18991

۱۸۹۹۱

طراحي كنترل كننده تحمل پذير عيب بر روي سنسور براي يك كوآدروتور

كارشناسي ارشد

كنترل

۱۳۹۶

۱۳۹۶/۰۸/۲۹

دكتر سعيد عباداللهي

دكتر علي محمد شهري

برق

ايمني، قابليت اطمينان و عملكرد قابل قبول سيستم¬هاي كنترل ديناميك ويژگي اصلي همه سيستم-هاي كنترل به¬خصوص سيستم¬هاي كنترل بحراني از نظر ايمني هستند. بهبود ايمني و قابليت اطمينان در اين سيستم¬ها، مستلزم استفاده از روش¬هاي كنترل تحمل¬پذير عيب براي غلبه بر خرابي¬ها و عيب¬ها است. در اين پايان نامه سعي شده راهكاري فعال براي بهبود قابليت اطمينان كوآدروتور در مواجهه با عيب سنسورهاي آن ارائه شود. براي تحقق اين امر ابتدا به رؤيتگرهاي تخمين عيب كه مهمترين بخش سيستم¬هاي كنترل تحمل پذير عيب فعال هستند پرداخته شده است. ابتدا فيلتر كالمن توسعه يافته دو مرحله¬اي كه يك رؤيتگر تصادفي غيرخطي است، براي تخمين عيب باياس سنسورهاي كوآدروتور بررسي شده است. اين رؤيتگر تصادفي قابليت تخمين عيب عملگرها همزمان با عيب سنسورها را نيز دارد. سپس يك رؤيتگر فركانس بالاي تنظيم پارامتر قطعي مبتني بر راهكار نامساوي ماتريسي خطي توسعه داده شده كه نتايج خوبي براي تخمين عيب سنسورهاي وضعيت كوآدروتور به¬دست آمده است. در اين تخمينگر با اضافه كردن يك پارامتر تنظيم به روابط تخمينگر آزادي عمل بيشتري براي حل مسئله نامساوي ماتريسي خطي بوجود آمده است. همچنين رؤيتگر غيرخطي مبتني بر يك متغير واسط جديدي براي تخمين عيب سنسور و عملگر به¬طور همزمان ارائه شده كه نتايج خوبي با كاربرد كوآدروتور داشته است. براي طراحي يك كنترل¬¬كننده تحمل¬پذير عيب فعال با توجه به عيب سنسورها كافي است عيب سنسورها را توسط يك رؤيتگر تخمين عيب، تخمين زده و در قانون كنترلي اين عيب را جبران كنيم. بنابراين در انتها يك راهكار كنترل تحمل¬پذير فعال مبتني بر يك كنترل¬كننده دو سطحي تناسبي انتگرالي تفاضلي (PID) همراه با يك رؤيتگر متغير اضافي جديد براي تخمين عيب سنسورها ارائه شده و نتايج آن طي شبيه¬سازي بررسي شده است.

1397/03/27

Fault-tolerant control design with respect to sensor fault for a quad-rotor

6/17/2018 12:00:00 AM

Safety, reliability and acceptable performance of dynamic control systems are the main features of every control systems especially safety-critical systems. Improved safety and reliability in these systems, requires the applying of fault tolerance control methods to overcome failures and faults. This thesis attempts to provide an active approach to improve the reliability of the quadrotor in the face of its sensor faults. In order to realize this, firstly, fault estimation observers, which are the most important part of active fault tolerance control systems, have been addressed. This stochastic observer also has the ability to estimate the fault of the actuators simultaneously with the fault of the sensors. Then, a high-frequency parameter adjustment deterministic observer is developed based on linear matrix inequality approach, which provides acceptable results for estimating attitude sensor faults of the quadrotor. In this estimator, by adding an adjustment parameter to estimator equations, more freedom of action to solve linear matrix inequality has been arises. Also, a new nonlinear observer based on an intermediate variable for simultaneous estimation of sensor and actuator faults has been presented, which has good results with application of quadrotor. In order to design an active fault tolerant controller subject to sensor faults, it is sufficient to estimate the sensor faults through a fault estimator and then compensate this fault in the control law. So, finally, an active fault-tolerant control strategy based on a proportional integral differential (PID) controller with a new additional variable observer for estimating the sensor fault is presented and its results have been investigated throughout the simulation.