السيطرة المتحملة للأعطال في الأنظمة غير الخطية ذات الأبعاد الكبيرة باستخدام FPGA
Fault Tolerant Control for Nonlinear Large Scale Systems with FPGA
- الباحث
- نور صفاء عبد الجليل
- 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 tolerant control;Large scale systems;Unknown input observer;FPGA
الملخص
تم اقتراح إستراتيجية متينة للتحكم في الأنظمة غير الخطية المترابطة ذات الابعاد الكبيرة في هذه الأطروحة. يعتمد الاقتراح على تصميم يدمج بين تقدير العطل لإعادة بناء إشارة العطل والتحكم في تحمل العطل للتعويض عن تأثيره. يتمثل التحدي الكامن في التحكم في مثل هذه الأنظمة في الحفاظ على استقرار الحلقة المغلقة والأداء على الرغم من التفاعلات غير الخطية والأعطال والمدخلات الخارجية. في هذا السياق ، تم إنشاء مراقب الإدخال غير المعروف لتزويد وحدة التحكم بمعلومات دقيقة عن إشارة العطل على الرغم من المدخلات الإضافية غير المعروفة. يتم استخدام التحسين Hoo مع عدم مساواة المصفوفة الخطية للحصول على معاملات المراقب والمسيطر. تم اقتراح تطبيق نظام الطاقة كمثال محاكاة لتقييم الاستراتيجية المقترحة. بالإضافة إلى ذلك ، يمثل موضوع تشبع المشغل Goes كبيرَا يجب أخذه في الاعتبار عند استخدام تقدير العطل ونهج التعويض. وبالتالي ، تتمثل إحدى المساهمات الرئيسية لهذا العمل في تطوير تحكم متسامح مع العطل تحت تشبع المشغل. يشتمل الاقتراح على الوضع الانزلاقي وتخصيص التحكم وتقدير / تعويض الأعطال لضمان أداء قوي للحلقة المغلقة. يتم استخدام مراقب إدخال غير معروف معزز لتقدير العطل وإشارات الحالة بدقة. بعد ذلك ، يتم استخدام تقنية تخصيص التحكم لإعادة توزيع إشارات التحكم عبر المشغلات المتبقية عند حدوث عطل. يتم تطبيق نموذج الهليكويتر ذو الثلاث درجات من Ayal لتلبية فعالية الاستراتيجية المقترحة. يتم تحقيق تحسين كبير في أداء التحكم في تحمل الأعطال من خلال استخدام استراتيجية الفصل لتحقيق إشارة تقدير عطل قوية بمزيد من الحرية وقابلية التطبيق في ظل lag: line العطل المختلفة. تم تطوير شكل جديد لتقدير المدخلات غير المعروفة القائمة على المراقب لتقدير العطل والحالة والاضطراب والترابط. يمكن للمراقب فصل مصطلحات خطأ التقدير التي تسبب تأثيرًا ثنائي الاتجاه على ديناميكيات جهاز التحكم / المراقب ، مما ينتهك مبدأ الفصل. لمعالجة الأنظمة غير الخطية للغاية ، تم تصميم مخطط التحكم المتسامح في وضع الانزلاق Takagi-Sugeno لاستقرار النظام والتعويض عن تأثيرات التقدير للعطل والاضطراب والترابط في حلقة التحكم. يتم تقديم البندول المقلوب كمثال عملي لهذه الاستراتيجية. أخيرّاء تم تنفيذ الجزء العملي باستخدام مصفوفة البوابة الميدانية القابلة للبرمجة Sparten—6 Kit لاختبار فعالية وأداء الأساليب المقترحة ، حيث تشير نتائج المحاكاة مع وبدون تنفيذ مصفوفة البوابة القابلة للبرمجة الميدانية إلى مطابقة الاستجابات في Gs الحالتين، وتعرض التقارير الموجزة ان تنفيذ الطرق المقترحة تمت بنجاح.
Abstract
robust strategy for controlling large-scale interconnected nonlinear systems is proposed in this thesis. The proposal is based on the integration design between fault estimation to reconstruct the fault signal and the fault- tolerant control to compensate for the fault effect. The inherent challenge in controlling such systems is sustaining closed-loop stability and performance despite nonlinear interactions, faults, and exogenous inputs. In this context, the unknown input observer has been constructed to supply the controller with accurate information of the fault signal despite additional unknown inputs. The H∞ optimization is used with the linear matrix inequality to obtain the observer and controller gains. The power system application is proposed as a simulation example to evaluate the suggested strategy. Additionally, the actuator saturation constraint represents a significant challenge that must be accounted for when using fault estimation and compensation approaches. Thus, one of this work's main contributions is to develop a fault-tolerant control under actuator saturation. The proposal comprises sliding mode, control allocation, and fault estimation/compensation to ensure robust closed-loop performance. An augmented unknown input observer is utilized to estimate the fault and state signals accurately. Subsequently, the control allocation technique is used to reallocate the control signals across the residual actuators when a failure or fault occurs. The three- degrees-of-freedom helicopter model is applied to satisfy the effectiveness of the proposed strategy. A significant fault-tolerant control performance enhancement is achieved by employing a decoupling strategy to attain a robust fault estimation signal with more freedom and applicability under various fault scenarios. A new form of observer-based unknown input estimation is developed to estimate fault, state, disturbance, and interconnection. The observer can decouple the estimation error terms that cause a bi-directional effect on controller/observer dynamics, violating the separation principle. To tackle highly nonlinear systems, Takagi-Sugeno sliding mode fault-tolerant control scheme is constructed to stabilize the system and compensate for the influences of estimation errors of the fault, disturbance, and interconnection in the control loop. The inverted pendulum is presented as a practical example of this strategy. Finally, the hardware part has been implemented using the field programmable gate array Sparten-6 Kit to test the effectiveness and performance of the suggested approaches, where the simulation results with and without the field programmable gate array implementation indicate that the responses in both instances were matched, and the summary reports of the proposed methods display the successfully synthesized and implemented system.
طلب نسخة من الملف
الملفات غير منشورة على الموقع. اترك بياناتك وسيتواصل معك موظفو قسم الشؤون الثقافية والفنون لإرسال النسخة مجاناً.