Mathematical methods for verification of microprocessor-based PID controllers for improving their reliability

• Autorzy: Skruch P. , Długosz M. , Mitkowski W.

Warianty tytułu

PL

Matematyczne metody testowania mikroprocesorowych regulatorów PID umożliwiające zwiększenie ich niezawodności

• Języki publikacji: EN PL

Abstrakty

EN

Proportional-Integral-Derivative (PID) control is the most common control algorithm used in industry. The extensive use of electronics and software has resulted in the situation where the digital PID controller using a microprocessor as well as its software implementation replaces existing pneumatic, mechanical and electromechanical solutions. The reliability of the software system is assured by detection and removal of errors that can lead to failures. The paper presents mathematical methods for verification and testing of microprocessor-based PID controllers that can be used to increase the reliability of the system. The presented methodology explores the concept of testing with a model as an oracle.

PL

Regulator PID (regulator proporcjonalno-całkująco-różniczkujący) jest najbardziej rozpowszechnionym i najczęściej stosowanym typem regulatora w przemyśle. Intensywny rozwój elektroniki i informatyki spowodował, że cyfrowe regulatory PID budowane na bazie mikroprocesora z odpowiednim oprogramowaniem zastąpiły dotychczasowe rozwiązania pneumatyczne, mechaniczne i elektromechaniczne. Zagwarantowanie niezawodności układu elektronicznego z oprogramowaniem polega między innymi na wykrywaniu i usuwaniu błędów, które mogą prowadzić do awarii. W pracy przedstawiono matematyczne metody weryfikacji mikroprocesorowych regulatorów PID mające na celu wykrycie błędów w systemie i w konsekwencji zwiększenie jego niezawodności poprzez zmniejszenie prawdopodobieństwa wystąpienia awarii. Metody testowania opierają się na tak zwanym podejściu modelowym, to znaczy, wykorzystują model systemu jako wzorzec zachowania.

Słowa kluczowe

EN

controller; PID; testing; reliability

PL

regulator; PID; testowanie; niezawodność

• Wydawca: Polskie Naukowo-Techniczne Towarzystwo Eksploatacyjne
• Czasopismo: Eksploatacja i Niezawodność
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 17, no. 3
• Strony: 327--333
• Opis fizyczny: Bibliogr. 30 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Skruch P.

• Department of Automatics and Biomedical Engineering AGH University of Science and Technology Al. A. Mickiewicza 30/B1, 30-059 Kraków, Poland

autor

Długosz M.

• Department of Automatics and Biomedical Engineering AGH University of Science and Technology Al. A. Mickiewicza 30/B1, 30-059 Kraków, Poland

autor

Mitkowski W.

• Department of Automatics and Biomedical Engineering AGH University of Science and Technology Al. A. Mickiewicza 30/B1, 30-059 Kraków, Poland

Bibliografia

• 1. Adrion W, Brandstad J, Cherniabsky J. Validation, verification and testing of computer software. Computing Survey 1982; 14(2): 159-192, http://dx.doi.org/10.1145/356876.356879.
• 2. Beizer B. Software Testing Techniques, 2nd ed. Boston: Van Nostrand Reinhold, 1990.
• 3. Beizer B. Black-Box Testing: Techniques for Functional Testing of Software and Systems. New York: John Willey & Sons, 1995.
• 4. Chłopek Z, Biedrzycki J, Lasocki J, Wójcik P. Assessment of the impact of dynamic states of an internal combustion engine on its operational properties. Eksploatacja i Niezawodnosc – Maintenance and Reliability 2015; 17(1): 35-41, http://dx.doi.org/10.17531/ein.2015.1.5.
• 5. Dang T. Model-based testing of hybrid systems. In: Model-Based Testing for Embedded Systems. Boca Raton: CRC Press 2011; 383-423, http://dx.doi.org/10.1201/b11321-15.
• 6. Dang T, Nahhal T. Coverage-guided test generation for continuous and hybrid systems. Formal Methods in System Design 2009; 34(2): 183-213, http://dx.doi.org/10.1007/s10703-009-0066-0.
• 7. Długosz M. Problemy optymalizacyjne układów napędowych robotyki. Przeglad Elektrotechniczny – Electrical Review 2011; 87(9a): 238-242.
• 8. Długosz M, Lerch T. Komputerowa identyfikacja parametrów silnika prądu stałego. Przeglad Elektrotechniczny – Electrical Review 2010; 85(2): 34-38.
• 9. Długosz R, Kolasa W, Pedrycz M, Szulc M. Parallel programmable asynchronous neighborhood mechanism for Kohonen SOM implemented in CMOS technology. IEEE Transactions on Neural Networks 2011; 22(12): 2091-2104, http://dx.doi.org/10.1109/TNN.2011.2169809.
• 10. Długosz R, Pedrycz W. Łukasiewicz fuzzy logic networks and their ultra low power hardware implementation. Neurocomputing 2010; 73(7-9): 1222-1234, http://dx.doi.org/10.1016/j.neucom.2009.11.027.
• 11. Esposito J. Automated test trajectory for hybrid systems. Proceedings of the 35th Southeastern Symposium on System Theory 2003; 441-444, http://dx.doi.org/10.1109/SSST.2003.1194609.
• 12. IEEE Std 1012-2004. IEEE standard for software verification and validation, 2004.
• 13. IEEE Std 61012-1990. IEEE standard glossary of software engineering terminology, 1990.
• 14. ISTQB International Software Testing Qualification Board. Standard glossary of terms used in software testing, version 2.1, 2010.
• 15. Julius A, Fainekos G, Anand M, Lee I, Pappas G. Robust test generation and coverage for hybrid systems. Proceedings of the 10th International Conference on Hybrid Systems: Computation and Control (HSCC), Pisa 2007; 329-342, http://dx.doi.org/10.1007/978-3-540-71493-4_27.
• 16. Kaner C, Faulk J, Nguyen H. Testing Computer Software, 2nd ed. New York: John Willey & Sons, 1995.
• 17. LaValle S, Kuffner J. Rapidly-exploring random trees: progress and prospects. In: Algorithmic and Computational Robotics: New Directions 2001; 293-308.
• 18. Leveson N, Turner S. An investigation of the Therac-25 accidents. IEEE Computer 1993; 27(7): 18-41; http://dx.doi.org/10.1109/MC.1993.274940.
• 19. Lions J. ARIANE 5. Flight 501 failure. Ariane 501 Inquiry Board Report, Paris, 1996.
• 20. Mitkowski W. Stabilizacja systemów dynamicznych. Warszawa: WNT, 1991.
• 21. Mitkowski W, Skruch P. Fractional-order models of the supercapacitors in the form of RC lader networks. Bulleting of the Polish Academy of Sciences, Technical Sciences 2013; 61(3): 581-587, http://dx.doi.org/10.2478/bpasts-2013-0059.
• 22. Myers G. The Art of Software Testing, 2nd ed. New York: John Willey & Sons, 2004.
• 23. Nelder J, Mead R. A simplex method for function minimization. The Computer Journal 1965; 7(4): 308-313, http://dx.doi.org/10.1093/comjnl/7.4.308.
• 24. Skeel R. Roundoff error and the Patriot missile. Society for Industrial and Applied Mathematics (SIAM) News 1992; 25(4): 11.
• 25. Skruch P. A coverage metric to evaluate tests for continuous-time dynamic systems. Central European Journal of Engineering 2011; 1(2): 174-180, http://dx.doi.org/10.2478/s13531-011-0015-8.
• 26. Skruch P. An educational tool for teaching vehicle electronic system architecture. International Journal of Electrical Engineering Education 2011; 48(2): 174-183, http://dx.doi.org/10.7227/IJEEE.48.2.5.
• 27. Skruch P: Feedback stabilization of a class of nonlinear second-order systems. Nonlinear Dynamics 2010; 59(4): 681-692, http://dx.doi.org/10.1007/s11071-009-9570-4.
• 28. Tabuada P. Verification and Control of Hybrid Systems. Dordrech: Springer, 2009, http://dx.doi.org/10.1007/978-1-4419-0224-5.
• 29. Zander-Nowicka J. Model-based testing of real-time embedded systems in the automotive domain. PhD thesis. Berlin: Fraunhofer IRB Verlag, 2009.
• 30. Zander J, Schieferdecker I, Mosterman P. (Eds) Model-Based Testing for Embedded Systems. Boca Raton: CRC Press, 2012.