آشکارسازی مقاوم عیب با تلفیق باندگراف و مشاهده گر ورودی نامعلوم

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی برق، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

2 استادیار، گروه مهندسی برق، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

چکیده

در این مقاله به طراحی یک سیستم آشکارساز عیب مقاوم با تلفیق باندگراف و مشاهده­گر ورودی نامعلوم پرداخته شده است. روش پیشنهادی یک سیستم آشکارساز عیب دو مرحله­ای بوده که در هر مرحله برخی معیارهای مطلوب یک سیستم تشخیص عیب در نظر گرفته می­شود. در مرحله اول، مبتنی بر مدل باندگراف، معادلات فضای حالت بر اساس متغیرهای انرژی استخراج شده و با استفاده از مشاهده­گر ورودی نامعلوم حالت­ها و خروجی­های سیستم به نحوی تخمین زده می­شوند که نسبت به اغتشاشات وارده به سیستم بی­تاثیر باشند. سپس با استفاده از فرم روابط تحلیلی افزونگی بر حسب خطای تخمین خروجی که شامل تاثیر عیب بوده و تاثیر اغتشاش در آن برطرف شده است به آشکارسازی عیب پرداخته می­شود. به منظور آشکارسازی عیب از آستانه تطبیقی استخراج شده از جمله نامعین روابط تحلیلی افزونگی بر حسب خطا استفاده می­شود. نتایج شبیه­سازی برای یک سیستم تعلیق فعال خودرو نشان­دهنده عملکرد بسیار مناسب روش پیشنهادی است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]     Zhang Y., Jiang J., Bibliographical review on reconfigurable fault-tolerant control systems, Annual Reviews in Control, Vol. 32, No. 2, pp. 229-252, 2008.
[2]     Wang, D., Yu, M., Low C. B. and Arogeti S., Model-Based Health Monitoring of Hybrid Systems. Springer, 2013.
[3]     Samantaray, A. K. and Ould Bouamama, B.  Model-based Process Supervision. Springer, 2008
[4]     Karnopp, D. C., Margolis, D. L. and Rosenberg R. C., System Dynamics Modeling and Simulation of Mechatronic Systems, 4th ed. Wiley, 2006.
[5]     Sanchez, R., Medina A., Wind turbine model simulation: A bond graph approach, Simulation Modelling Practice and Theory, Vol. 41, pp. 28-45, 2014.
[6]     Ould Bouamama B., Medjaher K., Samantaray A. K., Staroswiecki M., Supervision of an industrial steam generator. Part I: Bond graph modeling, Control Engineering Practice, Vol. 14, No.1, pp. 71-83, 2006.
[7]     جهان­بین ز. سلک غفاری ع.، مقداری ع. و ابراهیمی ع.، مدلسازی دینامیکی یک ربات بالزن با استفاده از روش باندگراف. مجلۀ مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز، د. 45، ش. 2، ص 13-22، 1394.
[8]     Benmoussa S., Bouamama B. C., Merzouki R., Bond Graph Approach for Plant Fault Detection and Isolation: Application to Intelligent Autonomous Vehicle, IEEE Transactions on Automatic Science and Engineering, Vol.11, No.2, pp. 585-593, 2014.
[9]     Djeziri M. A., Merzouki R., Ould Bouamama B., Dauphin Tanguy G., Robust Fault Diagnosis by Using Bond Graph Approach, IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, Vol.12, No.6, pp. 599-611, 2007.
[10] Cauffriez L., Grondel S., Loslever P., Aubrun C., Bond Graph modeling for fault detection and isolation of a train door mechatronic system, Control Engineering Practice, Vol. 49, pp.212-224, 2016.
[11] Benallel M., Haffaf H., Meghebbar A., Sensor placement for monitoring systems modelled by Bond Graph, Electrotehnica, Electronica, Automatica, Vol.64, No.1, pp. 105, 2016.
[12] Sanei, A., Novinzadeh A. B., and Habibi M.. Addition of momentum and kinetic energy effects in supersonic compressible flow using pseudo bond graph approach. Mathematical and Computer Modelling of Dynamical Systems. Vol.20, No.5, pp. 491-503, 2014.
[13] Chen J. and Patton R. J., Robust Model-Based Fault Diagnosis for Dynamic Systems, Springer 1999.
[14]  هاشمی م.، کمالی ایگلی ع.، نراقی م.، مشاهده‌گر تخمین عیب با وجود ورودی نامعلوم نامنطبق برای سیستم‌های خطی. مهندسی مکانیک مدرس، د. 16، ش. 9، ص ۴۲۹-۴۳۶، 1395.
[15] Ziyabari S. H. S., Shoorehdeli M. A., Robust fault diagnosis scheme in a class of nonlinear system based on UIO and fuzzy residual, International Journal of Control, Automation and Systems, Vol.15, No.3, pp. 1145-1154., 2017.
[16]  Kazerooni M., Khayatian A., Safavi A., Fault estimation for a class of interconnected non-linear systems with time-varying delay using robust adaptive unknown input observers, IMA Journal of Mathematical Control and Information, 2016.
[17] Tahraoui S., Meghabbar A., Boubekeur D., Unknown input observer based on LMI for robust generation residuals, Turkish Journal of Electrical Engineering & Computer Sciences, Vol.25, No.1, pp. 95-107, 2017.
[18] Asgari S., Yazdizadeh, A., Robust model-based fault diagnosis of mechanical drive train in V47/660 kW wind turbine. Energy Systems, Vol. 9, No.4, pp. 921-952, 2018.
[19] Hwang I., Kim S., Seah C. E., A Survey of fault detection, isolation, and reconfiguration methods, IEEE Transactions on Control Systems Technology, Vol. 18, No. 3, pp. 636-653, 2010.
[20] Ghoshal S. K., Samanta S., Robust Fault Diagnosis and Prognostics of a Hoisting Mechanism: a Simulation Study, International Journal of Engineering Science and Technology, Vol. 3, No. 2, pp. 962-979, 2011.
[21] Kazemi M.G., Montazeri M., A new robust fault diagnosis approach based on bond graph method. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, Vol. 39, No.11, pp. 4353-4365, 2017.
[22] Kazemi M. G., Montazeri M., Fault Detection of continuous time linear switched systems using combination of Bond Graph method and switching observer, ISA transactions, 2019.
[23] Kam C. S., Dauphin-Tanguy G. Bond graph models of structured parameter uncertainties. Journal of the Franklin Institute, Vol. 342, No.4, pp. 379-399, 2005.
[24] Ghoshal S. K., Samanta S., Samantaray A K., Robust fault detection and isolation of hybrid systems with uncertain parameters, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part I: Journal of Systems and Control Engineering, Vol. 226, No. 8, pp. 1013-1028, 2012.
[25] Kazemi M. G., Montazeri M., Asgari S., Incipient Fault Detection based on bond graph method and different criteria of residuals, In 23rd Iranian Conference on Electrical Engineering (ICEE), Tehran, Iran, 2015.
[26] Borutzky W., Determination of a Function for a Degradation Process by Means of Two Diagnostic Bond Graphs. IFAC-PapersOnLine, Vol.51, No.24, pp. 636-642, 2018.
[27] Kumar S., Dasgupta K., Ghoshal S. K. Fault diagnosis and prognosis of a hydro-motor drive system using priority valve. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, 2019.
[28] Ben-Ali S., Modeling of a double effect evaporator: Bond graph approach. Chemical Engineering Research and Design, Vol.138, pp. 554-567, 2018.