Robust fault-tolerant control for a multi-tank system

Abstract The paper deals with the problem of robust fault-tolerant control for nonlinear discrete-time systems. The main part of this paper describes sensor a fault diagnosis scheme using virtual sensors, which recover the measurement of the fault sensor based on the fault-free ones. The virtual sensor is designed in such a way that a prescribed attenuation level is achieved with respect to the fault estimation error while guaranteeing the convergence of the robust observer underlying the virtual sensor. The subsequent part of the paper deals with the design of robust controller as well as the proposed fault-tolerant control scheme. The final part of the paper shows the experimental results regarding the multi-tank system, which confirm the effectiveness of proposed approach. Keywords: fault diagnosis, fault identification, robust estimation, nonlinear systems, virtual sensor. Odporne sterowanie tolerujące uszkodzenia układem wielu zbiorników Streszczenie Artykuł przedstawia problem odpornego sterowania tolerującego uszkodzenia układem nieliniowym w czasie dyskretnym. Głowna część artykułu opisuję diagnostykę czujników pomiarowych z wykorzystaniem wirtualnych czujników. Wirtualny czujnik został zaprojektowany w taki sposób, aby dla określonego poziomu tłumienia zakłóceń uzyskać możliwie mały błąd estymacji stanu oraz zapewnić dobra zbieżność obserwatora, na którym bazuje wirtualny czujnik. Kolejna część artykułu opisuję metodę projektowania odpornego regulatora oraz proponowaną metodę detekcji uszkodzeń. W końcowej części artykułu przedstawiono wyniki eksperymentalne dotyczące układu wielu zbiorników. Zastosowany układ wielu zbiorników charakteryzuję się nieliniowością, przez co może zostać wykorzystany do weryfikacji przedstawionych w artykule techniki sterowania tolerującego uszkodzenia. Przedstawione wyniki potwierdzają skuteczność proponowanego podejścia bazującego na detekcji uszkodzeń czujników pomiarowych z wykorzystaniem wirtualnych czujników pomiarowych. Wyniki obrazują działanie układu w przypadku wystąpienia uszkodzenia przy braku sterowania tolerującego uszkodzenia oraz działanie układu w przypadku zastosowania sterowania tolerującego uszkodzenia. Słowa kluczowe: Diagnostyka błędu, identyfikacja uszkodzenia, estymacja odporna, systemy nieliniowe, czujnik wirtualny. M.Sc. Marcel LUZAR Received the M.Sc. degree in computer science from the University of Zielona Góra (Poland) in 2009

Modeling and fault tolerant control of an electro-hydraulic actuator

In the modern industry, electro-hydraulic actuators (EHAs) have been applied to various applications for precise position pressure/ force control tasks. However, operating EHAs under sensor faults is one of the critical challenges for the control engineers. For its enormous nonlinear characteristics, sensor fault could lead the catastrophic failure to the overall system or even put human life in danger. Thus in this paper, a study on mathematical modeling and fault tolerant control (FTC) of a typical EHA for tracking control under sensor-fault conditions has been carried out. In the proposed FTC system, the extended Kalman-Bucy unknown input observer (EKBUIO) -based robust sensor fault detection and identification (FDI) module estimates the system states and the time domain fault information. Once a fault is detected, the controller feedback is switched from the faulty sensor to the estimated output from the EKBUIO owing to mask the sensor fault swiftly and retains the system stability. Additionally, considering the tracking accuracy of the EHA system, an efficient brain emotional learning based intelligent controller (BELBIC) is suggested as the main control unit. Effectiveness of the proposed FTC architecture has been investigated by experimenting on a test bed using an EHA in sensor failure conditions