear discrete-time systems. The main part of this paper describes sensor a fault diagnosis scheme using virtual sensors, which recover the measurement of the fault sensor based on the fault-free ones. The virtual sensor is designed in such a way that a prescribed attenuation level is achieved with respect to the fault estimation error while guaranteeing the convergence of the robust observer underlying the virtual sensor. The subsequent part of the paper deals with the design of robust controller as well as the proposed fault-tolerant control scheme. The final part of the paper shows the experimental results regarding the multi-tank system, which confirm the effectiveness of proposed approach.

PL

Artykuł przedstawia problem odpornego sterowania tolerującego uszkodzenia układem nieliniowym w czasie dyskretnym. Głowna część artykułu opisuję diagnostykę czujników pomiarowych z wykorzystaniem wirtualnych czujników. Wirtualny czujnik został zaprojektowany w taki sposób, aby dla określonego poziomu tłumienia zakłóceń uzyskać możliwie mały błąd estymacji stanu oraz zapewnić dobra zbieżność obserwatora, na którym bazuje wirtualny czujnik. Kolejna część artykułu opisuję metodę projektowania odpornego regulatora oraz proponowaną metodę detekcji uszkodzeń. W końcowej części artykułu przedstawiono wyniki eksperymentalne dotyczące układu wielu zbiorników. Zastosowany układ wielu zbiorników charakteryzuję się nieliniowością, przez co może zostać wykorzystany do weryfikacji przedstawionych w artykule techniki sterowania tolerującego uszkodzenia. Przedstawione wyniki potwierdzają skuteczność proponowanego podejścia bazującego na detekcji uszkodzeń czujników pomiarowych z wykorzystaniem wirtualnych czujników pomiarowych. Wyniki obrazują działanie układu w przypadku wystąpienia uszkodzenia przy braku sterowania tolerującego uszkodzenia oraz działanie układu w przypadku zastosowania sterowania tolerującego uszkodzenia.

Słowa kluczowe

EN

fault diagnosis; fault identification; robust estimation; nonlinear systems; virtual sensor

PL

diagnostyka błędu; identyfikacja uszkodzenia; estymacja odporna; systemy nieliniowe; czujnik wirtualny

• Wydawca: Wydawnictwo PAK
• Czasopismo: Pomiary Automatyka Kontrola
• Rocznik: 2014
• Tom: R. 60, nr 1
• Strony: 39--44
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys., schem., wykr., wzory

Twórcy

autor

Buciakowski M.

• Uniwersytet Zielonogórski, Instytut Sterowania i Systemów Informatycznych, Licealna 9, 65-417 Zielona Góra

autor

Witczak M.

• Uniwersytet Zielonogórski, Instytut Sterowania i Systemów Informatycznych, Licealna 9, 65-417 Zielona Góra

autor

Luzar M.

• Uniwersytet Zielonogórski, Instytut Sterowania i Systemów Informatycznych, Licealna 9, 65-417 Zielona Góra

Bibliografia

• [1] De Oca S. and Puig V. and Witczak M. and Dziekan Ł.: Fault-tolerant control strategy for actuator faults using LPV techniques: application to a two degree of freedom helicopter. International Journal of Applied Mathematics and Computer Science, 22(1):161–171, 2012.
• [2] De Oliveira M. C. and Bernussou J. and Geromel J. C.: A new discrete-time robust stability condition. Systems and Control Letters, 37(4):261–265, 1999.
• [3] Gillijns S. and De Moor B.: Unbiased minimum-variance input and state estimation for linear discrete-time systems. Automatica, 43:111–116, 2007.
• [4] INTECO. Multitank System - User's manual. 2013.
• [5] Korbicz J. and Kościelny J. M. and Kowalczuk Z.: Fault Diagnosis, Models, Artificial Intelligence, Applications. Springer-Verlag, Berlin, 2004.
• [6] Li H. and Fu M. A linear matrix inequality approach to robust H∞ filtering. IEEE Trans. Signal Processing, 45(9):2338–2350, 1997.
• [7] Luzar M. and Czajkowski A. and Witczak M. and Mrugalski M.: Actuators ans sensors fault diagnosis with dynamic, state-space neural networks. Methods and Models in Automation and Robotics - MMAR 2012: Proceedings of the 17th IEEE International Conference.
• [8] Mrugalski M.: An unscented Kalman filter in designing dynamic GMDH neural networks for robust fault detection. International Journal of Applied Mathematics and Computer Science, 23(1):157–169, 2013.
• [9] Nobrega E. G. and Abdalla M. O. and Grigoriadis K. M.: Robust fault estimation of unceratain systems using an LMI-based approach. International Journal of Robust and Nonlinear Control, 18(7):1657–1680, 2008.
• [10] Noura H. and Theilliol D. and Ponsart J. and Chamseddine A.: Fault-tolerant Control Systems: Design and Practical Applications, Springer-Verlag, Berlin, 2003.
• [11] Puig, V.: Fault diagnosis and fault tolerant control using set-membership approaches: Application to real case studies. International Journal of Applied Mathematics and Computer Science, 20(4):619–635, 2010.
• [12] Witczak M.: Modelling and Estimation Strategies for Fault Diagnosis of Non-linear Systems, Springer-Verlag, Berlin, 2007.
• [13] Witczak M. and Pretki P.: Design of an extended unknown input observer with stochastic robustness techniques and evolutionary algorithms. International Journal of Control, 80(5):749–762, 2007.
• [14] Zemouche A. and Boutayeb M.: Observer design for Lipschitz non-linear systems: the discrete time case. IEEE Trans. Circuits and Systems - II:Express Briefs, 53(8):777–781, 2006.
• [15] Zemouche A. and Boutayeb M. and Iulia Bara G.: Observer for a class of Lipschitz systems with extension to H∞ performance analysis. Systems and Control Letters, 57(1):18–27, 2008.