تشخیص همزمان عیب در مجموعه عملگرهای یک کوادکوپتر بر اساس فضای پریتی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد، دانشکده برق، دانشگاه صنعتی قوچان

2 استادیار، دانشکده برق، دانشگاه صنعتی قوچان

چکیده

در این مقاله، یک روش جدید برای تشخیص و جداسازی عیوب همزمان در عملگرهای یک کوادروتور معرفی شده است. مبنای این روش، استفاده از فضای پریتی بوده و به کمک آن امکان تشخیص چند عیب با دقت بالا فراهم شده است. با استفاده از این روش، علاوه بر تشخیص عیب و جداسازی عملگرهای آسیب دیده، نوع عیب موجود در عملگر نیز شناسایی می­شود. عیب موجود در سیستم از نوع ضرب­شونده فرض شده است و انواع عیب از نوع پله­ای، پالسی و سینوسی مورد مطالعه قرار گرفته است. با هدف افزایش دقت سیستم تشخیص و جداسازی آسیب، تعداد ده مانده برای سیستم ایجاد شده و از ترکیب­های مختلف این مانده­ها اطلاعات مورد نیاز برای تشخیص عیوب همزمان عملگرها تولید شده است. با توجه به محدود بودن فضای پریتی به سیستم­های خطی، دینامیک کوادروتور در حالت شناور در یک نقطه (هاور) خطی­سازی شده و در شبیه­سازی ها بکار گرفته شده است. نتایج شبیه‌سازی‌ها، دقت بالای روش پیشنهادی را در تشخیص و جداسازی آسیب‌های موجود در عملگر و نیز شناسایی نوع آنها را اثبات می­کند.

کلیدواژه‌ها


Mazre, M., Davoodi, E., Taghizadeh, M., Pourgholi, M., “Optimal control based on minimum-energy trajectory planning of a quadrotor”. Amirkabir Journal of Science & Research Mechanical Engineering, (2019).
Jing, C.S., Pebrian, D., “Fault detection in Quadrotor MAV”. 7th IEEE International Conference on Automatic Control and Intelligent Systems (I2CACIS), pp. 65-70, 2017.
Willisky, A., Survey of Design Methods for Failure Detection in Dynamic Systems”, Automatica, 12, pp. 601-611, 1976
Avram, R.C., Zhang, X., Muse, J., “Quadrotor actuator fault diagnosis and accommodation using nonlinear adaptive estimators”. IEEE Transactions on Control Systems Technology, 25, pp. 2219-2226, 2017.
Jing, C.S., Pebrian, D., “Fault detection and identification in Quadrotor system (Quadrotor robot)”. 7th IEEE International Conference on Automatic Control and Intelligent Systems (I2CACIS), pp.11-16, 2017.
Mouhssine, N., Kabbaj, MN., Benbrahim, M., El Bekkali, C., “Sensor fault detection of quadrotor using nonlinear parity space relations”. International Conference on Electrical and Information Technologies (ICEIT), pp. 1-6, 2017.
Chelly, N., Mekki, H., Bacha, A., “FDI and FTC technique based on Thau observer and flatness theory for a quadrotor”, 13th International Multi-Conference on Systems, Signals & Devices (SSD), pp. 223-228, 2016.
Cândido, A.S., Galvão, R.K., Yoneyama, T., “Actuator fault diagnosis and control of a quadrotor”, 12th IEEE International Conference on Industrial Informatics (INDIN), pp. 310-315, 2014.
Herdjunanto, S., “Actuator fault signal isolation of an unmanned aerial vehicle (UAV) quadrotor based on detection filter”, 8th International Conference on Information Technology and Electrical Engineering (ICITEE), pp. 1-6, 2016.
Zhong, Y., Zhang, W., Zhang, Y., “Sensor fault diagnosis for unmanned quadrotor helicopter via adaptive two-stage extended Kalman filter”, In 2017 International Conference on Sensing, Diagnostics, Prognostics, and Control (SDPC), pp. 493-498, 2017.
Wang, Y., Puig, V., “Zonotopic extended Kalman filter and fault detection of discrete-time nonlinear systems applied to a quadrotor helicopter”. In2016 3rd Conference on Control and Fault-Tolerant Systems (SysTol), pp. 367-372, 2016.
Han, W., Wang, Z., Shen, Y., “Fault estimation for a quadrotor unmanned aerial vehicle by integrating the parity space approach with recursive least squares”. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part G: Journal of Aerospace Engineering., 232, pp. 783-96, 2018.
López-Estrada, F., Ponsart, J., Theilliol, D., Zhang, Y., Astorga-Zaragoza, C., “LPV model-based tracking control and robust sensor fault diagnosis for a quadrotor UAV”. Journal of Intelligent & Robotic Systems, 84(1-4), pp.163-177, 2016.
Adouni, A., Ben Hamed, M., Sbita, L., “Application of parity space approach in fault detection of DC motors”, 1st international Conference on Renewable Energies and Vehicular Technology, pp. 446–451, 2012.
Patton, R. J., Chen, J., “Review of parity space approaches to fault diagnosis for aerospace systems”, Journal of Guidance, Control and Dynamics, 17, pp. 278–285, 1994.
Edwards, C., Alwi, H., Menon, P. P., “Applications of sliding observers for FDI in aerospace systems”, Advances in Sliding Mode Control, pp. 341–360, 2013.
Zolghadri, A., Henry, D., Cieslak, J., Efimov, D., Goupil, P., “Fault Diagnosis and Fault-Tolerant Control and Guidance for Aerospace Vehicles From Theory to Application”, Series: Advances in Industrial Control, Springer, XVI, 2014.
Halder, B., Sarkar, N., “Robust nonlinear analytic redundancy for fault detection and isolation in mobile robot”, International Journal of Automation and Computing, 4, pp. 177–182, 2007.
Isermann, R., “Fault-diagnosis systems, An introduction from fault detection to fault tolerance”, Berlin, Germany: Springer, 2006.
Davoodi, , Rezaei, M., “Dynamic modeling, simulation and control of a quadrotor using MEMS sensors”, experimental data. Modares Mechanical Engineering.141, pp 76-84. (in persian), 2014.
Patton, R.J., Clark, P., “Fault Diagnosisin Dynamic Systems, Theory and Application”, Control Engineering Series, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, NJ, 1989.
Patton, R.J., “Fault Detection and Diagnosis in Aerospace Systems using Analytical Redundancy”, IEEE Computing and Control Engineering Journal, 2 pp. 459-474. 1991.
Bustan, Ph.D. thesis, “Satellite fault tolerant control design in the presence of actuator faults”, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, (in persian), 2014.
Yu, B., Zhang, Y., Yi, Y., Qu, Y., Lu., P., “Fault detection for partial loss of effectiveness faults of actuators in a quadrotor unmanned helicopter”. In Proceeding of the 11th World Congress on Intelligent Control and Automation, pp. 3204-3209, 2014.