Steuer Rekonfiguration

Steuer Rekonfiguration ist ein aktiver Ansatz in der Regelungstechnik, um fehlertolerante Steuerung für dynamische Systeme zu erreichen. Es wird verwendet, wenn ein schwerer Fehler, wie Aktor oder Sensor Ausfälle, zu einer Break-up der Regelschleife, die umstrukturiert muss bis zum Versagen auf der Systemebene zu verhindern. Neben Schleife Umstrukturierungen müssen die Reglerparameter eingestellt werden, um geänderten Anlagendynamik unterzubringen. Steuer Rekonfiguration ist ein Baustein zur Erhöhung der Zuverlässigkeit der Systeme unter Rückkopplungssteuerung.

Rekonfiguration Problem

Fehlermodellierung

Die Abbildung rechts zeigt eine Anlage von einer Steuerung in einem Standard-Regelkreis gesteuert.

Die nominale lineare Modell der Anlage ist

Die Anlagen, die einem Fehler wird im allgemeinen durch modelliert

wobei der Index anzeigt, daß das System fehlerhaft ist. Diese Vorgehensmodelle multiplikativen Störungen durch modifizierte System Matrizen. Insbesondere sind Aktuator Fehlern durch die neue Eingangsmatrix dargestellt sind, Sensorstörungen durch die Ausgabe der Karte dargestellt wird, und der internen Anlagenstörungen werden von dem System-Matrix dargestellt.

Der obere Teil der Figur zeigt eine Überwachungsschleife, die aus der Fehlererkennung und Isolierung und Rekonfiguration, das die Schlaufe durch Veränderungen

  • Auswahl der neuen Eingabe und Ausgabe von Signalen von {}, um das Ziel der Steuerung zu erreichen,
  • Ändern der Controller Einbauten,
  • Einstellen der Referenzeingang.

Zu diesem Zweck werden die Vektoren von Eingängen und Ausgängen enthalten alle verfügbaren Signale, nicht nur die durch die Steuereinrichtung in fehlerfreiem Betrieb verwendet.

Alternative Szenarien kann Fehler als Zusatz externen Signalmodell Beeinflussung der staatlichen Derivate und Ausgänge wie folgt:

Rekonfiguration Ziele

Das Ziel der Umgestaltung ist es, die neu konfiguriert Regelkreisleistung ausreichend für Anlagenstillstand verhindern zu halten. Folgende Ziele werden unterschieden:

  • Stabilisierung
  • Equilibrium Erholung
  • Ausgangsflugbahn Erholung
  • Staatsbahn Erholung
  • Einschwingzeit Antwort Erholung


Innere Stabilität des rekonfigurierten geschlossenen Schleife ist in der Regel die Mindestanforderung. Die Gleichgewichtsrückgewinnung Ziel bezieht sich auf die stationäre Ausgangs Gleichgewichts, die rekonfiguriert Schleife nach einer gegebenen konstanten Eingangs erreicht. Dieses Gleichgewicht muss die Nenn Gleichgewicht unter den gleichen Eingang entsprechen. Dieses Ziel stellt sicher stationären Referenzverfolgung nach der Rekonfiguration. Die Ausgangsbahn Recovery-Ziel ist es, noch strenger. Es erfordert, dass die dynamische Reaktion auf eine Eingabe ist als die Nennleistung Antwort zu allen Zeiten gleich. Weitere Einschränkungen werden vom Staat Trajektorie Recovery-Ziel, das verlangt, dass die Staatsbahn durch die Rekonfiguration unter jeder Eingang mit dem Nominalfall wiederhergestellt werden verhängt.

In der Regel eine Kombination von Zielen in der Praxis verfolgt, wie die Gleichgewichts-Recovery-Ziel mit Stabilität.

Die Frage, ob diese oder ähnliche Ziele können nach bestimmten Fehlern erreicht werden durch Rekonfigurierbarkeit Analyse gerichtet.

Rekonfiguration Ansätze

Fehler Versteck

Dieses Paradigma zielt auf die Beibehaltung der Nenn Steuerung in der Schleife. Zu diesem Zweck kann eine Rekonfiguration Blocks zwischen dem defekten Anlage und dem Sollregler gelegt werden. Zusammen mit dem fehlerhaften Pflanze, bildet er die rekonfiguriert Pflanze. Die Rekonfiguration Block hat die Anforderung, dass das Verhalten der Anlage neu konfiguriert das Verhalten des Nominal passt zu erfüllen, das heißt störungsfreien Anlage.

Linearen Modells folgenden

In linearen Modells folgenden wird eine formale Funktion des Nenn geschlossene Schleife versucht, zurückgewonnen werden. Im klassischen pseudo-inverse Verfahren wird die geschlossene Kreislaufsystem Matrix aus einem hochRegelStruktur. Die neue Steuereinheit festgestellt wird, im Sinne einer induzierten Matrixnorm zu approximieren.

In perfektes Modell Folgenden wird ein dynamischer Kompensator eingeführt, um für die genaue Wiederherstellung der kompletten Schleife Verhalten unter bestimmten Bedingungen zu erlauben.

In Eigenstruktur Abtretung ist der Nenn Closed-Loop-Eigenwerte und Eigenvektoren auf den Nennfall nach einem Fehler erholt.

Optimisation-basierte Steuerungssysteme

Optimierung Steuerungsschemata sind: LQ-Regler-Design, Model Predictive Control und Eigenstruktur Zuordnungsverfahren.

Probabilistische Ansätze

Wurden einige probabilistische Ansätze entwickelt.

Lernsteuerung

Es gibt Lern ​​Automaten, neuronale Netze usw.

Mathematische Tools und Frameworks

Die Methoden, mit denen Rekonfiguration wird erreicht, unterscheiden sich erheblich. Die folgende Liste gibt einen Überblick über mathematische Ansätze, die häufig verwendet werden.

  • Adaptive Steuer
  • Störungsentkopplung
  • Eigenstruktur Zuordnung
  • Gain Scheduling / lineare Parameteränderungs
  • Generali internen Modells Steuer
  • Intelligente Steuerung
  • Linear Matrix Ungleichheit
  • LQ-Regler
  • Modell folgende
  • Model Predictive Control
  • Pseudo-Inverse-Methode
  • Robuste Steuerungstechniken
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