Observer-based fault detection in dynamical systems - part I

• Autorzy: Twardy M. , Kaczorek T.

Warianty tytułu

PL

Wykrywanie uszkodzeń w układach dynamicznych przy użyciu obserwatorów - część I

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper is the first part of a survey of observer based fault detection and isolation (FDI) methods. Considerable part of the material is standard control theory, especially observers theory. It is presented for future reference. The paper briefly covers the basic ideas and concepts underlying much of the model-based FDI. A general introduction to FDI is given. General idea of model based FDI methods is presented. The issue of FDI robustness is mentioned and a short historical background of FDI is given. The basic concepts of observers, the observability and detectability of LTI systems, Luenberger observer and unknown input observer (UIO), are considered. Some selected results from the theory of UIOs and design procedure for UIO are presented. Finally, a short introduction to singular systems is given and observers for these systems are considered. Further results concerning observer-based FDI will be presented in the next paper.

PL

Artykuł jest pierwszą częścią przeglądowej pracy na temat użycia obserwatorów do wykrywania i izolacji uszkodzeń (ang. FDI). Część materiału stanowią znane wyniki z teorii sterowania, zwłaszcza z teorii obserwatorów, na które powołujemy sie w dalszej części pracy. Artykuł zwięźle prezentuje podstawowe idee i pojęcia opartych na modelu metod wykrywania i izolacji uszkodzeń. Zawiera ogólne wprowadzenie do FDI. Zaprezentowano ogólną ideę metod FDI opartych na modelu. Poruszono również kwestię odporności metod FDI jak również zamieszczono krótki rys historyczny rozwoju tych metod. Rozpatrzono podstawowe pojęcia dotyczące obserwatorów, obserwowalności i wykrywalności liniowych układów stacjonarnych, obserwator Luenbergera oraz obserwatory o nieznanym wejściu. Podano również zwięzłe wprowadzenie w tematykę układów syngularnych obserwatorów dla tych układów. Dalsze wyniki dotyczące opartych na modelu metod wykrywania i izolacji uszkodzeń będą zaprezentowane w części drugiej tej pracy.

Słowa kluczowe

EN

fault detection; dynamic systems; observers

PL

wykrywanie uszkodzeń; układy dynamiczne; obserwatory

• Wydawca: Wydawnictwo PAK
• Czasopismo: Pomiary Automatyka Kontrola
• Rocznik: 2004
• Tom: R. 50, nr 7-8
• Strony: 5--11
• Opis fizyczny: Bibliogr. 30 poz., rys., wzory

Twórcy

autor

Twardy M.

• Wydział Elektryczny, Politechnika Warszawska

autor

Kaczorek T.

• Wydział Elektryczny, Politechnika Warszawska

Bibliografia

• [1] J. Chen. Robust residual generation for model-based fault diagnosis of dynamic systems. PhD thesis, Universisty of York, York, UK, 1995.
• [2] J. Chen and R. J. Patton. Robust model-based fault diagnosis for dynamic systems, Kluwer Academic Publishers, 1999.
• [3] E. Y. Chow and A. S. Willsky. Issues in the development of a general algorithm for reliable failure detection. In Proceedings of the 19th IEEE Conference on Decision and Control, Albuquerque, NM., 1980.
• [4] E. Y. Chow and A. S. Willsky, Analytical redundancy and the design of robust detection systems. IEEE Transactions on Automatic Control. AC-29(7):603-614, 1984.
• [5] R. N. Clark. Instrument fault detection. IEEE Trans. Aero. & Electron. Syst., AES-14:456-465, 1978.
• [6] R. N. Clark. A simplied instrument fuilurc detection scheme, IEEE Trans. Aero. & Electron. Syst., AES-14:558-563, 1978.
• [7] R. N. Clark. The dedicated observer approach to instrument failure detection. In Proceedings of the 18th IEEE Conference on Decision and Control, pages 237-241, Fort Lauderdale, Fla., 1979.
• [8] R. N. Clark, D. C. Fosth and V. M. Walton. Detecting instrument malfunctions in control systems. IEEE Trans. Aero. & Electron. Syst., AES-11:465-473, 1975.
• [9] L. Dai. Observers for discrete singular systems. IEEE Transactions on Automatic Control. AC- 33(2): 187-191, 1988.
• [10] L. Dai. Singular control systems, Springer-Verlag. Berlin, Germany, 1989.
• [11] Q, E. Dullcrud and F. Paganini, A course in robust control theory: a convex approach. Springer-Verlag. New York, 2000.
• [12] P. M. Frank. Fault diagnosis in dynamic system via state estimation - a survey. In S. Tzafesla, Singh, editor, System Fault Diagnostic, Reliability & Related Knowledge-based Approaches, volume1, pages 35-98, Dordrecht, 1987, D. Reidel Press.
• [13] P. M. Frank. Enhancement of robustness in observer-based laull detection. In Preprints of IFAC/IMACS Sympo. SAFEPROCESS'91, volume 1, pages 275-287, Baden-Baden, 1991.
• [14] P. M. Frank and L. Keller. Sensitivity discriminating observer design for instrument failure detection. IEEE Trans. Aero. & Electron, Syst., AES-16:460-467. 1981.
• [15] J. J.Gertler. Survey of model-based failure detection and isolation in complex plants. Control Systems Magazine, 8(6):3-11, 1988.
• [16] M. Hou and P. C. Mueller. Design of observers for linear systems with unknown inputs. IEEE Transactions on Automatic Control, AC-37(6):871-875, 1992.
• [17] T. Kaczorek. Linear control systems. Research Studies Press and J. Wiley, New York, 1992.
• [18] T. Kaczorek. Teoria sterowania i systemów. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 1999, (in Polish).
• [19] T. Kaczorek. Reduced-order and standard observers for singular continuous-time linear systems. Machine Intelligence & Robotic Control, 2(3):93-98, 2000.
• [20] J. Korbicz. Observatory stanu w układach diagnostyki procesów. In XIV Krajowa Konferencja Automatyki, Zielona Góra, 2002, (in Polish).
• [21] J. Korbicz, J. M. Kościelny, Z. Kowalczuk, and W. Cholewa Diagnostyka procesów. WNT, Warszawa, 2002, (in Polish).
• [22] J. Korbicz, K. Patan and A. Obuchowicz. Neural network fault detection systems for dynamic processes. Bulletin of the Polish Academy of Sciences, Technical Sciences, 49(2):301-321, 2001.
• [23] J. M. Kościelny. Diagnostyka zautomatyzowanych procesów przemysłowych. Exit, Warszawa, 2000, (in Polish).
• [24] R. J. Miller and R. Mukundan. On designing reduced-order observers for linear lime-invariant systems subject to unknown inputs. International Journal of Control, 35(1):183-188, 1982.
• [25] R. J. Palton and J. Chen. A re-examination of the relationship between parity space and observer-based approaches in fault diagnosis. European J. of Diagnosis and Safety in Automation. 1(2): 183-200, 1991.
• [26] R. J Patlon and J. Chen. Observer-based fault detection and isolation: robustness and applications. Control Engineering Practice, 5(5):671-682, 1997.
• [27] R. J. Patton, S. W. Willcox and S. J. Winter. A parameter insensitive technique for aircraft sensor fault analysis. In Proc. of the AIAA Conf. on Guidance, Navigations Control, Williamsburg, Va., 1986.
• [28] S. H. Wang, E. L. Davison and P. Dorato. Observing the stales of systems with unmeasureable disturbance. IEEE Transactions on Automatic Control, AC-20:716-717, 1975.
• [29] K. Walanabe and D. M. Himmelblau. Instrument fault detection in systems with uncertainiics. lnt J. Sys. Sci., 13(2): 137-158, 1982.
• [30] P. Yang and W. W. Richard. Observers for linear systems wilh unknown inpuls. IEEE Transactions on Automatic Control, AC-33(7):677-681, 1988.