Fault diagnosis for distributed parameter systems using the modulation functions

使用调制函数的分布式参数系统故障诊断

基本信息

项目摘要

Increasing requirements for technological processes lead to the application of sophisticated control systems. Therefore, fault diagnosis gains more and more importance to ensure the safety of various technological processes. Many results for the solution of this problem can be found for lumped parameter systems, whereas the fault diagnosis of distributed parameter systems (DPS) is still an area of active research. Thereby, most approaches rely on observer-based techniques. This, of course, has the disadvantage that either the DPS or the resulting infinite-dimensional observer has to be approximated. In any case, the resulting fault diagnosis system has a large order to keep the related approximation error sufficiently small. This hinders the implementation of such fault diagnosis methods. In the proposer's research group, a new method for the fault diagnosis for parabolic systems with constant faults was developed, that does not suffer from these shortcomings. The main idea is to derive an algebraic expression for the fault that only depends on known input and output signals. This fault detection equation results from applying the so-called modulation function approach to the DPS. With this, it can be shown that the modulation function follows from realizing a set-point transition problem for a distributed parameter signal model. As a consequence, the fault detection problem can be traced back to a feedforward control problem for DPS. For the latter powerful methods were recently developed in the literature. Hence, the new approach makes it possible that they also become available for solving fault detection problems.The main objective of this research project is the extension of the previously obtained results to a general and systematic approach for the fault diagnosis of DPS. Thereby, time-varying faults, disturbances, and model uncertainties have to be taken into account. Subsequently, the extension of these results to other classes of DPS such as hyperbolic, biharmonic or fractional systems is planned. In order to enlarge the applicability of fault diagnosis methods for real world problems the project also investigates DPS with higher spatial domains and complex geometry. The obtained theoretical results will be verified in simulations as well as by utilizing experimental setups.
对工艺过程的要求不断提高,导致应用复杂的控制系统。因此,故障诊断对于保证各种工艺过程的安全性显得越来越重要。集中参数系统的故障诊断已经取得了许多成果,而分布参数系统的故障诊断仍然是一个活跃的研究领域。因此,大多数方法依赖于基于双端的技术。当然,这有一个缺点,即DPS或由此产生的无限维观测器必须近似。在任何情况下,所得到的故障诊断系统具有较大的阶数,以保持相关的近似误差足够小。这阻碍了这种故障诊断方法的实施。本文作者所在的研究小组提出了一种新的常故障抛物系统的故障诊断方法,该方法克服了上述缺点。其主要思想是推导出一个代数表达式的故障,只依赖于已知的输入和输出信号。该故障检测方程是将所谓的调制函数方法应用于DPS的结果。由此,可以表明,调制函数是从实现分布参数信号模型的设定点转换问题而来的。因此,故障检测问题可以追溯到DPS的前馈控制问题。对于后者,最近在文献中开发了强大的方法。因此,新的方法使它成为可能,他们也成为可用于解决故障检测problems.The主要目标的研究项目是以前获得的结果的扩展到一个通用的和系统的方法的DPS的故障诊断。因此,时变故障,干扰和模型的不确定性必须考虑在内。随后,这些结果的扩展到其他类的DPS,如双曲,双调和或分数系统的计划。为了扩大故障诊断方法对真实的世界问题的适用性,该项目还研究了具有更高空间域和复杂几何形状的DPS。所获得的理论结果将在模拟以及利用实验装置进行验证。

项目成果

期刊论文数量(4)
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Flatness-based algebraic fault identification for a wave equation with dynamic boundary conditions
具有动态边界条件的波动方程基于平坦度的代数故障识别
  • DOI:
    10.1016/j.ifacol.2020.12.1366
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Fischer;J. Deutscher
  • 通讯作者:
    J. Deutscher
Flachheitsbasierte algebraische Fehlerdiagnose für einen Euler-Bernoulli-Balken mittels Modulationsfunktionen
使用调制函数对欧拉-伯努利光束进行基于平坦度的代数误差诊断
  • DOI:
    10.1515/auto-2019-0035
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Fischer;J. Deutscher
  • 通讯作者:
    J. Deutscher
Modulating Function Based Fault Detection for Parabolic Systems with Polynomial Faults
具有多项式故障的抛物线系统的基于调制函数的故障检测
  • DOI:
    10.1016/j.ifacol.2018.09.602
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Fischer;J. Deutscher
  • 通讯作者:
    J. Deutscher
Flatness-based algebraic fault diagnosis for distributed-parameter systems
分布式参数系统基于平坦度的代数故障诊断
  • DOI:
    10.1016/j.automatica.2020.108987
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Fischer;J. Deutscher
  • 通讯作者:
    J. Deutscher
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