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KR101564888B1 - Decentralized fault compensation method and apparatus of large-scale nonlinear systems - Google Patents

Decentralized fault compensation method and apparatus of large-scale nonlinear systems Download PDF

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KR101564888B1
KR101564888B1 KR1020150094724A KR20150094724A KR101564888B1 KR 101564888 B1 KR101564888 B1 KR 101564888B1 KR 1020150094724 A KR1020150094724 A KR 1020150094724A KR 20150094724 A KR20150094724 A KR 20150094724A KR 101564888 B1 KR101564888 B1 KR 101564888B1
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유성진
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중앙대학교 산학협력단
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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

대규모 비선형 시스템의 분산 고장 제어 방법 및 그 장치{Decentralized fault compensation method and apparatus of large-scale nonlinear systems}[0002] Decentralized fault compensation methods and apparatuses for large-scale nonlinear systems [

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,

Figure 112015064468446-pat00001
Figure 112015064468446-pat00001

여기서,

Figure 112015064468446-pat00002
는 제어 에러를 나타내고,
Figure 112015064468446-pat00003
는 설계 상수를 나타내고,
Figure 112015064468446-pat00004
는 유계된 성능 함수이며, t는 시간을 나타낸다.here,
Figure 112015064468446-pat00002
Lt; / RTI > represents a control error,
Figure 112015064468446-pat00003
Represents a design constant,
Figure 112015064468446-pat00004
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 controller 110 and a compensation unit 115.

제어기(110)는 제어 입력에 따라 부시스템을 제어하기 위한 수단이다.The controller 110 is a means for controlling the subsystem according to the control input.

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 controller 110 is a means for controlling the subsystem to follow the desired signal at the output of each subsystem.

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 controller 110 may generate a control input such that the control error does not deviate regardless of whether the performance range is faulty. In addition, the controller 110 includes a nominal controller in a state in which no failure has occurred, and a failure compensation controller that performs adaptive control by compensating the failure after occurrence of a failure. This will be more clearly understood from the following description.

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 compensation unit 115 compensates for the control error based on the measurable state variable value of the subsystem according to the control input without any failure diagnosis so that the control error is always included within the predetermined performance inheritance range.

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 step 210, each sub-system obtains a measurable state variable value according to the control input.

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 step 215 compensates for the control error without anomaly / failure diagnosis so that the control error based on the state variable value is always included within the predetermined performance metric range.

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).

Figure 112015064468446-pat00005
Figure 112015064468446-pat00005

여기서,

Figure 112015064468446-pat00006
,
Figure 112015064468446-pat00007
,
Figure 112015064468446-pat00008
,
Figure 112015064468446-pat00009
Figure 112015064468446-pat00010
,
Figure 112015064468446-pat00011
는 i번째 부시스템의 상태 변수와 제어 변수를 각각 나타낸다. here,
Figure 112015064468446-pat00006
,
Figure 112015064468446-pat00007
,
Figure 112015064468446-pat00008
,
Figure 112015064468446-pat00009
Figure 112015064468446-pat00010
,
Figure 112015064468446-pat00011
Represents the state variable and the control variable of the i-th subsystem, respectively.

Figure 112015064468446-pat00012
Figure 112015064468446-pat00013
는 지연된 상태 변수를 나타내고,
Figure 112015064468446-pat00014
는 미지의 유계된 시변 지연으로,
Figure 112015064468446-pat00012
Figure 112015064468446-pat00013
Represents a delayed state variable,
Figure 112015064468446-pat00014
0.0 > a < / RTI > unknown,

Figure 112015064468446-pat00015
Figure 112015064468446-pat00016
을 만족한다. 여기서,
Figure 112015064468446-pat00017
,
Figure 112015064468446-pat00018
,
Figure 112015064468446-pat00019
는 미지의 양의 상수를 나타낸다.
Figure 112015064468446-pat00020
는 상태 변수의 초기 조건을 나타낸다.
Figure 112015064468446-pat00015
and
Figure 112015064468446-pat00016
. here,
Figure 112015064468446-pat00017
,
Figure 112015064468446-pat00018
,
Figure 112015064468446-pat00019
Represents an unknown positive constant.
Figure 112015064468446-pat00020
Represents the initial condition of the state variable.

Figure 112015064468446-pat00021
Figure 112015064468446-pat00022
는 알려진
Figure 112015064468446-pat00023
비선형 함수를 나타내고,
Figure 112015064468446-pat00024
는 부 시스템들간의 시간 지연된 상호 연결을 나타내는 미지의
Figure 112015064468446-pat00025
비선형 함수를 나타낸다.
Figure 112015064468446-pat00021
and
Figure 112015064468446-pat00022
Known
Figure 112015064468446-pat00023
Represents a non-linear function,
Figure 112015064468446-pat00024
Lt; RTI ID = 0.0 > time-delayed < / RTI >
Figure 112015064468446-pat00025
Represents a nonlinear function.

미지의

Figure 112015064468446-pat00026
비선형 항
Figure 112015064468446-pat00027
은 고장으로 인한 i번째 부 시스템에서 시간 지연된 상호 연결 효과의 변화를 나타낸다.
Figure 112015064468446-pat00028
은 미지의 시간(
Figure 112015064468446-pat00029
)에서 발생한 고장의 시간 프로파일을 나타낸다.
Figure 112015064468446-pat00030
는 막 시작된 초기 고장 시간과 고장이 검출된 시간 사이의 시간으로 간주될 수 있다. 여기서, 한시적 고장(incipient fault)의 경우,
Figure 112015064468446-pat00031
이면
Figure 112015064468446-pat00032
이고,
Figure 112015064468446-pat00033
이면
Figure 112015064468446-pat00034
는 단조롭게 증가한다. 돌연 고장(abrupt fault)의 경우,
Figure 112015064468446-pat00035
이면
Figure 112015064468446-pat00036
이고,
Figure 112015064468446-pat00037
이면
Figure 112015064468446-pat00038
이다.
Figure 112015064468446-pat00039
Figure 112015064468446-pat00040
은 궤환 제어 기술의 제어 안정성을 보장하기 위해
Figure 112015064468446-pat00041
,
Figure 112015064468446-pat00042
각각에 대해 원점으로부터 멀리 유계되며, 양수로 가정한다.Unknown
Figure 112015064468446-pat00026
Nonlinear term
Figure 112015064468446-pat00027
Represents the change in the time delayed interconnect effect in the ith subsystem due to failure.
Figure 112015064468446-pat00028
Unknown time (
Figure 112015064468446-pat00029
) Of the failure.
Figure 112015064468446-pat00030
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,
Figure 112015064468446-pat00031
If
Figure 112015064468446-pat00032
ego,
Figure 112015064468446-pat00033
If
Figure 112015064468446-pat00034
Lt; / RTI > increases monotonically. In the case of an abrupt fault,
Figure 112015064468446-pat00035
If
Figure 112015064468446-pat00036
ego,
Figure 112015064468446-pat00037
If
Figure 112015064468446-pat00038
to be.
Figure 112015064468446-pat00039
and
Figure 112015064468446-pat00040
To ensure control stability of feedback control technology
Figure 112015064468446-pat00041
,
Figure 112015064468446-pat00042
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(

Figure 112015064468446-pat00043
)는 수학식 2와 같이 모델링될 수 있다.Dead-zone actuator of the i-th sub-system that contains an unknown fault (
Figure 112015064468446-pat00043
) Can be modeled as shown in Equation (2).

Figure 112015064468446-pat00044
Figure 112015064468446-pat00044

여기서,

Figure 112015064468446-pat00045
는 유효한 부분적 손실을 나타내는 미지의 상수를 나타내고,
Figure 112015064468446-pat00046
는 미지의 액츄에이터 바이어스를 나타내는 상수이다.
Figure 112015064468446-pat00047
는 비-대칭 데드-존 비선형성으로, 수학식 3과 같다.here,
Figure 112015064468446-pat00045
Represents an unknown constant representing a valid partial loss,
Figure 112015064468446-pat00046
Is a constant indicating an unknown actuator bias.
Figure 112015064468446-pat00047
Is a non-symmetric dead-zone nonlinearity, as shown in Equation (3).

Figure 112015064468446-pat00048
Figure 112015064468446-pat00048

여기서,

Figure 112015064468446-pat00049
Figure 112015064468446-pat00050
은 데드-존 특유의 왼쪽 오른쪽 기울기를 나타낸다.
Figure 112015064468446-pat00051
Figure 112015064468446-pat00052
은 입력 비선형성의 중단점(break-point)를 나타낸다.here,
Figure 112015064468446-pat00049
and
Figure 112015064468446-pat00050
Represents a left-right slope characteristic of a dead-zone.
Figure 112015064468446-pat00051
and
Figure 112015064468446-pat00052
Represents the break-point of input nonlinearity.

수학식 3은 수학식 4와 같이 다시 나타낼 수 있다.Equation (3) can be rewritten as Equation (4).

Figure 112015064468446-pat00053
Figure 112015064468446-pat00053

여기서,

Figure 112015064468446-pat00054
이다.here,
Figure 112015064468446-pat00054
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).

Figure 112015064468446-pat00055
Figure 112015064468446-pat00055

Remark 1: 고장이 없는 경우, 데드-존 액츄에이터 모델은

Figure 112015064468446-pat00056
이고,
Figure 112015064468446-pat00057
인 수학식 5로 나타낼 수 있다. 여기서, i=1,...,N이다.Remark 1: If there is no failure, the dead-zone actuator model
Figure 112015064468446-pat00056
ego,
Figure 112015064468446-pat00057
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(

Figure 112015064468446-pat00058
)은 피드백으로 이용 가능하지 않다. 여기서, i는 1,...,N이다.Assumption 1: Output of dead-zone actuator (
Figure 112015064468446-pat00058
) Are not available as feedback. Here, i is 1, ..., N.

가정 2: 데드-존 파라미터

Figure 112015064468446-pat00059
,
Figure 112015064468446-pat00060
,
Figure 112015064468446-pat00061
,
Figure 112015064468446-pat00062
은 미지의 양수이고,
Figure 112015064468446-pat00063
,
Figure 112015064468446-pat00064
인 미지의 상수가 존재한다. 여기서,
Figure 112015064468446-pat00065
이고,
Figure 112015064468446-pat00066
Figure 112015064468446-pat00067
이다. 또한, i=1,...,N이다.Assumption 2: Dead-zone parameters
Figure 112015064468446-pat00059
,
Figure 112015064468446-pat00060
,
Figure 112015064468446-pat00061
,
Figure 112015064468446-pat00062
Is an unknown positive number,
Figure 112015064468446-pat00063
,
Figure 112015064468446-pat00064
There is an unknown constant. here,
Figure 112015064468446-pat00065
ego,
Figure 112015064468446-pat00066
Figure 112015064468446-pat00067
to be. Also, i = 1, ..., N.

Remark 3: 가정 2에 의해, 미지의 상수(

Figure 112015064468446-pat00068
), 제어 입력(
Figure 112015064468446-pat00069
)의 계수 항(
Figure 112015064468446-pat00070
)은 시변하고 알려지지 않았다. 미지의 고장이 존재하는 이러한 항을 처리하는 것은 매우 어렵다.Remark 3: By assumption 2, unknown constants (
Figure 112015064468446-pat00068
), Control input (
Figure 112015064468446-pat00069
) ≪ / RTI >
Figure 112015064468446-pat00070
) 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(

Figure 112015064468446-pat00071
) 및 고장(
Figure 112015064468446-pat00072
)은
Figure 112015064468446-pat00073
Figure 112015064468446-pat00074
Figure 112015064468446-pat00075
을 각각 만족한다. 여기서,
Figure 112015064468446-pat00076
이고,
Figure 112015064468446-pat00077
이며,
Figure 112015064468446-pat00078
는 미지의
Figure 112015064468446-pat00079
분류-K 함수이다. Assumption 3: Unknown time delayed interconnection function (
Figure 112015064468446-pat00071
) And failure
Figure 112015064468446-pat00072
)silver
Figure 112015064468446-pat00073
and
Figure 112015064468446-pat00074
Figure 112015064468446-pat00075
Respectively. here,
Figure 112015064468446-pat00076
ego,
Figure 112015064468446-pat00077
Lt;
Figure 112015064468446-pat00078
Unknown
Figure 112015064468446-pat00079
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 controller 110 according to an exemplary embodiment of the present invention applies a function approximation technique used in a neural network to compensate for an unknown nonlinear function according to a control input.

이하, 함수 근사화 기법에 대해 간략하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the function approximation technique will be briefly described as follows.

Figure 112015064468446-pat00080
Figure 112015064468446-pat00081
에서
Figure 112015064468446-pat00082
로의 미지의 스무스 함수(unknown smooth fuction)이다. 함수 근사자는 꽉찬 집합(compact set)(
Figure 112015064468446-pat00083
)상의 충분한 정확도를 가지도록 임의의 미지의 비선형 함수(
Figure 112015064468446-pat00084
)를 근사화할 수 있다.
Figure 112015064468446-pat00080
The
Figure 112015064468446-pat00081
in
Figure 112015064468446-pat00082
Lt; RTI ID = 0.0 > unknown < / RTI > smooth function. The function approximator is a compact set (
Figure 112015064468446-pat00083
Lt; RTI ID = 0.0 > (e. G., ≪ / RTI &
Figure 112015064468446-pat00084
) Can be approximated.

비선형 함수(

Figure 112015064468446-pat00085
Figure 112015064468446-pat00086
)의 근사화 과정을 수학식으로 정리하면 수학식 6과 같다.Nonlinear function
Figure 112015064468446-pat00085
Figure 112015064468446-pat00086
) Is approximated by Equation (6).

Figure 112015064468446-pat00087
Figure 112015064468446-pat00087

여기서,

Figure 112015064468446-pat00088
는 함수 근사자의 입력을 나타내고,
Figure 112015064468446-pat00089
는 함수 근사자의 출력을 나타낸다. 또한,
Figure 112015064468446-pat00090
는 복원 에러를 나타내고,
Figure 112015064468446-pat00091
는 최적 가중치 벡터(
Figure 112015064468446-pat00092
)의 예측치이며,
Figure 112015064468446-pat00093
과 같이 정의된다.here,
Figure 112015064468446-pat00088
Represents the input of a function approximator,
Figure 112015064468446-pat00089
Represents the output of the function approximator. Also,
Figure 112015064468446-pat00090
Indicates a restoration error,
Figure 112015064468446-pat00091
Is an optimal weight vector
Figure 112015064468446-pat00092
), ≪ / RTI >
Figure 112015064468446-pat00093
.

가정 4: 복원 에러와 최적 가중치 벡터는 각각

Figure 112015064468446-pat00094
Figure 112015064468446-pat00095
로 유계된다. 여기서,
Figure 112015064468446-pat00096
Figure 112015064468446-pat00097
는 양의 상수이고,
Figure 112015064468446-pat00098
는 유클리드 놈을 나타낸다.Assumption 4: The reconstruction error and the optimal weight vector are
Figure 112015064468446-pat00094
and
Figure 112015064468446-pat00095
Respectively. here,
Figure 112015064468446-pat00096
Wow
Figure 112015064468446-pat00097
Is a positive constant,
Figure 112015064468446-pat00098
Represents the Euclidian.

유계된 값(

Figure 112015064468446-pat00099
)은 본 발명의 일 실시예에 따른 대규모 비선형 시스템에서의 고장 보상 제어를 위해 요구되지 않으며, 이는 단지 시스템의 안정성 분석을 위해 사용된다.Stated value (
Figure 112015064468446-pat00099
) 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

Figure 112015064468446-pat00100
에 의한
Figure 112015064468446-pat00101
의 테일러 급수(Taylor series)를 전개하면 수학식 7과 같다For learning of all weights of large nonlinear systems
Figure 112015064468446-pat00100
On by
Figure 112015064468446-pat00101
(Taylor series) of equation

Figure 112015064468446-pat00102
Figure 112015064468446-pat00102

여기서,

Figure 112015064468446-pat00103
,
Figure 112015064468446-pat00104
Figure 112015064468446-pat00105
은 고차항이다. 수학식 7을 수학식 6에 대입하면, 수학식 8과 같다.here,
Figure 112015064468446-pat00103
,
Figure 112015064468446-pat00104
And
Figure 112015064468446-pat00105
Is a high-order term. Substituting Equation (7) into Equation (6), Equation (8) is obtained.

Figure 112015064468446-pat00106
Figure 112015064468446-pat00106

Figure 112015064468446-pat00107
Figure 112015064468446-pat00107

여기서,

Figure 112015064468446-pat00108
는 잔여 근사 에러를 나타내고,
Figure 112015064468446-pat00109
는 예측될 수 있는 미지의 값이다.here,
Figure 112015064468446-pat00108
Represents a residual approximation error,
Figure 112015064468446-pat00109
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

Figure 112015064468446-pat00110
Figure 112015064468446-pat00111
과 같이 정의될 수 있다. 여기서,
Figure 112015064468446-pat00112
,
Figure 112015064468446-pat00113
,
Figure 112015064468446-pat00114
,
Figure 112015064468446-pat00115
Figure 112015064468446-pat00116
는 i번째 부시스템의 k번째 필터링된 가상 제어 입력을 나타낸다. 에러 표면의 미리 설정된 성능은 각각의 에러(
Figure 112015064468446-pat00117
)가 수학식 10과 같이 미리 설정된 유계내에서 발생되도록 함으로써 수행될 수 있다.The error surface vector of the ith subsystem is
Figure 112015064468446-pat00110
Figure 112015064468446-pat00111
Can be defined as follows. here,
Figure 112015064468446-pat00112
,
Figure 112015064468446-pat00113
,
Figure 112015064468446-pat00114
,
Figure 112015064468446-pat00115
Figure 112015064468446-pat00116
Represents the kth filtered virtual control input of the ith sub-system. The preset performance of the error surface depends on each error (
Figure 112015064468446-pat00117
) Is generated in a predetermined flow system as shown in Equation (10).

Figure 112015064468446-pat00118
Figure 112015064468446-pat00118

여기서,

Figure 112015064468446-pat00119
,
Figure 112015064468446-pat00120
Figure 112015064468446-pat00121
는 설계 상수를 나타내고,
Figure 112015064468446-pat00122
는 성능 함수로 유계되며, 양의 감소하는 스무스 함수
Figure 112015064468446-pat00123
이다.
Figure 112015064468446-pat00124
는 상수이다. 성능 함수는
Figure 112015064468446-pat00125
과 같은 지수 함수 형태로 사용된다. 여기서,
Figure 112015064468446-pat00126
,
Figure 112015064468446-pat00127
Figure 112015064468446-pat00128
는 양의 상수이고,
Figure 112015064468446-pat00129
이며,
Figure 112015064468446-pat00130
Figure 112015064468446-pat00131
조건이 만족되면 선택된다.here,
Figure 112015064468446-pat00119
,
Figure 112015064468446-pat00120
Figure 112015064468446-pat00121
Represents a design constant,
Figure 112015064468446-pat00122
Lt; RTI ID = 0.0 > smoothed < / RTI > function
Figure 112015064468446-pat00123
to be.
Figure 112015064468446-pat00124
Is a constant. The performance function
Figure 112015064468446-pat00125
And so on. here,
Figure 112015064468446-pat00126
,
Figure 112015064468446-pat00127
And
Figure 112015064468446-pat00128
Is a positive constant,
Figure 112015064468446-pat00129
Lt;
Figure 112015064468446-pat00130
The
Figure 112015064468446-pat00131
It is selected when the condition is satisfied.

또한, 상수(

Figure 112015064468446-pat00132
)는 인위적으로 작은 값으로 조절할 수 있는 정상상태 상태에서
Figure 112015064468446-pat00133
의 허용 가능한 최대 사이즈를 나타낸다. 감소 율(
Figure 112015064468446-pat00134
)은
Figure 112015064468446-pat00135
의 수렴 속도의 하한 유계를 나타낸다.
Figure 112015064468446-pat00136
의 최대 오버슛은
Figure 112015064468446-pat00137
보다 작게 설정된다. 그러므로, 성능 함수(
Figure 112015064468446-pat00138
)와 상수(
Figure 112015064468446-pat00139
,
Figure 112015064468446-pat00140
)는 에러 표면(
Figure 112015064468446-pat00141
)의 성능 유계내에서 적정하게 결정될 수 있다.In addition,
Figure 112015064468446-pat00132
) Is in a steady-state condition that can be artificially adjusted to a small value
Figure 112015064468446-pat00133
≪ / RTI > Reduction rate (
Figure 112015064468446-pat00134
)silver
Figure 112015064468446-pat00135
The lower limit of convergence speed.
Figure 112015064468446-pat00136
The maximum overshoot of
Figure 112015064468446-pat00137
. Therefore, the performance function (
Figure 112015064468446-pat00138
) And constant (
Figure 112015064468446-pat00139
,
Figure 112015064468446-pat00140
) Is the error surface (
Figure 112015064468446-pat00141
) 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 compensation unit 115, the performance-based-based error surface of Equation (10) can be modified as shown in Equation (11).

Figure 112015064468446-pat00142
Figure 112015064468446-pat00142

여기서,

Figure 112015064468446-pat00143
,
Figure 112015064468446-pat00144
,
Figure 112015064468446-pat00145
는 변형된 에러를 나타내고,
Figure 112015064468446-pat00146
는 전단 사상(
Figure 112015064468446-pat00147
)을 포함하는 증가하는 스무스 함수를 나타낸다. 전단 사상에 의해
Figure 112015064468446-pat00148
이 성립한다.here,
Figure 112015064468446-pat00143
,
Figure 112015064468446-pat00144
,
Figure 112015064468446-pat00145
Lt; / RTI > represents a modified error,
Figure 112015064468446-pat00146
Is the shear mapping (
Figure 112015064468446-pat00147
) ≪ / RTI > By shearing thought
Figure 112015064468446-pat00148
.

후보 변형 함수는 수학식 12와 같이 선택될 수 있다.The candidate distortion function can be selected as shown in Equation (12).

Figure 112015064468446-pat00149
Figure 112015064468446-pat00149

여기서,

Figure 112015064468446-pat00150
,
Figure 112015064468446-pat00151
이고,
Figure 112015064468446-pat00152
는 양의 설계 상수를 나타낸다. 만일
Figure 112015064468446-pat00153
이면,
Figure 112015064468446-pat00154
에 기인하여
Figure 112015064468446-pat00155
이다.here,
Figure 112015064468446-pat00150
,
Figure 112015064468446-pat00151
ego,
Figure 112015064468446-pat00152
Represents a positive design constant. if
Figure 112015064468446-pat00153
If so,
Figure 112015064468446-pat00154
Due to
Figure 112015064468446-pat00155
to be.

Lemma 1: 에러 표면(

Figure 112015064468446-pat00156
)과 변형 에러(
Figure 112015064468446-pat00157
)을 고려하자. 여기서,
Figure 112015064468446-pat00158
이고,
Figure 112015064468446-pat00159
이다. 만일
Figure 112015064468446-pat00160
가 유계되면, 에러 표면의 설정된 성능은
Figure 112015064468446-pat00161
을 위해 만족된다. 즉, 수학식 10이 만족된다.Lemma 1: Error surface (
Figure 112015064468446-pat00156
) And deformation error (
Figure 112015064468446-pat00157
). here,
Figure 112015064468446-pat00158
ego,
Figure 112015064468446-pat00159
to be. if
Figure 112015064468446-pat00160
, The set performance of the error surface is
Figure 112015064468446-pat00161
Lt; / RTI > In other words, equation (10) is satisfied.

Proof :

Figure 112015064468446-pat00162
이 유계된 후,
Figure 112015064468446-pat00163
에 대해
Figure 112015064468446-pat00164
이다.
Figure 112015064468446-pat00165
Figure 112015064468446-pat00166
로부터 수학식 10의
Figure 112015064468446-pat00167
의 설정된 성능이
Figure 112015064468446-pat00168
을 만족하는 것을 증명하는
Figure 112015064468446-pat00169
이 획득될 수 있다.Proof:
Figure 112015064468446-pat00162
After that,
Figure 112015064468446-pat00163
About
Figure 112015064468446-pat00164
to be.
Figure 112015064468446-pat00165
Figure 112015064468446-pat00166
Lt; RTI ID = 0.0 >
Figure 112015064468446-pat00167
Set performance of
Figure 112015064468446-pat00168
To prove that
Figure 112015064468446-pat00169
Can be obtained.

성능 유계 기반 에러 표면(

Figure 112015064468446-pat00170
)은 수학식 11과 같고, 경계층 에러(
Figure 112015064468446-pat00171
)가 수학식 13과 같이 정의하자.Performance-based error surface (
Figure 112015064468446-pat00170
) Is expressed by Equation (11), and the boundary layer error
Figure 112015064468446-pat00171
) Is defined as Equation (13).

Figure 112015064468446-pat00172
Figure 112015064468446-pat00172

여기서,

Figure 112015064468446-pat00173
,
Figure 112015064468446-pat00174
,
Figure 112015064468446-pat00175
는 가상 제어를 나타내고,
Figure 112015064468446-pat00176
는 필터링된 가상 제어를 나타낸다. 이에 따라, i번째 부시스템의 k번째 가상 제어 법칙(
Figure 112015064468446-pat00177
)은
Figure 112015064468446-pat00178
과 같이 재작성될 수 있다. 여기서,
Figure 112015064468446-pat00179
는 nominal 제어 파트이고,
Figure 112015064468446-pat00180
는 미지의 함수와 고장을 보상하기 위한 근사화-기반 적응적 제어 파트를 나타낸다.here,
Figure 112015064468446-pat00173
,
Figure 112015064468446-pat00174
,
Figure 112015064468446-pat00175
Represents a virtual control,
Figure 112015064468446-pat00176
Represents the filtered virtual control. Thus, the kth virtual control law of the ith subsystem (
Figure 112015064468446-pat00177
)silver
Figure 112015064468446-pat00178
Can be rewritten as shown in FIG. here,
Figure 112015064468446-pat00179
Is a nominal control part,
Figure 112015064468446-pat00180
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

Figure 112015064468446-pat00181
의 차이는
Figure 112015064468446-pat00182
Figure 112015064468446-pat00183
과 같다. Step 1: Consider the first error surface based on the performance metric. In Equations (1), (11), (12) and
Figure 112015064468446-pat00181
The difference between
Figure 112015064468446-pat00182
Figure 112015064468446-pat00183
Respectively.

여기서,

Figure 112015064468446-pat00184
Figure 112015064468446-pat00185
를 포함한다.here,
Figure 112015064468446-pat00184
Figure 112015064468446-pat00185
.

Figure 112015064468446-pat00186
항은 0이 아니고, 수학식 10의 조건에 따라 잘 정의된다.
Figure 112015064468446-pat00186
The term is not zero and is well defined according to the condition of equation (10).

제1 가상 제어 법칙(

Figure 112015064468446-pat00187
)의 nominal 제어 파트(
Figure 112015064468446-pat00188
)는 수학식 14와 같이 설계된다.First Virtual Control Law (
Figure 112015064468446-pat00187
) Of the nominal control part (
Figure 112015064468446-pat00188
) Is designed as shown in Equation (14).

Figure 112015064468446-pat00189
Figure 112015064468446-pat00189

여기서,

Figure 112015064468446-pat00190
이고,
Figure 112015064468446-pat00191
Figure 112015064468446-pat00192
는 설계 파라미터이고,
Figure 112015064468446-pat00193
,
Figure 112015064468446-pat00194
이다. Lyapunov 후보 함수(
Figure 112015064468446-pat00195
)를
Figure 112015064468446-pat00196
로 선택하는 경우, 수학식 14의
Figure 112015064468446-pat00197
의 시간 미분(time derivative)은 수학식 15와 같다. here,
Figure 112015064468446-pat00190
ego,
Figure 112015064468446-pat00191
and
Figure 112015064468446-pat00192
Is a design parameter,
Figure 112015064468446-pat00193
,
Figure 112015064468446-pat00194
to be. Lyapunov Candidate Function (
Figure 112015064468446-pat00195
)
Figure 112015064468446-pat00196
, The following equation
Figure 112015064468446-pat00197
Is the time derivative of equation (15).

Figure 112015064468446-pat00198
Figure 112015064468446-pat00198

가정 3을 사용하여 수학식 16 내지 18이 도출될 수 있다.Equations 16 through 18 can be derived using Assumption 3.

Figure 112015064468446-pat00199
Figure 112015064468446-pat00199

Figure 112015064468446-pat00200
Figure 112015064468446-pat00200

Figure 112015064468446-pat00201
Figure 112015064468446-pat00201

Figure 112015064468446-pat00202
Figure 112015064468446-pat00202

수학식 16 내지 18을 수학식 15에 대입하면, 수학식 19와 같다.Substituting Equations (16) to (18) into Equation (15) yields Equation (19).

Figure 112015064468446-pat00203
Figure 112015064468446-pat00203

여기서, 부등식

Figure 112015064468446-pat00204
이 사용된다. 또한,
Figure 112015064468446-pat00205
는 변수이고,
Figure 112015064468446-pat00206
는 양의 상수이다. Here,
Figure 112015064468446-pat00204
Is used. Also,
Figure 112015064468446-pat00205
Is a variable,
Figure 112015064468446-pat00206
Is a positive constant.

필터링된 가상 제어(

Figure 112015064468446-pat00207
)를 획득하기 위해, 가상 제어 입력(
Figure 112015064468446-pat00208
)을 저역 통과 1차 필터를 통과시킨다. 여기서,
Figure 112015064468446-pat00209
는 시간 상수이다. 이를 수식으로 나타내면, 수학식 20과 같다.Filtered virtual control (
Figure 112015064468446-pat00207
), The virtual control input (
Figure 112015064468446-pat00208
Pass a low-pass first-order filter. here,
Figure 112015064468446-pat00209
Is a time constant. This can be expressed by the following equation (20).

Figure 112015064468446-pat00210
Figure 112015064468446-pat00210

Step k(k=2, ...,

Figure 112015064468446-pat00211
): 수학식 1의 i번째 부 시스템의 k번째 등식을 고려하면, 수학식 1, 12, 및 13에서 k번째 에러 표면(
Figure 112015064468446-pat00212
)의 미분은
Figure 112015064468446-pat00213
Figure 112015064468446-pat00214
Figure 112015064468446-pat00215
이다. 여기서,
Figure 112015064468446-pat00216
Figure 112015064468446-pat00217
이다.Step k (k = 2, ...,
Figure 112015064468446-pat00211
): Considering the kth equation of the i < th > subsystem of equation (1), the kth error surface in equations (1),
Figure 112015064468446-pat00212
)
Figure 112015064468446-pat00213
Figure 112015064468446-pat00214
Figure 112015064468446-pat00215
to be. here,
Figure 112015064468446-pat00216
Figure 112015064468446-pat00217
to be.

k번째 가상 제어(

Figure 112015064468446-pat00218
)의 nominal의 제어 법칙(
Figure 112015064468446-pat00219
)은 수학식 21과 같다.The kth virtual control (
Figure 112015064468446-pat00218
) Of the nominal control law (
Figure 112015064468446-pat00219
) ≪ / RTI >

Figure 112015064468446-pat00220
Figure 112015064468446-pat00220

여기서,

Figure 112015064468446-pat00221
,
Figure 112015064468446-pat00222
Figure 112015064468446-pat00223
는 각각 설계 파라미터이며,
Figure 112015064468446-pat00224
,
Figure 112015064468446-pat00225
이다. here,
Figure 112015064468446-pat00221
,
Figure 112015064468446-pat00222
and
Figure 112015064468446-pat00223
Are design parameters, respectively,
Figure 112015064468446-pat00224
,
Figure 112015064468446-pat00225
to be.

Lyapunov 후보 함수(

Figure 112015064468446-pat00226
)를 고려하면, 수학식 21과
Figure 112015064468446-pat00227
,
Figure 112015064468446-pat00228
Figure 112015064468446-pat00229
,
Figure 112015064468446-pat00230
Figure 112015064468446-pat00231
를 사용하면,
Figure 112015064468446-pat00232
의 시간 미분은 수학식 22와 같다.Lyapunov Candidate Function (
Figure 112015064468446-pat00226
), The following equations (21) and
Figure 112015064468446-pat00227
,
Figure 112015064468446-pat00228
Figure 112015064468446-pat00229
,
Figure 112015064468446-pat00230
Figure 112015064468446-pat00231
If you use,
Figure 112015064468446-pat00232
≪ EMI ID = 22.0 >

Figure 112015064468446-pat00233
Figure 112015064468446-pat00233

Figure 112015064468446-pat00234
를 k번째 저역 통과 1차 필터를 통과시켜 i번째 부시스템의 k번째 필터링된 가상 제어 벡터(
Figure 112015064468446-pat00235
)가 획득되며, 이를 수학식으로 나타내면 수학식 23과 같다.
Figure 112015064468446-pat00234
Pass through the k-th low-pass first-order filter to generate a k-th filtered virtual control vector (
Figure 112015064468446-pat00235
) Is obtained, which can be expressed by the following equation (23).

Figure 112015064468446-pat00236
Figure 112015064468446-pat00236

여기서,

Figure 112015064468446-pat00237
는 시간 상수이다.
here,
Figure 112015064468446-pat00237
Is a time constant.

Step ni: 수학식 1의 부시스템의 ni 번째 등식을 고려하면,

Figure 112015064468446-pat00238
는 ni번째 에러 표면이다. Step ni: Considering the ni th equation of the subsystem of Equation (1)
Figure 112015064468446-pat00238
Is the ni-th error surface.

수학식 1과 수학식 5를 사용하여

Figure 112015064468446-pat00239
의 시간 미분은 다음과 같이 나타낼 수 있다.Using Equations (1) and (5)
Figure 112015064468446-pat00239
Can be expressed as follows.

Figure 112015064468446-pat00240
Figure 112015064468446-pat00240

여기서,

Figure 112015064468446-pat00241
,
Figure 112015064468446-pat00242
Figure 112015064468446-pat00243
이다.here,
Figure 112015064468446-pat00241
,
Figure 112015064468446-pat00242
Figure 112015064468446-pat00243
to be.

따라서, 결과적으로 제어기(

Figure 112015064468446-pat00244
)의 nominal 제어 항(
Figure 112015064468446-pat00245
)은 수학식 24와 같다.Consequently, as a result,
Figure 112015064468446-pat00244
) ≪ / RTI >
Figure 112015064468446-pat00245
) ≪ / RTI >

Figure 112015064468446-pat00246
Figure 112015064468446-pat00246

여기서,

Figure 112015064468446-pat00247
는 설계 파라미터이다.here,
Figure 112015064468446-pat00247
Is a design parameter.

Lyapunov 후보 함수(

Figure 112015064468446-pat00248
)를
Figure 112015064468446-pat00249
로 선택함으로서,
Figure 112015064468446-pat00250
의 시간 미분은 수학식 25와 같다. 여기서,
Figure 112015064468446-pat00251
는 미지의 상수이다.Lyapunov Candidate Function (
Figure 112015064468446-pat00248
)
Figure 112015064468446-pat00249
As a result,
Figure 112015064468446-pat00250
≪ / RTI > here,
Figure 112015064468446-pat00251
Is an unknown constant.

Figure 112015064468446-pat00252
Figure 112015064468446-pat00252

Figure 112015064468446-pat00253
Figure 112015064468446-pat00253

여기서,

Figure 112015064468446-pat00254
이다. here,
Figure 112015064468446-pat00254
to be.

부등식을 사용하면, 수학식 26 및 수학식 27과 같다.Using the inequality, Equation (26) and Equation (27) are obtained.

Figure 112015064468446-pat00255
Figure 112015064468446-pat00255

Figure 112015064468446-pat00256
Figure 112015064468446-pat00256

이를 수학식 25에 적용하면, 수학식 28과 같다.Applying this to Equation (25), Equation (28) is obtained.

Figure 112015064468446-pat00257
Figure 112015064468446-pat00257

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

Figure 112015064468446-pat00258
은 에러 동역학 내에서
Figure 112015064468446-pat00259
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
Figure 112015064468446-pat00258
Lt; RTI ID = 0.0 >
Figure 112015064468446-pat00259
. ≪ / 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 controller 110 according to one embodiment of the present invention performs a function approximation model and adaptive control to compensate for changes in the dynamic due to time delayed interconnections and dead-zone actuator failures.

이하에서는 이에 대해 설명하기로 한다.Hereinafter, this will be described.

Remark 8: 수학식 11의 성능 유계 기반 에러 표면은 다음과 같이 정리될 수 있다.

Figure 112015064468446-pat00260
여기서, i=1, ..., N이고,
Figure 112015064468446-pat00261
이다. 가정 3과 감소하는 함수(
Figure 112015064468446-pat00262
)의 유계에 의해,
Figure 112015064468446-pat00263
Figure 112015064468446-pat00264
Figure 112015064468446-pat00265
이 쉽게 획득될 수 있다. 여기서,
Figure 112015064468446-pat00266
Figure 112015064468446-pat00267
은 필터링된 가상 제어(
Figure 112015064468446-pat00268
),
Figure 112015064468446-pat00269
Figure 112015064468446-pat00270
에 제시된 미지의
Figure 112015064468446-pat00271
분류-K 함수이다. Remark 8: The performance-based error surface of Equation 11 can be summarized as follows.
Figure 112015064468446-pat00260
Here, i = 1, ..., N,
Figure 112015064468446-pat00261
to be. Assumption 3 and decreasing function (
Figure 112015064468446-pat00262
),
Figure 112015064468446-pat00263
and
Figure 112015064468446-pat00264
Figure 112015064468446-pat00265
Can be easily obtained. here,
Figure 112015064468446-pat00266
and
Figure 112015064468446-pat00267
Is a filtered virtual control (
Figure 112015064468446-pat00268
),
Figure 112015064468446-pat00269
and
Figure 112015064468446-pat00270
Unknown
Figure 112015064468446-pat00271
Class-K function.

또한,

Figure 112015064468446-pat00272
Figure 112015064468446-pat00273
Figure 112015064468446-pat00274
이 존재한다.Also,
Figure 112015064468446-pat00272
and
Figure 112015064468446-pat00273
Figure 112015064468446-pat00274
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).

Figure 112015064468446-pat00275
Figure 112015064468446-pat00275

Figure 112015064468446-pat00276
Figure 112015064468446-pat00276

Figure 112015064468446-pat00277
Figure 112015064468446-pat00277

Figure 112015064468446-pat00278
Figure 112015064468446-pat00278

Figure 112015064468446-pat00279
Figure 112015064468446-pat00279

Figure 112015064468446-pat00280
Figure 112015064468446-pat00280

Figure 112015064468446-pat00281
Figure 112015064468446-pat00281

여기서,

Figure 112015064468446-pat00282
,
Figure 112015064468446-pat00283
,
Figure 112015064468446-pat00284
Figure 112015064468446-pat00285
는 튜닝 파라미터이고,
Figure 112015064468446-pat00286
Figure 112015064468446-pat00287
Figure 112015064468446-pat00288
-조정을 위한 양의 상수이고,
Figure 112015064468446-pat00289
Figure 112015064468446-pat00290
,
Figure 112015064468446-pat00291
Figure 112015064468446-pat00292
Figure 112015064468446-pat00293
Figure 112015064468446-pat00294
의 예측치이다. 또한,
Figure 112015064468446-pat00295
는 비선형 함수인
Figure 112015064468446-pat00296
Figure 112015064468446-pat00297
의 예측치이며,
Figure 112015064468446-pat00298
는 비선형 함수인
Figure 112015064468446-pat00299
Figure 112015064468446-pat00300
Figure 112015064468446-pat00301
의 예측치이다.here,
Figure 112015064468446-pat00282
,
Figure 112015064468446-pat00283
,
Figure 112015064468446-pat00284
Wow
Figure 112015064468446-pat00285
Is a tuning parameter,
Figure 112015064468446-pat00286
and
Figure 112015064468446-pat00287
The
Figure 112015064468446-pat00288
- a positive constant for adjustment,
Figure 112015064468446-pat00289
Figure 112015064468446-pat00290
,
Figure 112015064468446-pat00291
and
Figure 112015064468446-pat00292
The
Figure 112015064468446-pat00293
and
Figure 112015064468446-pat00294
. Also,
Figure 112015064468446-pat00295
Is a nonlinear function
Figure 112015064468446-pat00296
Figure 112015064468446-pat00297
, ≪ / RTI >
Figure 112015064468446-pat00298
Is a nonlinear function
Figure 112015064468446-pat00299
Figure 112015064468446-pat00300
Figure 112015064468446-pat00301
.

Figure 112015064468446-pat00302
,
Figure 112015064468446-pat00303
,
Figure 112015064468446-pat00304
Figure 112015064468446-pat00305
,
Figure 112015064468446-pat00306
,
Figure 112015064468446-pat00307
이다. 여기서,
Figure 112015064468446-pat00308
Figure 112015064468446-pat00309
를 포함한다.
Figure 112015064468446-pat00310
Figure 112015064468446-pat00311
은 이론 1의 증명내에서 설명된 안정성 분석 과정에서 제시되어 있다.
Figure 112015064468446-pat00302
,
Figure 112015064468446-pat00303
,
Figure 112015064468446-pat00304
Figure 112015064468446-pat00305
,
Figure 112015064468446-pat00306
,
Figure 112015064468446-pat00307
to be. here,
Figure 112015064468446-pat00308
Figure 112015064468446-pat00309
.
Figure 112015064468446-pat00310
and
Figure 112015064468446-pat00311
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(

Figure 112015064468446-pat00312
)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 (
Figure 112015064468446-pat00312
), The following equation (36) is obtained.

Figure 112015064468446-pat00313
Figure 112015064468446-pat00313

여기서,

Figure 112015064468446-pat00314
,
Figure 112015064468446-pat00315
, here,
Figure 112015064468446-pat00314
,
Figure 112015064468446-pat00315
,

Figure 112015064468446-pat00316
.
Figure 112015064468446-pat00316
.

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, ,

Figure 112015064468446-pat00317
을 만족하는 초기 조건을 위해, 폐루프 시스템의 모든 신호는 균일하게 유계되고, 에러 표면(
Figure 112015064468446-pat00318
)은 조절 가능하게 원점 근처로 수렴된다. Under Home 1-4,
Figure 112015064468446-pat00317
, All signals of the closed-loop system are uniformly distributed, and the error surface (< RTI ID = 0.0 >
Figure 112015064468446-pat00318
) 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,

Figure 112015064468446-pat00319
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,
Figure 112015064468446-pat00319
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).

Figure 112015064468446-pat00320
Figure 112015064468446-pat00320

Figure 112015064468446-pat00321
Figure 112015064468446-pat00321

여기서,

Figure 112015064468446-pat00322
,
Figure 112015064468446-pat00323
,
Figure 112015064468446-pat00324
Figure 112015064468446-pat00325
는 가상 제어기의 도함수를 의미하는 연속 함수이다.here,
Figure 112015064468446-pat00322
,
Figure 112015064468446-pat00323
,
Figure 112015064468446-pat00324
and
Figure 112015064468446-pat00325
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)

Figure 112015064468446-pat00326
Figure 112015064468446-pat00326

Figure 112015064468446-pat00327
Figure 112015064468446-pat00327

Figure 112015064468446-pat00328
Figure 112015064468446-pat00329
과 Remark 8을 사용하여 수학식 39는 수학식 40과 같이 정리될 수 있다.
Figure 112015064468446-pat00328
Figure 112015064468446-pat00329
And Remark 8, Equation (39) can be summarized as Equation (40).

Figure 112015064468446-pat00330
Figure 112015064468446-pat00330

수학식 29, 32 및 40을 사용하면 수학식 41이 획득될 수 있다.Using Equations (29), (32) and (40), Equation (41) can be obtained.

Figure 112015064468446-pat00331
Figure 112015064468446-pat00331

여기서,

Figure 112015064468446-pat00332
는 수학식 34 및 35로부터 파생되며,
Figure 112015064468446-pat00333
이 사용된다.here,
Figure 112015064468446-pat00332
Is derived from Equations (34) and (35)
Figure 112015064468446-pat00333
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.

Figure 112015064468446-pat00334
Figure 112015064468446-pat00334

집합

Figure 112015064468446-pat00335
Figure 112015064468446-pat00336
Figure 112015064468446-pat00337
로 정의된다. 여기서,
Figure 112015064468446-pat00338
,
Figure 112015064468446-pat00339
이다.
Figure 112015064468446-pat00340
Figure 112015064468446-pat00341
내에서 컴팩트 집합이므로,
Figure 112015064468446-pat00342
이 존재하며,
Figure 112015064468446-pat00343
에서
Figure 112015064468446-pat00344
이다. 여기서,
Figure 112015064468446-pat00345
Figure 112015064468446-pat00346
의 차원을 나타낸다.set
Figure 112015064468446-pat00335
The
Figure 112015064468446-pat00336
Figure 112015064468446-pat00337
. here,
Figure 112015064468446-pat00338
,
Figure 112015064468446-pat00339
to be.
Figure 112015064468446-pat00340
end
Figure 112015064468446-pat00341
Because it is a compact set within,
Figure 112015064468446-pat00342
Lt; / RTI >
Figure 112015064468446-pat00343
in
Figure 112015064468446-pat00344
to be. here,
Figure 112015064468446-pat00345
The
Figure 112015064468446-pat00346
.

Figure 112015064468446-pat00347
Figure 112015064468446-pat00348
을 선택하고,
Figure 112015064468446-pat00349
Figure 112015064468446-pat00350
을 사용하여, 다음과 같이 정리될 수 있다.
Figure 112015064468446-pat00347
Figure 112015064468446-pat00348
≪ / RTI >
Figure 112015064468446-pat00349
and
Figure 112015064468446-pat00350
Can be summarized as follows.

Figure 112015064468446-pat00351
Figure 112015064468446-pat00351

여기서,

Figure 112015064468446-pat00352
Figure 112015064468446-pat00353
이다.here,
Figure 112015064468446-pat00352
Figure 112015064468446-pat00353
to be.

Figure 112015064468446-pat00354
상의
Figure 112015064468446-pat00355
이므로, 부등식은
Figure 112015064468446-pat00356
이 된다. 여기서,
Figure 112015064468446-pat00357
Figure 112015064468446-pat00358
로 선택되며,
Figure 112015064468446-pat00359
,
Figure 112015064468446-pat00360
,
Figure 112015064468446-pat00361
이다.
Figure 112015064468446-pat00354
top
Figure 112015064468446-pat00355
Therefore, the inequality
Figure 112015064468446-pat00356
. here,
Figure 112015064468446-pat00357
The
Figure 112015064468446-pat00358
Lt; / RTI >
Figure 112015064468446-pat00359
,
Figure 112015064468446-pat00360
,
Figure 112015064468446-pat00361
to be.

상기의 부등식은

Figure 112015064468446-pat00362
이면,
Figure 112015064468446-pat00363
에서
Figure 112015064468446-pat00364
은 것을 의미한다. 따라서,
Figure 112015064468446-pat00365
는 불변 집합이다. 예를 들어,
Figure 112015064468446-pat00366
이면,
Figure 112015064468446-pat00367
에 대해
Figure 112015064468446-pat00368
이다. 시간에 대해 부등식을 적분하면, 수학식 42를 획득할 수 있다.The inequality above
Figure 112015064468446-pat00362
If so,
Figure 112015064468446-pat00363
in
Figure 112015064468446-pat00364
. therefore,
Figure 112015064468446-pat00365
Is an invariant set. E.g,
Figure 112015064468446-pat00366
If so,
Figure 112015064468446-pat00367
About
Figure 112015064468446-pat00368
to be. Integrating the inequality for time can yield equation (42).

Figure 112015064468446-pat00369
Figure 112015064468446-pat00369

Figure 112015064468446-pat00370
를 사용하면,
Figure 112015064468446-pat00371
Figure 112015064468446-pat00372
이 만족된다.
Figure 112015064468446-pat00370
If you use,
Figure 112015064468446-pat00371
Figure 112015064468446-pat00372
Is satisfied.

따라서, 시간이 증가함에 따라, 변형된 에러 표면은 지수적으로 컴팩트 집합

Figure 112015064468446-pat00373
Figure 112015064468446-pat00374
로 유계될 수 있다.Thus, as time increases, the modified error surface exponentially becomes a compact set
Figure 112015064468446-pat00373
Figure 112015064468446-pat00374
. ≪ / RTI >

컴팩트 집합(

Figure 112015064468446-pat00375
)는
Figure 112015064468446-pat00376
를 조정하는 것에 의해 임의적으로 작게 만들 수 있다. Lemma 1으로부터
Figure 112015064468446-pat00377
는 유계되고, 시스템의 모든 상태의 미리 설정된 성능이 보증된다. 따라서, 일시적인 성능이 수학식 10에 미리 설정된 성능 유계 내에서 보증된다. 또한,
Figure 112015064468446-pat00378
Figure 112015064468446-pat00379
로 인해, 임의적으로 작게 줄일 수 있다.
Compact set (
Figure 112015064468446-pat00375
)
Figure 112015064468446-pat00376
To be arbitrarily small. From Lemma 1
Figure 112015064468446-pat00377
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,
Figure 112015064468446-pat00378
The
Figure 112015064468446-pat00379
, It can be arbitrarily reduced to a small size.

Remark 9: 이론 1의 증명으로부터, 설계 파라미터는 미리 설정된 성능을 보증하도록 선택될 수 있다. 성능함수(

Figure 112015064468446-pat00380
)를 위한
Figure 112015064468446-pat00381
Figure 112015064468446-pat00382
파라미터는 일시적이고 안정적인 상태 성능 유계를 조정하기 위해 적정하게 선택될 수 있다.
Figure 112015064468446-pat00383
Figure 112015064468446-pat00384
는 과도 응답 성능 유계를 결정하고
Figure 112015064468446-pat00385
는 정상 상태 성능의 유계를 나타낸다. 수학식 42로부터
Figure 112015064468446-pat00386
의 과도/정상 상태 성능에 대한 만족은 초기 에러와
Figure 112015064468446-pat00387
을 위한 명확한 설계 파라미터와 관련이 있다. 그러므로, 초기 에러를 작게 설정하고, 큰 감쇄 율(
Figure 112015064468446-pat00388
)을 얻기 위해
Figure 112015064468446-pat00389
,
Figure 112015064468446-pat00390
,
Figure 112015064468446-pat00391
을 적절하게 선택한다. 더욱이
Figure 112015064468446-pat00392
을 작게 만들기 위해,
Figure 112015064468446-pat00393
Figure 112015064468446-pat00394
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 (
Figure 112015064468446-pat00380
)for
Figure 112015064468446-pat00381
Figure 112015064468446-pat00382
The parameters can be appropriately selected to adjust the transient and stable state performance curve.
Figure 112015064468446-pat00383
and
Figure 112015064468446-pat00384
Determines the transient response performance curve
Figure 112015064468446-pat00385
Represents the steady-state performance curve. From equation (42)
Figure 112015064468446-pat00386
The satisfaction of the transient / steady-state performance of
Figure 112015064468446-pat00387
Which is related to the clear design parameters for Therefore, the initial error is set small and the large attenuation rate (
Figure 112015064468446-pat00388
) To obtain
Figure 112015064468446-pat00389
,
Figure 112015064468446-pat00390
,
Figure 112015064468446-pat00391
Is appropriately selected. Furthermore
Figure 112015064468446-pat00392
In order to make small,
Figure 112015064468446-pat00393
and
Figure 112015064468446-pat00394
Can be fixed.

결론적으로, Lemma 1으로부터,

Figure 112015064468446-pat00395
는 미리 설정된 성능 유계 내에 있는 동안 임의적으로 작게 만들 수 있다.In conclusion, from Lemma 1,
Figure 112015064468446-pat00395
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(

Figure 112015064468446-pat00396
) 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
Figure 112015064468446-pat00396
) 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: 보상부
110:
115:

Claims (11)

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 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.
제1 항에 있어서,
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.
삭제delete 제1 항에 있어서,
상기 제어 에러는 하기 수학식에 따른 성능 유계 범위 이내로 제한되는 것을 특징으로 하는 부시스템.
Figure 112015064468446-pat00397

여기서,
Figure 112015064468446-pat00398
는 제어 에러를 나타내고,
Figure 112015064468446-pat00399
는 설계 상수를 나타내고,
Figure 112015064468446-pat00400
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.
Figure 112015064468446-pat00397

here,
Figure 112015064468446-pat00398
Lt; / RTI > represents a control error,
Figure 112015064468446-pat00399
Represents a design constant,
Figure 112015064468446-pat00400
Is the relatived performance function, and t is the time.
삭제delete 제1 항에 있어서,
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.
제1 항에 있어서,
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.
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;
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.
삭제delete 삭제delete 제8 항에 따른 방법을 수행하기 위한 프로그램 코드를 기록한 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체.

A computer-readable recording medium having recorded thereon a program code for performing the method according to claim 8.

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CN111953009A (en) * 2019-05-17 2020-11-17 天津科技大学 A fault diagnosis method for islanded multi-inverter parallel sensors

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