Modelling Cooperative Control Problems in the Cyber Environment: Introduction to Quasi Consensus Networks

The paper introduces the novel idea of the application of quasi consensus networks to modelling networked distributed systems. Quasi consensus networks operate alike standard consensus seeking ones without requesting the information state of the contributing systems to converge to a predetermined value. The quasi consensus- modelling paradigm can be used in modelling cooperative control problems in the cyber environment when the achievement of a common value of the information state is not the ultimate goal of the systems operation

An Algorithm for the Calculation of the Dwell Time Constraint for Switched

This paper presents a numerical algorithm for determining the minimum dwell time constraint for switched linear H-infinity fault detection filters. When applying switched systems, ensuring the stability is a crucial target, which can be guaranteed, when we switch slowly enough between the subsystems, more precisely when the intervals between two consecutive switching instants, called dwell time, are large enough. The problem formulation is based on multiple Lyapunov functions and is expressed through a special form of linear matrix inequalities (LMIs), which include a nonlinear term of the dwell time. This represents a multivariable, time dependent optimization problem. As a result, the task cannot be treated as a simple feasibility problem involving a LMI solver as it is widely used in applications of the linear control. To solve these special LMIs, we propose a numerical algorithm, calle

Hibadetektálás korszerű analitikus módszerei járműipari alkalmazásokkal = Advanced analytic methods to fault detection with application to vehicle systems

1) A rendszer modelljének invertálásán alapuló detektálószűrők tulajdonságainak kutatása során kapott eredmények, ideértve elsősorban az inverz geometriai tulajdonságait és az inverz dinamika előállítására vonatkozó módszereket, lehetővé tették az optimális zavargyengítés módszerének a zavarokkal terhelt hibahatások teljes szétcsatolása révén történő alkalmazását az irodalom által eddig nem ismert módokon. Ezzel kapcsolatos legfontosabb eredményünk az inverz dinamikájának on-line becslésére épülő H-infinity optimális szűrés módszerének kidolgozása volt, ami jelentős nemzetközi visszhangot kiváltó, elismert, új tudományos eredmények megalkotásához vezetett. 2) A szakterület kutatóit általánosan érintő jelentős tudományos eredmény a Draper Lab. munkatársaival végzett kutatási tevékenység révén született folyóirat közlemény, amely a dinamikus rendszerekben és a kép illetve jelfeldolgozásban használatos detektálási módszerek eddig különállónak vélt elméleti módszereit helyezi közös alapokra, az invariáns alterek geometriai elméletének közös alapjaira. 3) Jelentős érdeklődést kiváltó eredményünk az elosztott dinamikus rendszerekben az állapotbecslés hibatűrésének és performancia mutatóinak javítására alkalmazható elosztott szűrési módszer kidolgozása, amely a szövetségi (federated) szűrőbankok továbbfejlesztése révén jött létre. | 1) The novel theory of detection filters, based on the idea of direct input reconstruction, which relies on the inverse representation of the system, can be used to construct novel filter structures, such as those which combine the advantages of optimal disturbance suppression and exact fault decoupling. The research also helped to clarify the geometric principles of the inverse. The algebraic-geometric methods can be used for the construction of the inverse. The most important result is the development of the H-infinity filtering method which is capable for optimally enhanced disturbance cancellation and exact fault decoupling based on the estimation of the inverse state. 2) The joint research with co-workers at Draper Laboratory has revealed a number of methodological parallelisms and similarities, as well as differences, in the game theoretic, stochastic, and geometric subspace formulations and solution approaches to robust detection in dynamic systems and in signal processing. It is a synthesizing result deserving the attention of both the control and the signal processing community. 3) The decentralized approach to state estimation of distributed dynamical systems over unreliable communication networks subject to uncertain and limited measurements has been addressed by federated filtering. The solution enhances fault tolerance and filter performance in sparsely distributed dynamical systems

Bridging the gap between theory and practice in LPV fault detection for flight control actuators

Two different approaches for fault detection,the geometric and the detection filter based methods,are compared in the paper from practical aspects,using the linear parameter-varying (LPV) framework. Presenting two designs allows a comparison of global, system level, and local component level fault detection methods with special emphasis on their relevance to aircraft industry.Practical engineering design decisions are highlighted via applying them to a high-fidelity commercial aircraft problem. The successive steps of the design, including fault modelling, LPV model generation, and LPV FDI filter synthesis, including implementation aspects, are discussed. Results are presented according to the industrial assessment perspectives phrased within the EU ADDSAFE project

Dinamikus rendszerek kvalitatív és kvantitatív tulajdonságainak vizsgálata és alkalmazásai = Applications and analysis of time varying systems

A lineáris rendszerek algebrai vizsgálata kapcsán bevezetett ún. vertikuum-típusú rendszerek segítségével sikerült igen bonyolult gráfú komplex gazdasági és műszaki rendszereket „egyszerűbb szerkezetűvé” transzformálni. A különféle vertikuum-típusú rendszerek mind gyakorlati, mind elméleti jelentősége abban rejlik, hogy egy természetes algoritmizálást kínál, másrészt az is kiderült, hogy „szinte minden” rendszer vertikuum-típusú rendszerré transzformálható. A kutatás során fontos eredmény volt, hogy a részvertikuumok irányíthatósága, megfigyelhetősége és a teljes rendszer irányíthatósága és megfigyelhetősége közötti kapcsolat, amely szerint ha a részvertikuumok megfigyelhetőek és/vagy irányíthatóak, akkor a teljes rendszer is megfigyelhető és/vagy irányítható. A vertikuum-típusú rendszerek vizsgálatakor felmerülő fontos probléma, ha az egyik Ai-t alrendszert ki-, vagy bekapcsoljuk. Egy ilyen rendszer irányíthatóságára adtunk rangfeltételt a kapcsolásokra feltett gerjesztési feltételek mellett, és ezután általánosítottuk több alrendszerre is, valamint sikerült a kapcsolt vertikuum típusú rendszerek irányíthatóságára és megfigyelhetőségére szükséges és elégséges feltételt adnunk. A kutatási tervben szereplő alkalmazásokat illetően egyfelől teljes mértékben teljesítettük a kitűzött kutatási feladatokat, másrészt azokat csatlakozó tematikával sikerült messzemenően kiterjeszteni, és új kontrollelméleti és játékelméleti modellezési vizsgálatokkal kiegészíteni. | Verticuum type systems were introduced during the algebraic analysis of linear systems, and proved to be an excellent means of transforming complex graphed economic and engineering systems to a simpler structure. The theoretical and practical significance of verticuum type systems is that on the one hand almost all systems can be transformed to a verticuum-type representation, and that they offer a straightforward algorithmic approach. An important result of our resarch was that a connection was made between the subverticuums and the original verticuum type systems controllability and observability qualities. We showed that if the subverticuums are observable and/or controllable then the original system is also observable and/or controllable. Concerning another important problem, the switching (on or off) type of subsystems we gave a rank condition for the controllability of the system under given persisting conditions made for the switching subsystem, and we generalised the results for multiple subsystems. Considering the applications outlined in the research plan we managed to fully perform the planned tasks, moreover with the thematical extensions we managed to make a much wider outreach by undertaking additional game theoretical and control theoretical analyses

Az elméletileg elérhető legjobb irányítás algoritmusainak kutatása = Investigation of the theoretically reachable best control algorithms

Módszert dolgoztunk ki lineáris, állandó paraméterű folyamatok szabályozási köreiben a beavatkozó szervek és magának a folyamatnak a tulajdonságaiból adódó korlátozásoktól függő határ-optimális szabályozók tervezésére. Algoritmust fejlesztettünk ki a beavatkozó szerv amplitudó korlátozásától függő elérhető legjobb tervezési cél (referencia modell) meghatározására. Megadtuk a nominális és az előző módszerrel kapott optimális referencia modellektől függő optimális szabályozók algoritmusait, amelyek a realizálhatósági veszteséget minimalizálják. Az optimális szabályozókat stabilis folyamatok Youla parametrizált szabályozási köreire határoztuk meg. Az optimalitás kritériumaként a H2, Hinf és L2, Linf normákat alkalmaztuk. A realizálhatósági veszteség H2, L2 normák szerinti optimalitását a szabályozók - speciális Diofantoszi egyenletek alapján számolt - belső szűrőinek felhasználásával biztosítottuk. A realizálhatósági veszteség Hinf, Linf normák szerinti optimalitását a szabályozók - speciális Nevanlinna-Pick approximációs egyenletek alapján számolt - belső szűrőinek alkalmazásával biztosítottuk. A H2, Hinf normák alkalmazásával csak nem integráló optimális szabályozó nyerhető. Optimális integráló szabályozóhoz az eredeti normákat speciális ""energia"" illetve ""supremum"" normákká kellett kiegészíteni az L2, Linf normák egyidejű alkalmazásával és nem Dirac-delta alakú gerjesztés feltételezésével. Új iteratív módszert vezettünk be a modellezési veszteség optimalizálására is. | A new method was developed for design of the (reachable) best controllers for LPI processes when the activator has an amplitude constraint and the process has invariant properties. A procedure was suggested to compute the best (reachable) reference model for tracking and disturbance rejection. A new approach was introduced to minimize the realizability degradation part of the sensitivity function using nominal process models. This optimization uses Youla parametrized regulators for open-loop stable plants. H2, Hinf and L2, Linf norms are used in this procedure. The H2, L2 norm based optimization uses special Diophantine equation to calculate the optimal embedded filter in the regulators. The Hinf, Linf norm based optimization uses special Nevanlinna-Pick approximation to calculate the optimal imbedded filter in the regulators. The original norm formulation was used in a combined way forming general ''energy'' and ''supremum'' norms assuming higher order excitations than the Dirac-delta to ensure integrating optimal regulators, too. New iterative algorithm was developed to minimize the modeling degradation part of the sensitivity function