Skip to main content
SUPERVISOR
Saeid Hosseinia,Javad Askari,Jafar Ghaisari
سعید حسین نیا (استاد راهنما) جواد عسگری مارنانی (استاد راهنما) جعفر قیصری (استاد مشاور)
 
STUDENT
Shahram Hajshirmohammadi
شهرام حاج شیرمحمدی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1389

TITLE

Quantitative Model-based fault detection in switched systems
Modern technological systems consist of many components with strong interactions between them. Therefore, accurate and timely detection of faults can prevent the spread of them in the whole system and loss of effectiveness. On the other hand a broad category of modern systems have switching behavior and there are sudden changes in their continuous dynamics as a result of working in different phases or controlling them with discrete logic. Hence the problem of detecting faults in hybrid systems and in particular switching systems, has recently attracted the attention of researchers. In this thesis three problems in the field of fault detection that has received less attention for switched systems are investigated and solved. The first problem is isolation of faults in switched systems. Although many works have been done for isolating faults in linear and nonlinear systems, isolation of faults in switched systems has not been considered as much. To solve this problem, by selecting one of isolating methods in linear systems, named geometric approach, this method has been used to isolate faults in switched systems. For this purpose, by generalizing the notion of unobservability suace in linear systems to switched systems, an algorithm is presented to find it. Furthermore, using linear matrix inequalities (LMI’s) the gain of fault detection filter is designed so that in addition to stability, the effect of disturbances on the residual signal is reduced and at the same time the effect of fault on the residual is increased. Another issue that has been studied in this thesis is designing fault detection filter for switched systems in which the filter receives the switching signal with delay. For this purpose the stability condition with weighted erformance for asynchronous fault detection filter is achieved at first. Then these conditions are converted to matrix inequalities and by choosing special structures for unknown variables these inequalities become LMI’s. Using these LMI’s the filters are designed so that the residual is robust against disturbances and sensitive to faults. The last issue that is investigated in this thesis is simoltanious fault detection and control for switched systems. Using the LMI’s, obtained for stability and weighted erformance of switched systems in previous sections, a single block is designed for the purpose of fault detection and control. In the design of this block some nonlinear terms appear that can not be removed as easily as the previous problems. Thus more complicated change of variables and congruence transformations are used in this case. To show the effectiveness of the methods they are used to detect faults in a three-tank system. Key words : Fault Detection, Fault Isolation, Switched linear systems, Asynchronous Switching, Simoltanious Fault detection and control, Linear Matrix Inequality
در سیستم‌های پیچیده‌ی امروزی به دلیل وجود قطعات زیاد و تأثیر متقابل آنها بر هم، تشخیص به موقع و درست وقوع عیب می‌تواند از گسترش آن جلوگیری کند ومانع خرابی دستگاه یا افت عملکرد آن شود. از سوی دیگر دسته‌ی وسیعی از سیستم‌های امروزی دارای رفتار سوئیچینگ بوده و دینامیک پیوسته‌ی آنها به دلیل وجود فازهای مختلف کاری در خود سیستم و یا کنترل آنها با منطق گسسته دارای تغییرات ناگهانی است. از این رو مسئله‌ی تشخیص وقوع عیب در سیستم‌های هایبرید و به خصوص سیستم‌های سوئیچینگ اخیراً مورد توجه محققان قرار گرفته است. در این پایان‌نامه، سه مسئله‌ی موجود در زمینه‌ی تشخیص عیب که برای سیستم‌های سوئیچینگ کمتر مورد توجه قرار گرفته است بررسی و حل شده‌اند. اولین مسئله‌ی مورد بررسی جداسازی عیب در سیستم‌های سوئیچینگ است که با وجود کارهای زیاد انجام شده در این زمینه برای سیستم‌های خطی و غیرخطی در حوزه‌ی سیستم‌های سوئیچینگ کمتر به آن توجه شده است. برای حل این مسئله با انتخاب یکی از روش‌های جداسازی عیب در سیستم‌های خطی به نام روش هندسی، از آن برای جداسازی عیب در سیستم‌های سوئیچینگ استفاده شده است. برای این منظور با تعمیم مفهوم زیرفضای رؤیت‌ناپذیری در سیستم‌های خطی به سیستم‌های سوئیچینگ، الگوریتمی برای محاسبه‌ی آن ارائه شده است. در ادامه، با استفاده از نامساوی‌های ماتریسی خطی بهره‌ی فیلتر تشخیص عیب به گونه‌ای طرحی شده که علاوه بر پایداری، اثر اغتشاش بر سیگنال مانده کاهش یابد و در عین حال حساسیت آن نسبت به سیگنال عیب از حد معینی کمتر نشود. مسئله‌ی دیگری که در این پایان‌نامه بررسی شده است، طراحی فیلتر تشخیص عیب برای سیستم‌هایی است که در آنها سیگنال سوئیچینگ با تأخیر به بلوک تشخیص عیب می‌رسد. برای این منظور ابتدا شرط پایداری با عملکرد وزنی برای سیستمی با فیلتر تشخیص عیب آسنکرون به دست می‌آید، سپس این شرط به نامساوی‌های ماتریسی تبدیل شده و با در نظر گرفتن یک ساختار خاص برای ماتریس‌های مجهول، این نامساوی‌ها به LMI تبدیل می‌شوند. در ادامه با استفاده از این LMI ها فیلتر تشخیص عیب به گونه‌ای طراحی می‌شود که سیگنال مانده نسبت به اغتشاش مقاوم و نسبت به عیب حساس باشد. آخرین مسئله‌ی بررسی شده در این پایان‌نامه، تشخیص عیب و کنترل هم‌زمان برای سیستم‌های سوئیچینگ خطی است. برای این منظور با استفاده از LMI های به دست آمده برای پایداری و عملکرد وزنی در فصل‌های قبلی، بلوکی طراحی می‌شود که کار کنترل و تشخیص عیب را به صورت هم‌زمان انجام می‌دهد. در طراحی این بلوک، نامساوی‌های ماتریسی به دست می‌آیند که ترم‌های غیرخطی آنها را به سادگی دو مسئله‌ی قبلی نمی‌توان خطی کرد. به همین دلیل برای تبدیل این نامساوی‌ها به LMI از تبدیل‌های تجانسی و تغییر متغیرهای خاصی استفاده شده است. به منظور نشان دادن کارایی روش‌ها در انتهای هر فصل روش های پیشنهادی برای تشخیص عیب در یک سیستم سه‌تانک استفاده شده است. کلمات کلیدی : تشخیص عیب،جداسازی عیب، سیستم‌های سوئیچینگ خطی، سوئیچینگ آسنکرون، تشخیص عیب و کنترل هم‌زمان، نامساوی ماتریسی خطی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی