In this paper, a new fault detection and isolation algorithm fur inertial sensor system is proposed. To identify the inertial sensor fault, single antenna GPS receiver is used as an effective redundancy source. To use GPS receiver as redundancy for the inertial sensors, the algorithm to estimate the attitude and acceleration using single antenna GPS receiver is adopted. By using Doppler shift of carrier phase signal and kinetic characteristics of aircraft, attitude information of aircraft can be obtained at the coordinated flight condition. Based on this idea, fault diagnosis algorithm for inertial sensors using single antenna GPS based attitude is proposed. For more effective FDI, decision variables considering the aircraft maneuver are proposed. The effectiveness of the proposed algorithm is verified through the numerical simulations.
International Journal of Control, Automation, and Systems
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제5권3호
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pp.329-336
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2007
This paper considers a fault accommodation problem for inertial navigation systems (INS) that have redundant inertial sensors such as gyroscopes and accelerometers. It is wellknown that the more sensors are used, the smaller the navigation error of INS is, which means that the error covariance of the position estimate becomes less. Thus, when it is decided that double faults occur in the inertial sensors due to fault detection and isolation (FDI), it is necessary to decide whether the faulty sensors should be excluded or not. A new accommodation rule for double faults is proposed based on the error covariance of triad-solution of redundant inertial sensors, which is related to the navigation accuracy of INS. The proposed accommodation rule provides decision rules to determine which sensors should be excluded among faulty sensors. Monte Carlo simulation is performed for dodecahedron configuration, in which case the proposed accommodation rule can be drawn in the decision space of the two-dimensional Cartesian coordinate system.
This paper designs and evaluates a complementary filter for fusion of inertial sensor signals. Specifically, the designed filter is applied to inverted pendulum control where the pendulum's angle information is obtained from low-cost tilt and gyroscope sensors instead of an optical encoder. The complementary filter under consideration is a conventional one which consists of low- and high-pass filters. However, to improve the performance of the filter on the gyroscope, we use an integrator in the filter's outer loop. Frequency responses are obtained with both tilt and gyroscope sensors. Based on the frequency response results, we determine appropriate parameter values for the filter. The performance of the designed complementary filter is evaluated by applying the filter to inverted pendulum control. Experiments show that the performance of the designed filter is comparable to that of an optical encoder and low-cost inertial sensors can be used for inverted pendulum control with the heir of sensor fusion.
This paper is to present a method for recognizing an image of a tracking object by processing the image from a camera, whose attitude is controlled in inertial space with inertial co-ordinate system. In order to recognize an object, a pseudo-random M-array is attached on the object and it is observed by the camera which is controlled on inertial coordinate basis by inertial stabilization unit. When the attitude of the camera is changed, the observed image of M-array is transformed by use of affine transformation to the image in inertial coordinate system. Taking the cross-correlation function between the affine-transformed image and the original image, we can recognize the object. As parameters of the attitude of the camera, we used the azimuth angle of camera, which is de-fected by gyroscope of an inertial sensor, and elevation an91e of camera which is calculated from the gravitational acceleration detected by servo accelerometer.
The frequency of a power system should be maintained within the allowed limits for stable operation. When a disturbance such as generator tripping occurs in a power system, the frequency is recovered to the nominal value through the inertial, primary, and secondary responses of the operating synchronous generators (SGs). However, for a power system with high wind penetration, the system inertia will decrease significantly because wind generators (WGs) are operating decoupled from the power system. This paper proposes a dynamic droop-based inertial control for a WG. The proposed inertial control determines the dynamic droop depending on the rate of change of frequency (ROCOF). At the initial period of a disturbance, where the ROCOF is large, the droop is set to be small to release a large amount of the kinetic energy (KE) and thus the frequency nadir can be increased significantly. However, as times goes on, the ROCOF will decrease and thus the droop is set to be large to prevent over-deceleration of the rotor speed of a WG. The performance of the proposed inertial control was investigated in a model system, which includes a 200 MW wind power plant (WPP) and five SGs using an EMTP-RV simulator. The test results indicate that the proposed scheme improves the frequency nadir significantly by releasing a large amount of the KE during the initial period of a disturbance.
We analyze the effect of main inertial sensor errors such as, misalignment, scale factor error and bias on the performance of modified sequential probability ratio test (SPRT) for sequential fault detection and isolation (FDI). The inertial sensor errors cause the modified SPRT method to give false alarm. We use a two-stage KF to obtain a modified parity vector with which the inertial sensor errors can be removed and thus modified SPRT method can be used regardless of inertial sensor errors.
In the variable speed Wind Turbine based on ElectroMagnetic Coupler (WT-EMC), a synchronous generator is coupled directly to the grid. Therefore, like conventional power plants, WT-EMC is able to inherently support grid frequency. However, due to the reduced inertia of the synchronous generator, WT-EMC is expected to be controlled to increase its output power in response to a grid frequency drop to support grid frequency. Similar to the grid frequency support control of Type 3 or Type 4 wind turbine, inertial control and droop control can be used to calculate the WT-EMC additional output power reference according to the synchronous generator speed. In this paper, an experimental platform is built to study the grid frequency support from WT-EMC with inertial control and droop control. Two synchronous generators, driven by two induction motors controlled by two converters, are used to emulate the synchronous generators in conventional power plants and in WT-EMCs respectively. The effectiveness of the grid frequency support from WT-EMC with inertial control and droop control responding to a grid frequency drop is validated by experimental results. The selection of the grid frequency support controller and its gain for WT-EMC is analyzed briefly.
A foot motion is estimated using an inertial sensor unit, which is installed on a shoe. The inertial sensor unit consists of 3 axis accelerometer and 3 axis gyroscopes. Attitude and position of a foot are estimated using an inertial navigation algorithm. To increase estimation performance, a smoother is used, where the smoother employs a forward and backward filter structure. An indirect Kalman filter is used as a forward filter and backward filter. A new combining algorithm for the smoother is proposed to combine a forward indirect Kalman filter and a backward indirect Kalman filter. Through experiments, the estimation performance of the proposed smoother is verified.
Unmanned underwater vehicles have many applications in scientific, military, and commercial areas because of their autonomy. In many cases, an underwater vehicle adopts a control algorithm based on a tactical inertial sensor for precise control. However, a control algorithm that uses a tactical inertial sensor is unsuitable for some underwater vehicle missions such as torpedo decoys. This paper proposes a control algorithm for an unmanned underwater vehicle that does not require precise control. The control algorithm proposed for an unmanned underwater vehicle adopts a low cost MEMS inertial sensor, and simulations using the specifications of the MEMS inertial sensor under development are performed to verify the control algorithm under a real environment. The results of these simulations are presented.
A VSC with Inertial COFB(Coordinate-Operator Feedback) is presented for chattering alleviation. Athought the conventional sliding mode controller has good properties of robustness for disturbances or parameter variations, fast response, and easy implementation, there exists an inevitable chattering problem which deteriorates the control performance of system. VSC using Inertial COFB has properties of bounded feedback gain, reduced chattering, and robustness for disturbances or parameter variations. The validity of the proposed method is demonstrated through computer simulation for a position control of BLDCM.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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