An active Fault Tolerant Model Predictive Control (FTMPC) using Fuzzy scheduler is developed. Fault tolerant Control (FTC) system stages are broadly classified into two namely Fault Detection and Isolation (FDI) and fault accommodation. Basically, the faults are identified by means of state estimation techniques. Then using the decision based approach it is isolated. This is usually performed using soft computing techniques. Fuzzy Decision Making (FDM) system classifies the faults. After identification and classification of the faults, the model is selected by using the information obtained from FDI. Then this model is fed into FTC in the form of MPC scheme by Takagi-Sugeno Fuzzy scheduler. The Fault tolerance is performed by switching the appropriate model for each identified faults. Thus by incorporating the fuzzy scheduled based FTC it becomes more efficient. The system will be thereafter able to detect the faults, isolate it and also able to accommodate the faults in the sensors and actuators of the Continuous Stirred Tank Reactor (CSTR) process while the conventional MPC does not have the ability to perform it.
A stabilizing control method for linear systems with model uncertainties and hard input constraints is developed, which does not require on-line optimizations. This work is motivated by the constrained robust MPC(CRMPC) approach [3] which adopts the dual mode prediction strategy (i.e. free control moves and invariant set) and minimizes a worst case performance criterion. Based on the observation that, a feasible control sequence for a particular state can be found as a linear combination of feasible sequences for other states, we suggest a stabilizing control algorithm providing sub-optimal and feasible control sequences using pre-computed optimal sequences for some canonical states. The on-line computation of the proposed method reduces to simple matrix multiplication.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.6
no.4
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pp.254-260
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2000
This paper deals with the development of fault tolerant control for a nonlinear boiler system with noise and disturbance. The MCMBPC(Multivariable Constrained Model Based Predictive Control) is adopted for the control of the specific boiler turbin model. The fault detection and diagnosis are accomplished with the Kalman filter and two bias estimators. Once a fault is detected, two Bias estimators are driven to estimate the fault and to discriminate Process fault and sensor fault. In this paper, a fault tolerant control scheme combining MCMBPC with a fault compensation method based on the bias estimator is proposed. The proposed scheme has been applied to the nonlinear boiler system and shown a satisfactory performance through some simulations.
International Journal of Control, Automation, and Systems
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v.2
no.4
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pp.407-422
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2004
A new method for the design of predictive controllers for SISO systems is presented. The proposed technique allows uncertainties and constraints to be concluded in the design of the control law. The goal is to design, at each sample instant, a predictive feedback control law that minimizes a performance measure and guarantees of constraints are satisfied for a set of models that describes the system to be controlled. The predictive controller consists of a finite horizon parametric-optimization problem with an additional constraint over the manipulated variable behavior. This is an end-constraint based approach that ensures the exponential stability of the closed-loop system. The inclusion of this additional constraint, in the on-line optimization algorithm, enables robust stability properties to be demonstrated for the closed-loop system. This is the case even though constraints and disturbances are present. Finally, simulation results are presented using a nonlinear continuous stirred tank reactor model.
The dual-mode strategy has been adopted in many constrained MPC methods. The size of stabilizable regions of states of MPC methods depends on the size of underlying feasible and positively invariant set and number of control moves. These results, however, could be conservative because the definition of positive invariance does not allow temporal leave of states from the set, In this paper, a concept of periodic invariance is introduced in which states are allowed to leave a set temporarily but return into the set in finite steps. The periodic invariance can defined with respect to sets of different state feedback gains. These facts make it possible for the periodically invariant sets to considerably larger than ordinary invariant sets. The periodic invariance can be defined for systems with polyhedral model uncertainties. We derive a MPC method based on these periodically invariant sets. Some numerical examples are given to show that the use of periodic invariance yields considerably larger stabilizable sets than the case of using ordinary invariance.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.18
no.2
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pp.149-155
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2012
This paper provides an efficient model predictive control for the output voltage control of three-phase inverter system which includes output LC filters. Use of SVPWM (Space Vector Pulse-Width-Modulation) and the rotating d-q frame is made to obtain an input constrained dynamic model of the inverter system. From the measured/estimated output current and reference output voltage, corresponding equilibrium values of the inductor current and the control input are computed. Derivation of a feasible and invariant set around the equilibrium state is made and then a receding horizon strategy which steers the current state deep into the invariant set is proposed. In order to remove offset error, use of disturbance observer is made in the form of state estimator. The efficacy of the proposed method is verified through simulations.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.38
no.1
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pp.35-41
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2010
In developing modern aircraft, the reconfiguration control that can improve the safety and the survivability against the unexpected failure by partitioning control surfaces into several parts has been actively studied. This paper deals with the reconfiguration control using model predictive control method considering the saturation of control surfaces under the control surface failure. Linearized aircraft model at trim condition is used as the internal model of model predictive control. We propose the controller that performs optimization using LMI (linear matrix inequalities) based semi-definite programming in case that control surface saturation occurs, otherwise, uses analytic solution of the model predictive control. The performance of the proposed control method is evaluated by nonlinear simulation under the flight scenario of control surface failure.
In this paper, a novel multi-feature model predictive control (MPC) framework with real-time and adaptive performances is proposed for intelligent structural control in which some drawbacks of the algorithm including, complex control rule and non-optimality, are alleviated. Hence, Linear Programming (LP) is utilized to simplify the resulted control rule. Afterward, the Whale Optimization Algorithm (WOA) is applied to the optimal and adaptive tuning of the LP weights independently at each time step. The stochastic control rule is also achieved using Kalman Filter (KF) to handle noisy measurements. The Extreme Learning Machine (ELM) is then adopted to develop a data-driven and real-time control algorithm. The efficiency of the developed algorithm is then demonstrated by numerical simulation of a twenty-story high-rise benchmark building subjected to earthquake excitations. The competency of the proposed method is proven from the aspects of optimality, stochasticity, and adaptivity compared to the KF-based MPC (KMPC) and constrained MPC (CMPC) algorithms in vibration suppression of building structures. The average value for performance indices in the near-field and far-field (El earthquakes demonstrates a reduction up to 38.3% and 32.5% compared with KMPC and CMPC, respectively.
A GA-based optimization technique is adopted in the paper to obtain optimal future control inputs for predictive control systems. For reliable future predictions of a process, we identify the underlying process with an NNARX model structure and investigate to reduce the volume of neural network based on the Lipschitz index and a criterion. Since most industrial processes are subject to their constraints, we deal with the input-output constraints by modifying some genetic operators and/or using a penalty strategy in the GAPC. Some computer simulations are given to show the effectiveness of the GAPC method compared with the adaptive GPC algorithm.
In this research a fault-tolerant and bumpless switching control is proposed for boiler systems used in the power plants. Firstly, three operating points are selected to control the nonlinear boiler through the full operational range, and the $H_{\infty}$ loop shaping controller and the model-based predictive controller(MBPC) are designed. To prevent the windup and bump problems which are caused by the actuator saturation and the controller switching, an anti-windup and bumpless transfer technique is adopted to the $H_{\infty}$ loop shaping controller. Also the constrained gain-scheduling technique is applied to MBPC to achieve the same objective. Secondly, the fault-tolerant control technique is proposed to continue the control action without stopping the boiler operation even in case of some faults. Through various simulation studies, the performances of the proposed control techniques are demonstrated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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