The demands for photovoltaic systems on a large scale have grown dramatically and require new technologies to get the high efficiency and reliable operations of power conversion systems. These needs can be realized by the cost-effective and high performance digital revolutions and faster semiconductor switching devices. However, the new power systems have been more sophisticated and their reliability becomes critical issues. In this paper, a new fault-tolerance power conversion scheme for the photovoltaic systems is proposed. The proposed fault-tolerant scheme is able to supply energy from solar panels to loads intermittently in spite of a front boost converter open failure, and its voltage and current controllers are designed to improve the transient performance by using an average model design scheme. The proposed approach is verified both by simulations. The results will enable more timely and wide usage of alternative/renewable energy systems resulting in increased energy security.
International journal of advanced smart convergence
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제7권3호
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pp.92-100
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2018
In this paper, we propose a fault-tolerant scheduling scheme with energy efficiency for real-time periodic tasks on DVFS-enabled multicore processors. The scheme provides the tolerance of a permanent fault with the primary-backup task model. Also the scheme reduces the energy consumption of real-time tasks with the fully overlapped execution between each primary task and its backup task, whereas most of previous methods tried to minimize the overlapped execution between the two tasks. In order to the leakage energy loss of idle cores, the scheme activates a part of available cores with rarely used cores powered off. Evaluation results show that the proposed scheme saves up to 82% energy consumption of the previous method.
This paper proposes a novel fault tolerant tracking control (FTTC) scheme for a class of nonlinear systems with actuator failures based on the policy iteration (PI) algorithm and the adaptive fault observer. The estimated actuator failure from an adaptive fault observer is utilized to construct an improved performance index function that reflects the failure, regulation and control simultaneously. With the help of the proper performance index function, the FTTC problem can be transformed into an optimal control problem. The fault tolerant tracking controller is composed of the desired controller and the approximated optimal feedback one. The desired controller is developed to maintain the desired tracking performance at the steady-state, and the approximated optimal feedback controller is designed to stabilize the tracking error dynamics in an optimal manner. By establishing a critic neural network, the PI algorithm is utilized to solve the Hamilton-Jacobi-Bellman equation, and then the approximated optimal feedback controller can be derived. Based on Lyapunov technique, the uniform ultimate boundedness of the closed-loop system is proven. The proposed FTTC scheme is applied to reconfigurable manipulators with two degree of freedoms in order to test the effectiveness via numerical simulation.
A strategy for fault-tolerant gaits of autonomous legged robots is proposed. A legged robot is considered to be fault tolerant with respect to a given failure if it is guaranteed to be capable of walking maintaining its static stability after the occurrence of the failure. The failure concerned in this paper is a locked joint failure for which a joint in a leg cannot move and is locked in place. If a failed joint is locked, the workspace of the resulting leg is constrained, but legged robots have fault tolerance capability to continue static walking. An algorithm for generating fault-tolerant gaits is described and, especially, periodic gaits are presented for forward walking of a hexapod robot with a locked joint failure. The leg sequence and the formula of the stride length are analytically driven based on gait study and robot kinematics. The transition procedure from a normal gait to the proposed fault-tolerant gait is shown to demonstrate the applicability of the proposed scheme.
This paper describes a fault-tolerant control system for high I performance induction motor drive. A new fault-tolerant scheme using three processor-based controllers is presented. The proposed scheme guarantees the high reliability and provides the flexibility of controllers utilization. Through the comparison of estimated reliability, it is verified that the proposed scheme gives higher reliability than TMR to the control system for induction motor drive.
A fault detection observer with finite time convergence characteristics(FT_FDO) is proposed and applied to a fault detection isolation system for a dynamic control system. The FT_FDO is a kind of dual state-observer scheme that provides with the state estimates insensitive to a specified fault and the corresponding fault estimate. The state estimates are processed to get the residual that will be logically compared with other residuals to detect and isolate the fault of interest, and the fault estimate may be used for fault compensation. The FDIS employing the FT_FDOs can be considered to be a multiple observer schemes(MOS) in which FT_FDOs are parallelly driven to generate a set of residuals to be compared each other. Due to the finite time convergence characteristics of the FT_FDO, the predetermined detection delay can be considered in the design stage of FDIS so that any fault of interest can be detected and identified in that time. It evidently resolves a well known difficulty of threshold selection owing to the transient responses of the fault detection observers(FDO) employed in FDIS. An FDIS is constructed for instruments(2-sensor, 1-actuator) in an inverted pendulum control system, and simulations are performed to show the performance of the FDIS and fault tolerant control system.
In this paper, the effects of encoder fault and current sensor fault in direct torque controlled induction motor drives are analyzed. On the basis of the analyzed results, a observer based fault detection and isolation scheme is presented. To verify the performance of proposed algorithms, the speed control system is designed for induction motor and evaluated by experimental study. Experimental results various type of sensor faults show the detection and isolation performance of the SFDIS and the applicability of this scheme to fault tolerant control system design.
본 논문에서는 BLDC 전동기 구동용 인버터의 한 상에서 개방된 형태의 스위치 고장이 발생하여도 구동 시스템의 제어 성능을 유지하기 위한 고장 허용 시스템이 제안되었다. 고장의 확인 방법은 실제 전류와 기준 전류의 오차를 이용하는 방법과 인버터 하단에 전압센서를 추가하는 방법 등 두 가지 형태가 제안되었다. 시스템의 재구성 방법은 고장이 발생한 상을 양방향 스위치에 의해 직류-링크 중성점과 연결하여 4 스위치 구동의 형태로 구성하였다. 제안한 고장 허용 시스템은 짧은 고장 검출 시간과 시스템 토폴로지의 재구성에 의해 고장 발생 후 제어 성능을 빠르게 회복하여 연속적인 시스템 운영이 가능하다. 제안한 고장 허용 시스템의 우수한 성능은 시뮬레이션을 통하여 검증하였다.
본 논문에서는 직접토크제어 유도전동기 구동시스템의 고 신뢰성 운전을 위한 센서이상 검출식별 및 이상허용제어에 관한 실험적 연구 결과를 기술한다. 주요 내용은 센서이상 해석 결과의 실험적 검증과 이상검출식별 시스템의 설계, 이상허용제어기의 구현 및 실험적 성능 고찰이다. 적용된 센서이상 검출식별기법은 관측기기반 기법이며 기존의 다중 관측기 기법과 달리 한 개의 관측기에 의해 검출식별정보를 발생하므로 실시간 적용이 용이하다. 제안된 시스템의 성능을 검증하기 위하여 2.2kW 유도전동기를 대상으로 직접토크제어 기법을 이용한 속도제어시스템을 설계하였다. 이상허용제어를 위한 시스템의 하드웨어는 고성능 DSP인 TMS320VC33을 이용한 제어보드와 IPM을 이용한 전력회로로 구성된다. 다양한 센서이상에 대한 실험결과, 설계된 시스템의 검출식별 및 이상허용 제어 성능이 매우 우수함을 확인하였다.
This paper presents a systematic design methodology for fault tolerant controller against a fault in actuators and sensors of linear stochastic systems with uncertainties. The scheme is based on fault detection and diagnosis(isolation and estimation) using a bank of robust two-stage Kalman filters, and accommodation of the actuator fault by eigenstructure assignment and immediate compensation of the sensor's faulty measurement. In order to clarify the fault feature in test statistics of residual, noise reduction method is given by multi-scale discrete wavelet transform. The effectiveness of our approach Is shown via simulations for a VTOL(vertical take-off and landing) aircraft subjected to parameter variations, external disturbances, process and sensor noises.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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