KR101564888B1 - Decentralized fault compensation method and apparatus of large-scale nonlinear systems - Google Patents
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Abstract
대규모 비선형 시스템의 분산 고장 제어 방법 및 그 장치가 개시된다. 대규모 비선형 시스템에 포함된 각 부시스템은, 제어 입력에 따라 상기 부시스템을 제어하는 제어기; 및 상기 제어 입력에 따른 상기 부시스템의 측정 가능한 상태 변수값에 기반한 제어 에러가 기설정된 성능 유계 범위 이내에 포함되도록 고장진단 없이 상기 제어 에러를 보상하는 보상부를 포함한다.A distributed fault control method and apparatus for large-scale nonlinear systems are disclosed. Each sub-system included in a large-scale non-linear system includes: a controller for controlling the sub-system according to a control input; And a compensation unit for compensating the control error without a failure diagnosis such that a control error based on a measurable state variable value of the subsystem according to the control input is included within a predetermined performance inheritance range.
Description
본 발명은 물리적 상호 연결 구조와 데드-존 액츄에이터에서의 고장을 포함하는 대규모 비선형 시스템의 분산 고장 제어 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a distributed fault control method and apparatus for a large scale nonlinear system including a physical interconnect structure and a failure in a dead-zone actuator.
부시스템들간의 비선형 상호 연결 구조를 포함하는 대규모 시스템의 분산 제어는 지난 몇 년간 꾸준히 연구되어 왔다. 이러한 분산 제어의 가장 큰 장점은 새로운 부시스템이 추가되는 경우, 제어 시스템을 다시 재설계할 필요가 없으며, 각 부시스템의 제어기 형태를 간단하게 설계할 수 있는 것이다. Distributed control of large systems involving nonlinear interconnection structures between subsystems has been studied steadily over the past few years. The main advantage of this distributed control is that if a new sub-system is added, there is no need to redesign the control system again, and the controller type of each sub-system can be designed simply.
그러나, 종래의 분산 제어에 관한 연구는 부시스템들간의 통신 지연에 따른 비선형 상호 연결 구조에서의 미지의 시간 지연된 고장을 보상하지 못하는 단점이 있다. However, conventional distributed control research has a disadvantage in that it can not compensate for an unknown time delayed failure in a nonlinear interconnect structure due to communication delay between subsystems.
또한, 종래의 분산 제어에 관한 연구는 액츄에이터내의 데드-존 비선형성이 흔하게 발생함에도 불구하고 이에 대한 고장 현상을 적응적으로 보상하지 못하는 단점을 가지고 있다.
In addition, the conventional distributed control research has a disadvantage in that it can not adaptively compensate for the failure phenomenon even though the dead-zone nonlinearity in the actuator frequently occurs.
본 발명은 물리적 상호 연결 구조와 데드-존 액츄에이터에서의 고장을 포함하는 대규모 비선형 시스템에서 고장/이상 진단 없이 고장을 보상할 수 있는 분산 고장 제어 방법 및 그 장치를 제공하기 위한 것이다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is directed to a distributed fault control method and apparatus that can compensate for faults without fault / anomaly diagnosis in a large scale nonlinear system that includes physical interconnect structures and faults in dead-zone actuators.
본 발명의 일 측면에 따르면, 물리적 상호 연결 구조와 데드-존 액츄에이터에서의 고장을 포함하는 대규모 비선형 시스템에서 고장/이상 진단 없이 고장을 보상할 수 있는 분산 고장 제어를 위한 장치가 제공된다.According to an aspect of the present invention, there is provided an apparatus for distributed fault control capable of compensating faults without fault / anomaly diagnosis in a large-scale nonlinear system including physical interconnect structures and faults in dead-zone actuators.
제1 실시예에 따르면, 대규모 비선형 시스템에 포함된 각 부시스템에 있어서, 제어 입력에 따라 상기 부시스템을 제어하는 제어기; 및 상기 제어 입력에 따른 상기 부시스템의 측정 가능한 상태 변수값에 기반한 제어 에러가 기설정된 성능 유계 범위 이내에 포함되도록 고장진단 없이 상기 제어 에러를 보상하는 보상부를 포함하는 부시스템이 제공될 수 있다.According to the first embodiment, in each sub-system included in a large-scale non-linear system, a controller for controlling the sub-system according to a control input; And a compensation unit for compensating the control error without a failure diagnosis so that a control error based on the measurable state variable value of the subsystem according to the control input is included within a predetermined performance inheritance range.
상기 고장은 데드-존(dead-zone) 액츄에이터 고장과 부시스템들간의 연결 구조에서의 고장을 포함한다.The failure includes a failure in a dead-zone actuator failure and a connection structure between the subsystems.
상기 보상부는, 상기 고장에 의한 동역학 변화를 보상하기 위해 함수 근사화 모델(function approximation model)과 에러 변환에 기반하여 상기 제어 에러가 상기 기설정된 성능 유계 범위 이내에 포함되도록 고장진단 없이 보상할 수 있다.The compensation unit may compensate the failure without diagnosing the failure based on a function approximation model and error conversion to compensate for the dynamic change due to the failure so that the control error is included within the predetermined performance range.
상기 제어 에러는 상기 수학식에 따른 성능 유계 범위 이내로 제한되되,Wherein the control error is limited to within the range of the performance metric according to the equation,
여기서, 는 제어 에러를 나타내고, 는 설계 상수를 나타내고, 는 유계된 성능 함수이며, t는 시간을 나타낸다.here, Lt; / RTI > represents a control error, Represents a design constant, Is the relatived performance function and t is the time.
상기 제어기는 nominal 제어기와 적응 고장 분산 제어기를 포함하며, 고장이 발생하더라고 상기 제어 에러가 상기 미리 설정된 성능 유계 범위 내에 존재하게 되어 고장 발생 후에도 제어 성능을 보장할 수 있다.The controller includes a nominal controller and an adaptive fault distribution controller. Even if a failure occurs, the control error is present within the predetermined performance range, so that control performance can be ensured even after a failure occurs.
상기 제어기는 반복된 미분 계산을 피하기 위해 가상 제어 입력을 1차 필터를 통과시킨다.The controller passes the virtual control input to the first order filter to avoid repeated derivative calculations.
상기 대규모 비선형 시스템은 복수의 부시스템이 물리적으로 상호 연결되어 있다.
The large-scale non-linear system has a plurality of subsystems physically interconnected.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 물리적 상호 연결 구조와 데드-존 액츄에이터에서의 고장을 포함하는 대규모 비선형 시스템에서 고장/이상 진단 없이 고장을 보상할 수 있는 분산 고장 제어 방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a distributed fault control method capable of compensating faults without fault / anomaly diagnosis in a large-scale nonlinear system including a fault in a physical interconnect structure and a dead-zone actuator.
제1 실시예에 따르면, 대규모 비선형 시스템에 포함된 각 부시스템의 고장을 보상하는 방법에 있어서-상기 부 시스템은 데드-존(dead-zone) 액츄에이터 고장과 부시스템들간의 시간 지연된 연결 구조에서의 고장을 포함함, 각 부시스템의 제어 입력에 따른 측정 가능한 상태 변수값을 구하는 단계; 및 상기 상태 변수값에 기반한 제어 에러가 고장이 발생하더라도 기설정된 성능 유계 범위 이내에 포함되도록 고장진단 없이 상기 제어 에러를 보상하는 단계를 포함하는 고장 보상 방법이 제공될 수 있다.According to a first embodiment, there is provided a method of compensating for the failure of each subsystem included in a large-scale non-linear system, the method comprising the steps of: Obtaining a measurable state variable value according to a control input of each subsystem including a fault; And compensating the control error without a failure diagnosis such that a control error based on the state variable value is included within a predetermined performance range even if a failure occurs.
상기 제어 에러가 상기 성능 유계 범위를 고장 발생 유무와 관계 없이 벗어나지 않도록 상기 대규모 비선형 시스템에 대해 nominal 제어를 수행하는 단계;Performing nominal control on the large scale nonlinear system such that the control error does not deviate from the performance metric range irrespective of failure occurrence;
고장이 발생하는 경우, 상기 대규모 비선형 시스템에 대해 상기 성능 유계 적응적 보상 제어를 수행하는 단계를 더 포함한다.And performing the performance-based adaptive compensation control on the large-scale nonlinear system when a failure occurs.
상기 적응적 보상 제어를 수행하는 단계는, 상기 고장에 의한 동역학 변화를 보상하기 위해 함수 근사화 모델(function approximation model)과 에러 변환을 적용하여 함수 근사자로 모델링하는 단계; 및 상기 모델링에 기초하여 상기 제어 에러를 상기 기설정된 성능 유계 범위 이내에 포함되도록 보상하는 단계를 포함한다.
Performing the adaptive compensation control comprises: modeling a function approximation model and an error transform to compensate for a dynamic change due to the failure, and modeling the function approximation model; And compensating for the control error based on the modeling to be included within the predetermined performance metric range.
본 발명의 일 실시예에 따른 대규모 비선형 시스템의 성능 보장형 분산 고장 제어 방법 및 그 장치를 제공함으로써, 물리적 상호 연결 구조와 데드-존 액츄에이터에서의 고장을 포함하는 대규모 비선형 시스템에서 고장/이상 진단 없이 고장을 보상할 수 있다.
It is an object of the present invention to provide a performance guarantee type distributed fault control method and apparatus for a large scale nonlinear system according to an embodiment of the present invention to provide a faultless and trouble- Can be compensated.
도 1은 제1 실시예에 따른 대규모 비선형 시스템에 포함된 각 부시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 제1 실시예에 따른 대규모 비선형 시스템의 고장을 보상하는 방법을 나타낸 순서도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a view schematically showing a configuration of each sub system included in a large scale nonlinear system according to the first embodiment; Fig.
2 is a flowchart showing a method for compensating for a failure of a large-scale nonlinear system according to the first embodiment;
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention is capable of various modifications and various embodiments, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprises" or "having" and the like are used to specify that there is a feature, a number, a step, an operation, an element, a component or a combination thereof described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.
본 발명은 N개의 부 시스템으로 구성되는 대규모 비선형 시스템에서 고장에 대한 이상 진단(즉, 고장 검출) 없이 보장된 제어 성능을 가지도록 고장을 보상할 수 있는 분산 고장 제어에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에서는 N개의 부 시스템의 액츄에이터 및 부시스템간의 상호 연결 구조에서 고장이 발생하는 것을 가정하기로 한다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 대규모 비선형 시스템은 액츄에이터에 데드-존(dead-zone) 구간을 포함하는 고장을 가정하기로 한다. 여기서, 데드-존은 실제 제어 입력이 들어갔으나, 그에 따른 액츄에이터의 출력이 나오기 전까지의 구간을 의미한다.The present invention relates to distributed fault control capable of compensating for faults with guaranteed control performance without fault diagnosis (i.e., fault detection) for faults in large scale nonlinear systems consisting of N subsystems. In an embodiment of the present invention, it is assumed that a failure occurs in the interconnect structure between the actuator and the subsystem of the N subsystems. Also, a large-scale nonlinear system according to an embodiment of the present invention is assumed to have a failure including a dead-zone period in the actuator. Here, the dead zone refers to a section until the actual control input is input, but the output of the actuator is accordingly output.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
이미 전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 대규모 비선형 시스템은 N개의 부 시스템을 포함한다. 대규모 비선형 시스템은 부시스템들간의 미지의 시간 지연을 갖는 상호 연결된 구조이며, 각 부시스템에서 데드-존 액츄에이터 고장을 포함하는 것을 가정하기로 한다.As already mentioned above, a large-scale non-linear system according to an embodiment of the present invention includes N subsystems. It is assumed that a large nonlinear system is an interconnected structure with an unknown time delay between subsystems and that each subsystem includes dead-zone actuator failures.
도 1은 제1 실시예에 따른 대규모 비선형 시스템에 포함된 각 부시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.FIG. 1 is a view schematically showing a configuration of each subsystem included in a large-scale nonlinear system according to the first embodiment.
도 1을 참조하면, 대규모 비선형 시스템에 포함되는 각 부 시스템은 제어기(110) 및 보상부(115)를 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 1, each subsystem included in a large-scale nonlinear system includes a
제어기(110)는 제어 입력에 따라 부시스템을 제어하기 위한 수단이다.The
하기에서 보다 상세히 설명되겠지만, 제어기(110)는 각각의 부 시스템의 출력에 원하는 신호를 추종하도록 부시스템을 제어하기 위한 수단이다.As will be described in greater detail below, the
예를 들어, 제어기(110)는 제어 에러가 성능 유계 범위를 고장 유무에 상관없이 벗어나지 않도록 제어 입력을 발생할 수 있다. 또한, 제어기(110)는 고장이 일어나지 않은 상태에서의 nominal 제어기와 고장 발생 후의 이를 보상하여 적응적 제어를 수행하는 고장 보상 제어기를 포함한다. 이에 대해서는 하기의 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.For example, the
보상부(115)는 제어 입력에 따른 부 시스템의 측정 가능한 상태 변수값에 기반한 제어 에러가 기설정된 성능 유계 범위 이내에 항상 포함되도록 고장 진단 없이 보상하는 기능을 수행한다.The
이미 전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 대규모 비선형 시스템은 각 부시스템들간의 미지의 시간 지연을 갖는 상호 연결된 구조와 각 부시스템의 데드-존 액츄에이터에서의 고장을 포함한다. 일반적으로 물리적으로 상호 연결되어 작동되는 시스템은 미지의 지연된 상호 연결 구조와 액츄에이터에서 데드-존 비선형성을 가지고 있다. 따라서, 각 부시스템들간의 미지의 상호 연결 구조와 데드-존 액츄에이터에서의 고장은 지연없이 국부적으로 보상되어야 한다.As already mentioned above, a large-scale nonlinear system according to an embodiment of the present invention includes interconnected structures with unknown time delays between each of the subsystems and failures in the dead-zone actuators of each subsystem. Generally, systems that are physically interconnected operate have dead-zone nonlinearities in the actuator and an unknown delayed interconnect structure. Thus, the unknown interconnect structure between each subsystem and the failure in the dead-zone actuator must be compensated locally without delay.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 대규모 비선형 시스템은 각 부시스템들간의 미지의 시간 지연을 갖는 물리적으로 상호 연결된 구조와 각 부시스템의 데드-존 액츄에이터에서의 고장/이상 진단 없이 미리 설정된 제어 오차 범위를 벗어나지 않고 고장을 보상할 수 있다. 이에 대해서는 하기에 의해 보다 명확히 이해될 것이다.
Therefore, the large-scale nonlinear system according to an embodiment of the present invention can be configured to have a physically interconnected structure having an unknown time delay between each of the subsystems, and a control error set in advance without diagnosing faults / faults in the dead- Failures can be compensated without leaving the range. This will be more clearly understood by the following.
도 2는 제1 실시예에 따른 대규모 비선형 시스템의 고장을 보상하는 방법을 나타낸 순서도이다.2 is a flowchart illustrating a method of compensating for a failure of a large-scale nonlinear system according to the first embodiment.
단계 210에서 각 부시스템은 제어 입력에 따른 측정 가능한 상태 변수값을 구한다.In
단계 215에서 각 부시스템은 상태 변수값에 기반한 제어 에러가 기설정된 성능 유계 범위 이내에 항상 포함되도록 이상/고장 진단 없이 제어 에러를 보상한다.Each subsystem in
여기서, 각 부시스템은 고장 발생 유무와 상관없이 상기 제어 에러가 상기 성능 유계 범위 이내에 포함되도록 nominal 제어를 수행할 수 있다. 또한, 각 부시스템은 고장이 발생하는 경우 상기 대규모 비선형 시스템에 대해 적응적 보상 제어를 수행할 수 있다. Here, each subsystem can perform nominal control such that the control error is included within the range of the performance tolerance regardless of whether a failure has occurred or not. In addition, each subsystem can perform adaptive compensation control for the large nonlinear system when a failure occurs.
예를 들어, 각 부시스템은 고장에 의한 동역학 변화를 보상하기 위해 함수 근사화 모델을 적용하여 함수 근사자로 모델링한 후 이에 기초하여 제어 에러가 기설정된 성능 유계 범위 이내에 포함되도록 보상하여 적응적 제어를 수행할 수 있다.For example, each subsystem uses a function approximation model to compensate for dynamic changes due to failure, modeling it as a function approximator, and then compensating the control error to be included within a predetermined performance range based on the result, can do.
이에 대해서는 하기의 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.This will be more clearly understood from the following description.
N개의 부시스템들간에 물리적으로 상호 연결된 구조와 각 부시스템의 데드-존 액츄에이터에서의 고장을 포함하는 대규모 비선형 시스템을 모델링하면 수학식 1과 같다.Modeling a large nonlinear system that includes physically interconnected structures between the N subsystems and failures in the dead-zone actuators of each subsystem is shown in Equation (1).
여기서, , , , , 는 i번째 부시스템의 상태 변수와 제어 변수를 각각 나타낸다. here, , , , , Represents the state variable and the control variable of the i-th subsystem, respectively.
는 지연된 상태 변수를 나타내고, 는 미지의 유계된 시변 지연으로, Represents a delayed state variable, 0.0 > a < / RTI > unknown,
과 을 만족한다. 여기서, , , 는 미지의 양의 상수를 나타낸다. 는 상태 변수의 초기 조건을 나타낸다. and . here, , , Represents an unknown positive constant. Represents the initial condition of the state variable.
과 는 알려진 비선형 함수를 나타내고, 는 부 시스템들간의 시간 지연된 상호 연결을 나타내는 미지의 비선형 함수를 나타낸다. and Known Represents a non-linear function, Lt; RTI ID = 0.0 > time-delayed < / RTI > Represents a nonlinear function.
미지의 비선형 항 은 고장으로 인한 i번째 부 시스템에서 시간 지연된 상호 연결 효과의 변화를 나타낸다. 은 미지의 시간()에서 발생한 고장의 시간 프로파일을 나타낸다. 는 막 시작된 초기 고장 시간과 고장이 검출된 시간 사이의 시간으로 간주될 수 있다. 여기서, 한시적 고장(incipient fault)의 경우, 이면 이고, 이면 는 단조롭게 증가한다. 돌연 고장(abrupt fault)의 경우, 이면 이고, 이면 이다. 과 은 궤환 제어 기술의 제어 안정성을 보장하기 위해 , 각각에 대해 원점으로부터 멀리 유계되며, 양수로 가정한다.Unknown Nonlinear term Represents the change in the time delayed interconnect effect in the ith subsystem due to failure. Unknown time ( ) Of the failure. Can be regarded as the time between the initial failure time just started and the time the failure is detected. Here, in the case of an incipient fault, If ego, If Lt; / RTI > increases monotonically. In the case of an abrupt fault, If ego, If to be. and To ensure control stability of feedback control technology , For each, the distance from the origin is assumed and assumed to be a positive number.
미지의 고장을 포함하는 i번째 부 시스템의 데드-존 액츄에이터()는 수학식 2와 같이 모델링될 수 있다.Dead-zone actuator of the i-th sub-system that contains an unknown fault ( ) Can be modeled as shown in Equation (2).
여기서, 는 유효한 부분적 손실을 나타내는 미지의 상수를 나타내고, 는 미지의 액츄에이터 바이어스를 나타내는 상수이다. 는 비-대칭 데드-존 비선형성으로, 수학식 3과 같다.here, Represents an unknown constant representing a valid partial loss, Is a constant indicating an unknown actuator bias. Is a non-symmetric dead-zone nonlinearity, as shown in Equation (3).
여기서, 과 은 데드-존 특유의 왼쪽 오른쪽 기울기를 나타낸다. 과 은 입력 비선형성의 중단점(break-point)를 나타낸다.here, and Represents a left-right slope characteristic of a dead-zone. and Represents the break-point of input nonlinearity.
수학식 3은 수학식 4와 같이 다시 나타낼 수 있다.Equation (3) can be rewritten as Equation (4).
여기서, 이다.here, to be.
수학식 2와 수학식 4로부터 미지의 고장을 가지는 i번째 부시스템의 데드-존 액츄에이터 모델은 수학식 5와 같이 재정의될 수 있다.From the equations (2) and (4), the dead-zone actuator model of the ith subsystem having an unknown failure can be redefined as shown in equation (5).
Remark 1: 고장이 없는 경우, 데드-존 액츄에이터 모델은 이고, 인 수학식 5로 나타낼 수 있다. 여기서, i=1,...,N이다.Remark 1: If there is no failure, the dead-zone actuator model ego, Lt; / RTI > Here, i = 1, ..., N.
Remark 2: 수학식 1은 상호 연결된 재활용 저장 탱크, 상호 연결된 통풍(wind tunnels), 전송 지연을 가지는 상호 연결된 냉각 압연기와 같이 시간 지연된 상호 연결과 데드-존 액츄에이터 고장이 영향을 미치는 실제 비선형 시간-지연 시스템을 나타낸다. 대부분의 상호 연결된 기계로 작동되는 시스템은 미지의 지연된 상호 연결과 액츄에이터에서의 데드-존 비선형성을 가지고 있다. 따라서, 이들 미지의 상호 연결과 데드-존 비선형성에서의 고장은 지연 정보 없이 국부적으로 보상되어야 한다.Remark 2: Equation 1 shows the actual nonlinear time-delay effect of time-delayed interconnections and dead-zone actuator failures, such as interconnected recycling storage tanks, interconnected wind tunnels, interconnected cooling rollers with transmission delay, System. Most interconnected machine-operated systems have unknown delayed interconnections and dead-zone non-linearities in the actuators. Thus, failures in these unknown interconnections and dead-zone nonlinearities must be compensated locally without delay information.
가정 1: 데드-존 액츄에이터의 출력()은 피드백으로 이용 가능하지 않다. 여기서, i는 1,...,N이다.Assumption 1: Output of dead-zone actuator ( ) Are not available as feedback. Here, i is 1, ..., N.
가정 2: 데드-존 파라미터 , , , 은 미지의 양수이고, , 인 미지의 상수가 존재한다. 여기서, 이고, 이다. 또한, i=1,...,N이다.Assumption 2: Dead-zone parameters , , , Is an unknown positive number, , There is an unknown constant. here, ego, to be. Also, i = 1, ..., N.
Remark 3: 가정 2에 의해, 미지의 상수(), 제어 입력()의 계수 항()은 시변하고 알려지지 않았다. 미지의 고장이 존재하는 이러한 항을 처리하는 것은 매우 어렵다.Remark 3: By assumption 2, unknown constants ( ), Control input ( ) ≪ / RTI > ) Was not always known. It is very difficult to deal with this term for which there is an unknown failure.
가정 3: 미지의 시간 지연된 상호 연결 함수() 및 고장()은 과 을 각각 만족한다. 여기서, 이고, 이며, 는 미지의 분류-K 함수이다. Assumption 3: Unknown time delayed interconnection function ( ) And failure )silver and Respectively. here, ego, Lt; Unknown Class-K function.
이러한 가정은 비선형 시간-지연 시스템의 제어 분야에서 널리 사용된다. This assumption is widely used in the field of control of nonlinear time-delay systems.
본 발명의 일 실시예에 따른 대규모 비선형 시스템의 목적은 모든 에러 표면의 과도성능이 고장 발생 순간에 미리 주어진 설정된 유계내에서 보전되는 동안 미지의 시간 지연된 상호 연결 구조와 데드-존 액츄에이터 고장이 존재하는 시스템을 위한 시간 지연된 독립적은 분산된 고장 보상 제어기를 설계하기 위한 것이다. The purpose of a large-scale nonlinear system according to an embodiment of the present invention is to detect the presence of an unknown time delayed interconnect structure and a dead-zone actuator failure while the transient performance of all error surfaces is preserved within a given set- Delayed independent, distributed fault compensation controller for the system.
Remark 4: 본 발명의 일 실시예에서는 대규모 비선형 시스템의 각 부시스템들간의 시간 지연된 상호 연결 구조에서의 고장과 데드-존 액츄에이터에서의 미지의 고장이 미리 설정된 성능 유계를 가지는 분산된 고장 제어 문제에 대해 기술하기로 한다. 또한, 시간 지연된 비선형 상호 연결 구조는 제어 입력내에서는 언매치(unmatched)된다.Remark 4: In one embodiment of the present invention, a failure in a time-delayed interconnect structure between each sub system of a large-scale nonlinear system and an unknown failure in a dead-zone actuator are detected in a distributed fault control problem Will be described. Also, the time delayed nonlinear interconnect structure is unmatched within the control input.
Remark 5: 이러한 대규모 비선형 시스템에서의 분산된 고장 보상 제어는 로컬 부시스템의 데드-존 액츄에이터와 시간 지연된 상호 연결 구조내에서 발생되는 다수의 고장으로 확장될 수 있다.Remark 5: Distributed fault-compensated control in these large-scale nonlinear systems can be extended to a number of failures occurring within dead-zone actuators and time-delayed interconnect structures in the local subsystem.
그러나, 이하에서는 이해와 설명의 편의를 도모하기 위해 데드-존 액츄에이터와 시간 지연될 상호 연결 구조에서의 단일 고장을 가정하여 이를 중심으로 설명하기로 한다.However, in order to facilitate understanding and explanation, a single failure in the interconnect structure that will be delayed with the dead-zone actuator will be described below.
본 발명의 일 실시예에 따른 제어기(110)는 제어 입력에 따른 미지의 비선형 함수를 보상하기 위해 신경망에서 사용하는 함수 근사화 기법을 적용한다.The
이하, 함수 근사화 기법에 대해 간략하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the function approximation technique will be briefly described as follows.
는 에서 로의 미지의 스무스 함수(unknown smooth fuction)이다. 함수 근사자는 꽉찬 집합(compact set)( )상의 충분한 정확도를 가지도록 임의의 미지의 비선형 함수()를 근사화할 수 있다. The in Lt; RTI ID = 0.0 > unknown < / RTI > smooth function. The function approximator is a compact set ( Lt; RTI ID = 0.0 > (e. G., ≪ / RTI & ) Can be approximated.
비선형 함수( )의 근사화 과정을 수학식으로 정리하면 수학식 6과 같다.Nonlinear function ) Is approximated by Equation (6).
여기서, 는 함수 근사자의 입력을 나타내고, 는 함수 근사자의 출력을 나타낸다. 또한, 는 복원 에러를 나타내고, 는 최적 가중치 벡터()의 예측치이며, 과 같이 정의된다.here, Represents the input of a function approximator, Represents the output of the function approximator. Also, Indicates a restoration error, Is an optimal weight vector ), ≪ / RTI > .
가정 4: 복원 에러와 최적 가중치 벡터는 각각 과 로 유계된다. 여기서, 와 는 양의 상수이고, 는 유클리드 놈을 나타낸다.Assumption 4: The reconstruction error and the optimal weight vector are and Respectively. here, Wow Is a positive constant, Represents the Euclidian.
유계된 값()은 본 발명의 일 실시예에 따른 대규모 비선형 시스템에서의 고장 보상 제어를 위해 요구되지 않으며, 이는 단지 시스템의 안정성 분석을 위해 사용된다.Stated value ( ) Is not required for failure compensation control in a large scale nonlinear system according to an embodiment of the present invention, which is only used for stability analysis of the system.
대규모 비선형 시스템의 모든 가중치의 학습을 위해 에 의한 의 테일러 급수(Taylor series)를 전개하면 수학식 7과 같다For learning of all weights of large nonlinear systems On by (Taylor series) of equation
여기서, , 및 은 고차항이다. 수학식 7을 수학식 6에 대입하면, 수학식 8과 같다.here, , And Is a high-order term. Substituting Equation (7) into Equation (6), Equation (8) is obtained.
여기서, 는 잔여 근사 에러를 나타내고, 는 예측될 수 있는 미지의 값이다.here, Represents a residual approximation error, Is an unknown value that can be predicted.
Remark 6: 신경망, 웨이블릿 신경망(wavelet neural network), 퍼지 시스템을 함수 근사자로서 사용할 수 있다.Remark 6: Neural networks, wavelet neural networks, and fuzzy systems can be used as function analyzers.
이미 전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 대규모 비선형 시스템은 미리 설정된 성능 유계 범위 내에서 미지의 데드-존 액츄에이터 고장과 언매치된 시간 지연된 상호 연결 구조에서의 고장을 진단 없이 보상할 수 있다.As described above, a large-scale nonlinear system according to an embodiment of the present invention can compensate for failures in a time-delayed interconnect structure that is unmatched with an unknown dead-zone actuator failure within a predetermined performance metric range without any diagnosis have.
본 발명의 일 실시예에 따른 대규모 비선형 시스템은 미리 설정된 성능 기반 분산된 동적 표면 설계를 통해 성능 유계에 기반한 에러 표면이 고장 발생 순간의 과도 성능을 보상할 수 있다.The large-scale nonlinear system according to an embodiment of the present invention can compensate the transient performance of the error surface based on the performance curve through the preset performance-based distributed dynamic surface design.
성능 유계 기반 에러 표면은 분산된 동적 표면 고장을 보상하기 위해 이용된다. The performance-based error surface is used to compensate for distributed dynamic surface failures.
이에 대해 설명하면 다음과 같다.This is explained as follows.
i번째 부 시스템의 에러 표면 벡터는 과 같이 정의될 수 있다. 여기서, , , , 는 i번째 부시스템의 k번째 필터링된 가상 제어 입력을 나타낸다. 에러 표면의 미리 설정된 성능은 각각의 에러()가 수학식 10과 같이 미리 설정된 유계내에서 발생되도록 함으로써 수행될 수 있다.The error surface vector of the ith subsystem is Can be defined as follows. here, , , , Represents the kth filtered virtual control input of the ith sub-system. The preset performance of the error surface depends on each error ( ) Is generated in a predetermined flow system as shown in Equation (10).
여기서, , 는 설계 상수를 나타내고, 는 성능 함수로 유계되며, 양의 감소하는 스무스 함수 이다. 는 상수이다. 성능 함수는 과 같은 지수 함수 형태로 사용된다. 여기서, , 및 는 양의 상수이고, 이며, 는 조건이 만족되면 선택된다.here, , Represents a design constant, Lt; RTI ID = 0.0 > smoothed < / RTI > function to be. Is a constant. The performance function And so on. here, , And Is a positive constant, Lt; The It is selected when the condition is satisfied.
또한, 상수()는 인위적으로 작은 값으로 조절할 수 있는 정상상태 상태에서 의 허용 가능한 최대 사이즈를 나타낸다. 감소 율()은 의 수렴 속도의 하한 유계를 나타낸다. 의 최대 오버슛은 보다 작게 설정된다. 그러므로, 성능 함수()와 상수(,)는 에러 표면()의 성능 유계내에서 적정하게 결정될 수 있다.In addition, ) Is in a steady-state condition that can be artificially adjusted to a small value ≪ / RTI > Reduction rate ( )silver The lower limit of convergence speed. The maximum overshoot of . Therefore, the performance function ( ) And constant ( , ) Is the error surface ( ) Can be appropriately determined within the performance curve.
보상부(115)의 보상을 위해, 수학식 10의 성능-유계-기반 에러 표면은 수학식 11과 같이 변형될 수 있다.For compensation of the
여기서, , , 는 변형된 에러를 나타내고, 는 전단 사상()을 포함하는 증가하는 스무스 함수를 나타낸다. 전단 사상에 의해 이 성립한다.here, , , Lt; / RTI > represents a modified error, Is the shear mapping ( ) ≪ / RTI > By shearing thought .
후보 변형 함수는 수학식 12와 같이 선택될 수 있다.The candidate distortion function can be selected as shown in Equation (12).
여기서, , 이고, 는 양의 설계 상수를 나타낸다. 만일 이면, 에 기인하여 이다.here, , ego, Represents a positive design constant. if If so, Due to to be.
Lemma 1: 에러 표면()과 변형 에러()을 고려하자. 여기서, 이고, 이다. 만일 가 유계되면, 에러 표면의 설정된 성능은 을 위해 만족된다. 즉, 수학식 10이 만족된다.Lemma 1: Error surface ( ) And deformation error ( ). here, ego, to be. if , The set performance of the error surface is Lt; / RTI > In other words, equation (10) is satisfied.
Proof : 이 유계된 후, 에 대해 이다. 로부터 수학식 10의 의 설정된 성능이 을 만족하는 것을 증명하는 이 획득될 수 있다.Proof: After that, About to be. Lt; RTI ID = 0.0 > Set performance of To prove that Can be obtained.
성능 유계 기반 에러 표면()은 수학식 11과 같고, 경계층 에러()가 수학식 13과 같이 정의하자.Performance-based error surface ( ) Is expressed by Equation (11), and the boundary layer error ) Is defined as Equation (13).
여기서, , , 는 가상 제어를 나타내고, 는 필터링된 가상 제어를 나타낸다. 이에 따라, i번째 부시스템의 k번째 가상 제어 법칙()은 과 같이 재작성될 수 있다. 여기서, 는 nominal 제어 파트이고, 는 미지의 함수와 고장을 보상하기 위한 근사화-기반 적응적 제어 파트를 나타낸다.here, , , Represents a virtual control, Represents the filtered virtual control. Thus, the kth virtual control law of the ith subsystem ( )silver Can be rewritten as shown in FIG. here, Is a nominal control part, Shows an approximation-based adaptive control part for compensating for unknown functions and faults.
Step1: 성능 유계에 기반한 제1 에러 표면을 고려하자. 수학식 1, 11, 12 및 13에서의 의 차이는 과 같다. Step 1: Consider the first error surface based on the performance metric. In Equations (1), (11), (12) and The difference between Respectively.
여기서, 를 포함한다.here, .
항은 0이 아니고, 수학식 10의 조건에 따라 잘 정의된다. The term is not zero and is well defined according to the condition of equation (10).
제1 가상 제어 법칙()의 nominal 제어 파트()는 수학식 14와 같이 설계된다.First Virtual Control Law ( ) Of the nominal control part ( ) Is designed as shown in Equation (14).
여기서, 이고, 과 는 설계 파라미터이고, , 이다. Lyapunov 후보 함수()를 로 선택하는 경우, 수학식 14의 의 시간 미분(time derivative)은 수학식 15와 같다. here, ego, and Is a design parameter, , to be. Lyapunov Candidate Function ( ) , The following equation Is the time derivative of equation (15).
가정 3을 사용하여 수학식 16 내지 18이 도출될 수 있다.Equations 16 through 18 can be derived using Assumption 3.
수학식 16 내지 18을 수학식 15에 대입하면, 수학식 19와 같다.Substituting Equations (16) to (18) into Equation (15) yields Equation (19).
여기서, 부등식 이 사용된다. 또한, 는 변수이고, 는 양의 상수이다. Here, Is used. Also, Is a variable, Is a positive constant.
필터링된 가상 제어()를 획득하기 위해, 가상 제어 입력()을 저역 통과 1차 필터를 통과시킨다. 여기서, 는 시간 상수이다. 이를 수식으로 나타내면, 수학식 20과 같다.Filtered virtual control ( ), The virtual control input ( Pass a low-pass first-order filter. here, Is a time constant. This can be expressed by the following equation (20).
Step k(k=2, ..., ): 수학식 1의 i번째 부 시스템의 k번째 등식을 고려하면, 수학식 1, 12, 및 13에서 k번째 에러 표면()의 미분은 이다. 여기서, 이다.Step k (k = 2, ..., ): Considering the kth equation of the i < th > subsystem of equation (1), the kth error surface in equations (1), ) to be. here, to be.
k번째 가상 제어()의 nominal의 제어 법칙()은 수학식 21과 같다.The kth virtual control ( ) Of the nominal control law ( ) ≪ / RTI >
여기서, , 과 는 각각 설계 파라미터이며, , 이다. here, , and Are design parameters, respectively, , to be.
Lyapunov 후보 함수()를 고려하면, 수학식 21과 , , 를 사용하면, 의 시간 미분은 수학식 22와 같다.Lyapunov Candidate Function ( ), The following equations (21) and , , If you use, ≪ EMI ID = 22.0 >
를 k번째 저역 통과 1차 필터를 통과시켜 i번째 부시스템의 k번째 필터링된 가상 제어 벡터()가 획득되며, 이를 수학식으로 나타내면 수학식 23과 같다. Pass through the k-th low-pass first-order filter to generate a k-th filtered virtual control vector ( ) Is obtained, which can be expressed by the following equation (23).
여기서, 는 시간 상수이다.
here, Is a time constant.
Step ni: 수학식 1의 부시스템의 ni 번째 등식을 고려하면, 는 ni번째 에러 표면이다. Step ni: Considering the ni th equation of the subsystem of Equation (1) Is the ni-th error surface.
수학식 1과 수학식 5를 사용하여 의 시간 미분은 다음과 같이 나타낼 수 있다.Using Equations (1) and (5) Can be expressed as follows.
여기서, , 이다.here, , to be.
따라서, 결과적으로 제어기()의 nominal 제어 항()은 수학식 24와 같다.Consequently, as a result, ) ≪ / RTI > ) ≪ / RTI >
여기서, 는 설계 파라미터이다.here, Is a design parameter.
Lyapunov 후보 함수()를 로 선택함으로서, 의 시간 미분은 수학식 25와 같다. 여기서, 는 미지의 상수이다.Lyapunov Candidate Function ( ) As a result, ≪ / RTI > here, Is an unknown constant.
여기서, 이다. here, to be.
부등식을 사용하면, 수학식 26 및 수학식 27과 같다.Using the inequality, Equation (26) and Equation (27) are obtained.
이를 수학식 25에 적용하면, 수학식 28과 같다.Applying this to Equation (25), Equation (28) is obtained.
Remark 7: 액츄에이터 고장이 고려되는 비선형 궤환 시스템을 위한 벡스테핑 설계를 사용하여 고장을 보상한 제어가 확장될 수 있다. 또한, 미리 설정된 성능 유계는 백스테핑 설계 과정의 최초 에러 정의를 위해 사용될 수 있다. Remark 7: Fault-compensated control can be extended using Beck stepping design for nonlinear feedback systems where actuator failure is considered. In addition, a predetermined performance metric can be used for the initial error definition of the backstepping design process.
그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 대규모 비선형 시스템은 N개의 부시스템들이 물리적으로 상호 연결된 구조에서의 고장과 데드-존 액츄에이터에서의 고장을 포함하는 고장 보상에 관한 것이다.However, a large-scale nonlinear system according to an embodiment of the present invention relates to failure compensation including failures in a structure in which N subsystems are physically interconnected and failures in a dead-zone actuator.
따라서, 미리 설정된 성능 유계는 수학식 11과 같은 동적 표면 설계 과정내의 에러 표면의 정의를 위해 사용되며, 수학식 21의 가상 제어 법칙에서 은 에러 동역학 내에서 를 다루기 위해 설계된다.
Thus, the predetermined performance metric is used for the definition of the error surface in the dynamic surface design process, such as Equation 11, and in the virtual control law of Equation 21 Lt; RTI ID = 0.0 > . ≪ / RTI >
본 발명의 일 실시예에 따른 제어기(110)는 시간 지연된 상호 연결과 데드-존 액츄에이터 고장에 기인한 동역학내의 변화를 보상하기 위한 함수 근사화 모델과 적응적 제어를 수행한다. The
이하에서는 이에 대해 설명하기로 한다.Hereinafter, this will be described.
Remark 8: 수학식 11의 성능 유계 기반 에러 표면은 다음과 같이 정리될 수 있다. 여기서, i=1, ..., N이고, 이다. 가정 3과 감소하는 함수()의 유계에 의해, 과 이 쉽게 획득될 수 있다. 여기서, 과 은 필터링된 가상 제어(), 과 에 제시된 미지의 분류-K 함수이다. Remark 8: The performance-based error surface of Equation 11 can be summarized as follows. Here, i = 1, ..., N, to be. Assumption 3 and decreasing function ( ), and Can be easily obtained. here, and Is a filtered virtual control ( ), and Unknown Class-K function.
또한, 과 이 존재한다.Also, and Lt; / RTI >
고장을 보상하기 위한 함수 근사화 기반 분산된 가상 제어기와 실제 제어기는 수학식 29 및 32와 같이 정의된다. The functional approximation-based distributed virtual controller and the real controller to compensate for the failure are defined as shown in equations (29) and (32).
여기서, , , 와 는 튜닝 파라미터이고, 과 는 -조정을 위한 양의 상수이고, , 과 는 과 의 예측치이다. 또한, 는 비선형 함수인 의 예측치이며, 는 비선형 함수인 의 예측치이다.here, , , Wow Is a tuning parameter, and The - a positive constant for adjustment, , and The and . Also, Is a nonlinear function , ≪ / RTI > Is a nonlinear function .
, , , , 이다. 여기서, 를 포함한다. 과 은 이론 1의 증명내에서 설명된 안정성 분석 과정에서 제시되어 있다. , , , , to be. here, . and Is presented in the stability analysis process described in the proof of theory 1.
안정성 분석과 함수 근사화 기반 고장 보상을 통한 적응적 제어를 위해, Lyapunov-Krasovskii 함수 항()을 포함하는 전체 Lyapunov 함수 후보 V를 고려하면, 수학식 36과 같다.For adaptive control through stability analysis and function approximation based fault compensation, the Lyapunov-Krasovskii function term ( ), The following equation (36) is obtained.
여기서, , , here, , ,
. .
Theorem 1: 미지의 시변 지연된 상호 연결 구조에서의 고장과 데드-존 액츄에이터 고장을 갖는 대규모 시스템, 수학식 14, 21, 24의 분산된 nominal 제어, 수학식 29-34의 함수 근사화 모델에 기반한 분산된 적응적 제어기로 구성되는 폐루프 고장 보상 제어를 고려하기로 한다.Theorem 1: Large-scale system with fault and dead-zone actuator failures in unknown time-varying delayed interconnect structures, distributed nominal control of equations 14, 21 and 24, decentralized control based on functionally approximated models of equations 29-34 Consider a closed loop fault compensation control consisting of an adaptive controller.
가정 1-4 아래서, , 을 만족하는 초기 조건을 위해, 폐루프 시스템의 모든 신호는 균일하게 유계되고, 에러 표면()은 조절 가능하게 원점 근처로 수렴된다. Under Home 1-4, , All signals of the closed-loop system are uniformly distributed, and the error surface (< RTI ID = 0.0 > ) Converge to near the origin adjustably.
또한, 모든 시스템 상태의 일시적인 성능은 미지의 시간 지연된 비선형 상호 연결 구조에서의 고장과 데드-존 액츄에이터 고장에도 불구하고, 에 대해 미리 설정된 성능 유계 내에서 보증된다.In addition, the transient performance of all system states, despite failure in the unknown time delayed nonlinear interconnect structure and dead-zone actuator failure, Within a predetermined performance metric.
증명: 경계 에러 표면의 동역학은 수학식 37 내지 38과 같다고 가정하자.Proof: Assume that the dynamics of the boundary error surface are as shown in equations (37) to (38).
여기서, , , 과 는 가상 제어기의 도함수를 의미하는 연속 함수이다.here, , , and Is a continuous function representing the derivative of the virtual controller.
수학식 19, 22, 28, 37 및 38에 의해 V의 시변은 수학식 39와 같이 나타낼 수 있다.The time variations of V can be expressed by Equation (39) by Equations (19), (22), (28), (37)
과 Remark 8을 사용하여 수학식 39는 수학식 40과 같이 정리될 수 있다. And Remark 8, Equation (39) can be summarized as Equation (40).
수학식 29, 32 및 40을 사용하면 수학식 41이 획득될 수 있다.Using Equations (29), (32) and (40), Equation (41) can be obtained.
여기서, 는 수학식 34 및 35로부터 파생되며, 이 사용된다.here, Is derived from Equations (34) and (35) Is used.
수학식 8, 9, 30, 31, 33 및 34로부터 이 부등식은 다음과 같이 정리될 수 있다.From equations (8), (9), (30), (31), and (33), this inequality can be summarized as follows.
집합 는 로 정의된다. 여기서, , 이다. 가 내에서 컴팩트 집합이므로, 이 존재하며, 에서 이다. 여기서, 는 의 차원을 나타낸다.set The . here, , to be. end Because it is a compact set within, Lt; / RTI > in to be. here, The .
을 선택하고, 과 을 사용하여, 다음과 같이 정리될 수 있다. ≪ / RTI > and Can be summarized as follows.
여기서, 이다.here, to be.
상의 이므로, 부등식은 이 된다. 여기서, 는 로 선택되며, , , 이다. top Therefore, the inequality . here, The Lt; / RTI > , , to be.
상기의 부등식은 이면, 에서 은 것을 의미한다. 따라서, 는 불변 집합이다. 예를 들어, 이면, 에 대해 이다. 시간에 대해 부등식을 적분하면, 수학식 42를 획득할 수 있다.The inequality above If so, in . therefore, Is an invariant set. E.g, If so, About to be. Integrating the inequality for time can yield equation (42).
를 사용하면, 이 만족된다. If you use, Is satisfied.
따라서, 시간이 증가함에 따라, 변형된 에러 표면은 지수적으로 컴팩트 집합 로 유계될 수 있다.Thus, as time increases, the modified error surface exponentially becomes a compact set . ≪ / RTI >
컴팩트 집합()는 를 조정하는 것에 의해 임의적으로 작게 만들 수 있다. Lemma 1으로부터 는 유계되고, 시스템의 모든 상태의 미리 설정된 성능이 보증된다. 따라서, 일시적인 성능이 수학식 10에 미리 설정된 성능 유계 내에서 보증된다. 또한, 는 로 인해, 임의적으로 작게 줄일 수 있다.
Compact set ( ) To be arbitrarily small. From Lemma 1 And the predetermined performance of all states of the system is guaranteed. Thus, the temporary performance is guaranteed within the performance metric preset in Equation (10). Also, The , It can be arbitrarily reduced to a small size.
Remark 9: 이론 1의 증명으로부터, 설계 파라미터는 미리 설정된 성능을 보증하도록 선택될 수 있다. 성능함수()를 위한 파라미터는 일시적이고 안정적인 상태 성능 유계를 조정하기 위해 적정하게 선택될 수 있다. 과 는 과도 응답 성능 유계를 결정하고 는 정상 상태 성능의 유계를 나타낸다. 수학식 42로부터 의 과도/정상 상태 성능에 대한 만족은 초기 에러와 을 위한 명확한 설계 파라미터와 관련이 있다. 그러므로, 초기 에러를 작게 설정하고, 큰 감쇄 율()을 얻기 위해 , , 을 적절하게 선택한다. 더욱이 을 작게 만들기 위해, 과 은 고정할 수 있다. Remark 9: From the proof of theory 1, the design parameters can be chosen to ensure a preset performance. Performance function ( )for The parameters can be appropriately selected to adjust the transient and stable state performance curve. and Determines the transient response performance curve Represents the steady-state performance curve. From equation (42) The satisfaction of the transient / steady-state performance of Which is related to the clear design parameters for Therefore, the initial error is set small and the large attenuation rate ( ) To obtain , , Is appropriately selected. Furthermore In order to make small, and Can be fixed.
결론적으로, Lemma 1으로부터, 는 미리 설정된 성능 유계 내에 있는 동안 임의적으로 작게 만들 수 있다.In conclusion, from Lemma 1, May be made arbitrarily small while in the preset performance metric.
Remark 10: 분산된 적응적 벡스테핑 제어 기술은 데드-존 비선형성을 가지는 대규모 비선형 시간 지연 시스템을 위해 제안되었다. 부시스템들 사이의 지연된 출력이 상호작용되므로, 데드-존 역 모델은 제어기 설계를 위하 요구되고, 지연된 상호 작용을 위한 유계 함수와 미지의 비선형성이 알려지게 된다. Remark 10: Distributed adaptive beck stepping control technique is proposed for large nonlinear time delay systems with dead-zone nonlinearity. Since the delayed outputs between subsystems are interacted, the dead - zone inverse model is required for controller design, and the derivative functions and unknown nonlinearities for delayed interactions are known.
그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 대규모 비선형 시스템은 모든 지연된 상태 변수와 관련이 있는 부시스템들 사이의 상호 연결을 고려하며, 데드-존 역 모델과 유계 함수의 지식은 제어기 설계를 위해 요구되지 않는다. However, a large nonlinear system according to an embodiment of the present invention considers interconnection between subsystems associated with all delayed state variables, and knowledge of the dead-zone inverse model and the derivative functions is not required for controller design Do not.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 대규모 비선형 시스템의 시간 지연된 상호 연결 구조와 데드-존 액츄에이터 분산 고장 보상 방법은 미리 설정된 성능 기반 동적 표면 설계를 가지는 과도/정상 상태 성능은 미리 설정된 유계내에서 보증되며, 가상 제어기의 반복된 미분을 요구하지 않기 때문에 백스테핑 제어기보다 간단하다.In addition, the time-delayed interconnect structure and the dead-zone actuator dispersion fault compensation method of a large-scale nonlinear system according to an embodiment of the present invention is characterized in that the transient / steady-state performance having a predetermined performance- And is simpler than the back stepping controller since it does not require repeated derivatives of the virtual controller.
수학식 29와 32의 분산된 고장 보상 제어는 부시스템의 상태 변수에 관련된 언매치된 시간 지연된 상호 연결에도 불구하고, 데드-존 비선형성을 보상하고, 시간 지연된 상호 연결 구조의 고장을 보상하기 위해, 하나 또는 세개 입력을 가지는 함수 근사자를 포함한다. 특히 수학식 32의 함수 근사자의 절대값과 수학식 34의 적응 법칙을 위한 수학식 35의 조건은 Remark 3의 데드-존 비선형성에 의해 야기되는 미지의 제어 항() 처리를 위해 설계된다.
The distributed fault compensation control of equations (29) and (32) can be used to compensate for dead-zone nonlinearity and to compensate for the failure of the time delayed interconnect structure, despite the unmatched time delayed interconnections associated with the state variables of the subsystem , A function approximator with one or three inputs. In particular, the absolute value of the function approximator of Equation (32) and the condition of Equation (35) for the adaptation law of Equation (34) are the unknown control term caused by the dead-zone nonlinearity of Remark 3 ) Processing.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention as defined in the appended claims. It will be understood that the invention may be varied and varied without departing from the scope of the invention.
110: 제어기
115: 보상부110:
115:
Claims (11)
제어 입력에 따라 상기 부시스템을 제어하는 제어기; 및
상기 제어 입력에 따른 상기 부시스템의 측정 가능한 상태 변수값에 기반한 제어 에러가 기설정된 성능 유계 범위 이내에 포함되도록 고장진단 없이 상기 제어 에러를 보상하는 보상부를 포함하되,
상기 보상부는,
상기 고장에 의한 동역학 변화를 보상하기 위해 함수 근사화 모델(function approximation model)과 에러 변형에 기반하여 상기 제어 에러를 기설정된 성능 유계 범위 이내에 포함되도록 고장진단 없이 보상하되,
상기 제어기는 nominal 제어기와 적응 고장 분산 제어기를 포함하고,
상기 nominal 제어기는 고장 발생 유무와 상관없이 상기 제어 에러가 상기 성능 유계 범위 이내에 포함되도록 상기 대규모 비선형 시스템에 대해 nominal 제어를 수행하며, 상기 적응 고장 분산 제어기는, 고장이 발생하는 경우 상기 대규모 비선형 시스템에 대해 적응적 보상 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 부시스템.
For each subsystem included in a large nonlinear system,
A controller for controlling the sub-system according to a control input; And
And a compensation unit for compensating the control error without a failure diagnosis such that a control error based on a measurable state variable value of the subsystem according to the control input is included within a predetermined performance inheritance range,
Wherein the compensation unit comprises:
Compensating the control error to be included within a predetermined performance range based on a function approximation model and error distortion to compensate for the dynamic change due to the failure,
The controller comprising a nominal controller and an adaptive fault distribution controller,
Wherein the nominal controller performs nominal control on the large scale nonlinear system such that the control error is included within the performance range regardless of whether a failure has occurred and the adaptive failure distribution controller is configured to control the large non- And performs adaptive compensation control on the sub-system.
상기 고장은 데드-존(dead-zone) 액츄에이터 고장과 부시스템들간의 시간 지연된 연결 구조에서의 고장을 포함하는 것을 특징으로 하는 부시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the failure includes a failure in a dead-zone actuator failure and a time delayed connection between subsystems.
상기 제어 에러는 하기 수학식에 따른 성능 유계 범위 이내로 제한되는 것을 특징으로 하는 부시스템.
여기서, 는 제어 에러를 나타내고, 는 설계 상수를 나타내고, 는 유계된 성능 함수이고, t는 시간을 나타냄.
The method according to claim 1,
Wherein the control error is limited within a range of performance ratios according to the following equation.
here, Lt; / RTI > represents a control error, Represents a design constant, Is the relatived performance function, and t is the time.
상기 제어기는 상기 제어 입력을 1차 필터를 통과시키는 것을 특징으로 하는 부 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the controller passes the control input through a first filter.
상기 대규모 비선형 시스템은 복수의 부시스템이 물리적으로 상호 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 부시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the large nonlinear system is a plurality of subsystems physically interconnected.
각 부시스템의 제어 입력에 따른 측정 가능한 상태 변수값을 구하는 단계;
상기 상태 변수값에 기반한 제어 에러가 기설정된 성능 유계 범위 이내에 포함되도록 고장진단 없이 상기 제어 에러를 보상하는 단계;
고장 발생 유무와 상관없이 상기 제어 에러가 상기 성능 유계 범위 이내에 포함되도록 상기 대규모 비선형 시스템에 대해 nominal 제어를 수행하는 단계; 및
고장이 발생하는 경우, 상기 대규모 비선형 시스템에 대해 적응적 보상 제어를 수행하는 단계를 포함하되,
상기 적응적 보상 제어를 수행하는 단계는,
상기 고장에 의한 동역학 변화를 보상하기 위해 함수 근사화 모델(function approximation model)을 적용하여 함수 근사자로 모델링하는 단계; 및
상기 모델링에 기초하여 상기 제어 에러를 상기 기설정된 성능 유계 범위 이내에 포함되도록 보상하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고장 보상 방법.
A method of compensating for a failure in each subsystem included in a large nonlinear system, the subsystem including a failure in a time delayed connection structure between a dead-zone actuator failure and subsystems,
Obtaining a measurable state variable value according to a control input of each sub system;
Compensating the control error without a fault diagnosis such that a control error based on the state variable value is included within a predetermined performance range;
Performing nominal control on the large-scale nonlinear system such that the control error is included within the range of the performance metric, irrespective of the occurrence of a fault; And
Performing adaptive compensation control on the large nonlinear system when a failure occurs,
Wherein performing the adaptive compensation control comprises:
Modeling a function approximation model by applying a function approximation model to compensate for the dynamic change due to the failure; And
And compensating for the control error to be included within the predetermined performance range based on the modeling.
A computer-readable recording medium having recorded thereon a program code for performing the method according to claim 8.
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