Fault detection and isolation in nonlinear systems:

observer and energy-balance based approaches

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Aufgrund der zunehmenden Komplexität moderner technischer Verfahren sind heutzutage Sicherheit/Zuverlässigkeit, höhere Leistung und Kosteneffizienz wichtige Probleme bei der Gestaltung eines automatisierten Systems. Fehler in Prozesskomponenten führen zu einer erheblichen Reduzierung im Wirkungsgrad des Prozesses, in der Qualität des Produktes und können im schlimmsten Fall sogar katastrophale Folgen haben. Um dies zu vermeiden ist eine effiziente Diagnose der Fehler von zentraler Bedeutung. Fehlerdiagnose ist daher ein wesentlicher Bestandteil von modernen Steuerungssystemen geworden. Die Fehlerdiagnose bei linearen dynamischen Systemen wurde seit Jahrzehnten ausführlich untersucht und gut etablierte Techniken existieren in der Literatur, dagegen ist die Fehlerdiagnose für nichtlineare dynamische Systeme noch ein aktives Forschungsfeld. Da die meisten realen Systemen nichtlineare sind, werden lineare Fehlerdiagnosetechniken meistens auf ein linearisiertes Systemmodell angewendet, was sich jedoch nachteilig auf die Leistung auswirkt. Deshalb gewinnt nichtlineare Fehlerdiagnosetechnik zur Erfüllung der wachsenden Nachfrage nach einer besseren Fehlerdiagnose für nichtlineare Prozesse immer mehr an Bedeutung und ist daher das Hauptthema dieser Dissertation. Da es keine einheitliche Lösung für die Fehlerdiagnose allgemeiner nichtlinearer Systeme gibt werden bestimmte nichtlineare Systeme mit speziellen Strukturen untersucht. Unter ihnen sind besonders die Lipschitz Systeme intensiv untersucht worden, da einerseits viele allgemeine nichtlineare Systeme in Lipschitz Systeme umgewandelt werden können und andererseits viele lineare Fehlerdiagnose Ansätze für diese Art von nichtlinearen Systemen erweitert werden können. Für Lipschitz Systeme werden meist beobachtergestützte Fehlerdetektionsverfahren verwendet, die aus einem Residuengenerator und einer Residuenauswertung bestehen. Klassischerweise werden Residuengenerator und Residuenauswertung getrennt entworfen. Da die Leistung der Fehlerdetektion sowohl von Residuengenerator als auch von Residuenauswertung gemeinsam abhängt, ist zu erwarten, dass eine höhere Fehlererkennungsleistung erreicht werden kann, wenn der Entwurf dieser beiden Einheiten integriert erfolgt. Deshalb wird hier ein integrierter Design-Ansatz zur beobachtergestützten Fehlererkennung für Lipschitz Systeme vorgeschlagen. Neben der Erweiterung von linearen Methoden (beobachtergestützter Ansatz, Paritäts Raum Ansatz usw.) werden neue, nichtlineare Fehlerdiagnosetechniken seit kurzem untersucht, die auch auf komplexe, nichtlineare Systeme (geschaltete nichtlineare Systeme, hybride nichtlineare Systeme usw.) angewendet werden können. Unter ihnen besonders Passivitäts- und Energie-Bilanz- gestützte Verfahren, die eng mit der " Systemenergien" verbunden sind, ein großes Potenzial durch ihre klare physikalische Bedeutung. Diese Verfahren werden in dieser Dissertation zu einer vollständigen Fehlererkennungs- und Isolationsmethodik mit dem Fokus auf passive nichtlineare Systeme erweitert. Die gezeigten Algorithmen werden in den entsprechenden Kapiteln anhand von numerischen Beispielen getestet. Weiterhin wird die Verwendung der Algorithmen an dem geläufigen Beispielprozess eines Roboter Manipulators gezeigt um deren Nutzen und Anwendbarkeit zu demonstrieren.
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Dokumententyp:
Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Fakultät / Institut:
Fakultät für Ingenieurwissenschaften » Elektrotechnik und Informationstechnik » Automatisierungstechnik und komplexe Systeme
Dewey Dezimal-Klassifikation:
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften » 620 Ingenieurwissenschaften
Stichwörter:
Fault detection and isolation, nonlinear systems, energy-balance, observer
Beitragende:
Prof. Dr.-Ing. Ding, Steven X. [Betreuer(in), Doktorvater]
Prof. Dr. Cocquempot, Vincent [Gutachter(in), Rezensent(in)]
Sprache:
Englisch
Kollektion / Status:
Dissertationen / Dokument veröffentlicht
Datum der Promotion:
24.10.2011
Dokument erstellt am:
01.03.2012
Promotionsantrag am:
10.05.2011
Dateien geändert am:
01.03.2012
Medientyp:
Text