تقدير الخطأ القائم على المراقب ونهج التحكم في تحمل الأخطاء للتشغيل المستدام للأنظمة غير الخطية

الباحث

رؤى حميد احمد

المشرف

منتظر سامي شاكر

الجامعة

الجامعة التكنولوجية

الكلية / القسم

قسم الهندسة الكهربائية / هندسة الالكترونيك والاتصالات

الشهادة

دكتوراه

السنة

2023

لغة الرسالة

انكليزي

الكلمات المفتاحية

Fault estimation;Observer design;Fault tolerant control;Nonlinear systems

تركز الأطروحة على التطوير النظري لنهج تقدير الأعطال (FE) والتحكم النشط في التسامح (AFTC) للأنظمة غير الخطية باستخدام منهجية Takagi-Sugeno للنمذجة المتعددة. الفرضية الأساسية لهذه الأطروحة هي أنه بغض النظر عن السلوك الزمني للخطأء فإن التقنية المقترحة تضمن تقديرًا موثوقًا للأنظمة المتأثرة بأعطال المشغل / المستشعر المتزامن .إزالة تأثيرات التفاعل ثنائي الاتجاه (BDI) التي تأتي جنبًا إلى جنب مع تقدير أخطاء المشغل والمستشعر في نفس الوقت مع مراقب واحد لأن المراقب ووحدة التحكم ليس لهما تأثيرات متبادلة .تم تخفيف القيود الهيكلية اللازمة لبناء تقدير متزامن قائم على المراقب لأعطال المشغل وأجهزة الاستشعار منذ أن اقتصر تحدي التصميم على تقدير خطأ المشغل وفصل تأثير خطأ المستشعر. نظرًا GY خطأ المستشعر قد تم تقديره ضمنيًا بالفعل دون الحاجة إلى تقنية الحالة المعززة، فإن تبسيط إجراءات التصميم يؤدي إلى تقليل الطلب في تصميم المراقب .التطورات الأساسية الموضحة في هذه الأطروحة هي: aie تطوير استراتيجيتين لتقدير الأخطاء للأنظمة الخطية .الأول (في الفصل الثالث)،؛ وهو مراقب الإدخال المتكيف غير المعروف (AUIO) ، ويقدر خطأ المستشعر ويفصل تأثيرات قوة الاحتكاك .يمثل المراقب الجديد مراقب مدخلات غير معروف بمصطلح تكيفي .وبالتالي، فإن السلوك الزمني غير المتوقع لقوة الاحتكاك والمستوى العالي من اللاخطية يفرضان تحديات متانة على استخدام نهج التقدير / الفصل لأعطال المستشعر وقوة الاحتكاك مع AUTO, يتم بعد ذلك توضيح نشاط التصميم المقترح على J gas مقلوب كمثال تعليمي، ثم يتم إجراء مقارنة بين المراقب المقترح ومراقب Lunberger المتكيف (FAFE), لا تملك FAFE القدرة على فصل قوة الاحتكاك في وجود خطأ المستشعرء يمكنها فقط إجراء تقدير لخطأ واحد في كل مرة .ميزة AUIO المقترحة هي أنه يمكن استخدامها لتقدير أخطاء المستشعر أثناء فصل تأثيرات الاحتكاك وتقليل ترتيب المراقب. Gill alle الثاني (في الفصل الرابع)، وهو مراقب إدخال غير معروف من الوضع المنزلق ،(SMUIO) يقدر حالات النظام ، وخطأ المشغل ، وتقدير ضمني لخطأ المستشعر دون زيادة ترتيب المراقب .يقدم هذا الفصل أسلوبًا جديدًا للتقدير / الفصل الضمني لتقدير الخطأ والتحكم في تحمل الأخطاء للأنظمة الخطية التي تتأثر بأعطال المشغل وأجهزة الاستشعار المتزامنة . يوفر SMUIO الجديد تقديرًا متزامئًا لأعطال المستشعر والمشغل بغض النظر عن السلوك الزمني للأعطال، ويخفف من تعقيد SMUIO من خلال استخدام منهجية التقدير الضمني، ويزيل BDI . e تطوير نظام Takagi-Sugeno متعدد النماذج المنزلق القوي Unknown Input SaillObserver (TSMMSMUIO) - في التسامح مع الخطأ (FTC) للأنظمة غير الخطية المتأثرة بأخطاء المشغل المتغير بمرور الوقت وأعطال المستشعر باستخدام تقنية تقدير / فصل جديدة عن طريق الإزالة GuBDI أخطاء المستشعر والمشغل المقدرة، تهدف هذه الطريقة إلى تحقيق إعادة بناء قوية للأعطال بشكل مستقل عن السلوك الزمني للأعطال .يتم تحقيق ذلك عن طريق فصل تأثيرات ديناميكيات المراقب عن تأثيرات أعطال المستشعر واستخدام المراقب لتقدير أعطال المشغل .ثم يتم استخدام الفرق بين الإشارات المقاسة وإشارات حالة المراقب لتقدير خطأ المستشعر ioe .تم تطبيق المفهوم النظري على بندول مقلوب بعربة ومقطورة كدراسة تطبيقات .

The theoretical development of Fault Estimation (FE) and Active Fault-Tolerant Control (AFTC) approaches for nonlinear systems using the Takagi-Sugeno multiple-modeling methodology is the focus of the thesis. The fundamental premise of this thesis is that regardless of the fault's time behavior, the suggested technique ensures a reliable estimate for systems affected by simultaneous actuator/sensor faults. Removing the Bi- Directional Interaction (BDI) effects that come along with estimating actuator and sensor faults at the same time with a single observer since the observer and controller have no mutual effects. The structural constraints necessary for building observer-based simultaneous estimation of actuator and sensor faults have been relaxed since the design challenge has been limited to estimating the actuator fault and decoupling the effect of the sensor fault. Since the sensor fault has already been implicitly estimated without the need for an augmented state technique, simplifying the design procedure results in an order reduction in observer design. The essential developments shown in this thesis are:  Two fault estimation strategies have been developed for linear systems. The first one (in chapter three), an Adaptive Unknown Input Observer (AUIO), estimates the sensor fault and decouples the effects of friction force. The new observer represents an unknown input observer with an adaptive term. Consequently, the unpredictable time behavior of the friction force and the high level of non-linearity impose robustness challenges on using estimation/decoupling approach of sensor faults and friction force with AUIO. The activity of the suggested design is then illustrated on an inverted pendulum as a tutorial example, and then a comparison is made between the suggested observer and the adaptive Lunberger observer (FAFE). FAFE doesn’t have the ability to decouple the friction force in the presence of the sensor fault, it can only make an estimation for one fault at a time. The proposed AUIO's advantage is that it may be used to estimate sensor faults while decoupling the effects of friction and reducing the observer's order.  The second observer (in chapter four), a Sliding Mode Unknown Input Observer (SMUIO), estimates the system states, the actuator fault, and an implicit estimation for the sensor fault without increasing the observer's order. This chapter presents a novel implicit estimation/decoupling approach for fault estimation and fault-tolerant control for linear systems that are affected by simultaneous actuator and sensor faults. The new SMUIO provides a simultaneous estimation of sensor and actuator faults regardless of the time behaviour of the faults, relaxes the complexity of SMUIO by employing implicit estimation methodology, and eliminates the BDI.  The development of a robust Takagi-Sugeno Multiple Model Sliding Mode Unknown Input Observer (TSMMSMUIO) -based Fault-Tolerant Control (FTC) for nonlinear systems impacted by simultaneous time- varying actuator and sensor faults using a new estimation/decoupling technique by removing the BDI between estimated sensor and actuator faults, this method aims to achieve robust fault reconstruction independent of the time behavior of the faults. This is accomplished by separating the effects of observer dynamics from those of sensor faults and using the observer to estimate actuator faults. The difference between the measured and observer-state signals is then used to estimate the sensor fault implicitly. The theoretical conception has been applied to an inverted pendulum with a cart and a truck-trailer as an applications study.

طلب نسخة من الملف

الملفات غير منشورة على الموقع. اترك بياناتك وسيتواصل معك موظفو قسم الشؤون الثقافية والفنون لإرسال النسخة مجاناً.

الاسم

رقم الهاتف

البريد الإلكتروني

الغرض من الطلب (اختياري)

إرسال الطلب