@PhDThesis{Siqueira:2017:AbDo'f,
author = "Siqueira, Jairo Eduardo Moraes",
title = "Uma abordagem no dom{\'{\i}}nio 'frequ{\^e}ncia-estrutura' para
a detec{\c{c}}{\~a}o e diagn{\'o}stico de falhas em sistemas de
controle reconfigur{\'a}veis",
school = "Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)",
year = "2017",
address = "S{\~a}o Jos{\'e} dos Campos",
month = "2016-07-01",
keywords = "detec{\c{c}}{\~a}o de falhas, toler{\^a}ncia a falhas, sistemas
de controle, controle de atitude, dom{\'{\i}}nio da
frequ{\^e}ncia, fault detection, fault tolerance, control
systems, attitude control, frequency domain.",
abstract = "O uso de abordagens padr{\~a}o para a concep{\c{c}}{\~a}o e o
desenvolvimento de estruturas de controle autom{\'a}tico para
sistemas complexos, podem incorrer em degrada{\c{c}}{\~a}o de
performance operacional com perda das margens de estabilidade e de
seguran{\c{c}}a, caso falhas de sensores ou de atuadores ocorram.
Tais falhas, as quais representam perdas locais no sistema como um
todo, podem potencialmente evoluir para fal{\^e}ncia do sistema
de controle se n{\~a}o forem eliminadas ou mitigadas em tempo e
medida adequados. Tais eventos n{\~a}o s{\~a}o aceit{\'a}veis,
dado que os mesmos representam a perda completa das capacidades
originais de seguran{\c{c}}a ou de miss{\~a}o. Desta forma, este
trabalho visa estudar o problema de detec{\c{c}}{\~a}o e
diagn{\'o}stico de falhas em sistemas de controle
reconfigur{\'a}veis, de forma a propor uma metodologia enquanto
solu{\c{c}}{\~a}o a tal problem{\'a}tica, baseada no chamado
dom{\'{\i}}nio \${{"}}\$frequ{\^e}ncia-estrutura\${{"}}\$.
A fim de que sejam atingidos os objetivos propostos, s{\~a}o
tomados os seguintes passos: 1) Revis{\~a}o de literatura sobre
m{\'e}todos dispon{\'{\i}}veis para detec{\c{c}}{\~a}o e
diagn{\'o}stico de falhas, assim como de
reconfigura{\c{c}}{\~a}o de controle; 2) A partir de um modelo
LTI gen{\'e}rico, {\'e} proposto um repert{\'o}rio de falhas de
sensores e de atuadores, as falhas s{\~a}o modeladas e
caracterizadas, considerando ent{\~a}o para cada modelo/modo de
falha (a) como as topologias das malhas de controle - i.e., as
estruturas - s{\~a}o afetadas, (b) qual {\'e} o impacto gerado
(propaga{\c{c}}{\~a}o temporal) nas malhas de controle, (c)
quais s{\~a}o os conte{\'u}dos espectrais espec{\'{\i}}ficos;
(3) {\'e} proposto um m{\'e}todo que se baseia nas
pot{\^e}ncias espectrais de um conjunto pr{\'e}-determinado de
res{\'{\i}}duos (de sensores e de atuadores) e no uso de
clusteriza{\c{c}}{\~a}o como meio de obten{\c{c}}{\~a}o dos
limiares de falhas; (4) o m{\'e}todo {\'e} testado com
complexidade incremental, a partir de um modelo linear sem
ru{\'{\i}}do e de 1-DOF, sem capacidade de
reconfigura{\c{c}}{\~a}o, at{\'e} um modelo n{\~a}o-linear e
ruidoso, com 3-DOF e dotado de redund{\^a}ncias para
reconfigura{\c{c}}{\~a}o de sensores e de atuadores. Os
numerosos resultados mostram que o m{\'e}todo diagnostica as
falhas modeladas, mesmo na presen{\c{c}}a de acoplamento MIMO,
n{\~a}o linearidades girosc{\'o}picas inerentes, e
ru{\'{\i}}dos e dist{\'u}rbios significativos, na planta usada,
sugerindo sua aplicabilidade a casos mais gerais e
dif{\'{\i}}ceis. ABSTRACT: The use of standard approaches for
the conception and development of automatic control structures for
complex systems may inccur in operational performance degradation
with loss of stability and safety margins, when sensor or actuator
faults occur. These faults, which represent local losses within
the overall control system, may potentially evolve to system
failure if not eliminated or mitigated in proper time and measure.
Such an event is not acceptable, since it represents the complete
loss either of the original safety or mission capabilities.
Therefore, this work studies the problem of fault detection and
diagnosis in reconfigurable control systems, and proposes a new
method to solve such problem, which is based on the so called
\${{"}}\$frequency-structure\${{"}}\$ domain. To accomplish
the proposed goals, the following steps are undertaken: 1) A
literature review on available fault detection and diagnosis
methods is presented, as well as those for control
reconfiguration; 2) Starting from a generic view of a LTI system,
a set of sensor and actuator faults is proposed, the faults are
modelled and characterized, considering for each fault/faulty mode
(a) how the control loops topologies - i.e., the structure - are
affected, (b) what is the impact (timewise propagation) caused on
the control loops, (c) what are the spectral contents; 3) a method
is proposed, which is itself based on the spectral power of
pre-determined model-based residuals (sensors and actuators), and
uses clusterization as means for obtaining thresholds; (4) the
method is tested with incremental complexity, batchwise and
recursively, from an initial noiseless, linear, 1-DOF control
system without reconfiguration capabilities; to a noisy,
non-linear, 3-DOF one, itself capable of sensor and actuator
reconfigurations. The numerous results show that the method
diagnoses the modeled faults, even in the presence of MIMO
coupling, inherent gyroscopic nonlinearities and significant
noises and disturbances in the plant used, suggesting its
applicability to more general and difficult cases.",
committee = "Ricci, M{\'a}rio C{\'e}sar (presidente) and Souza, Marcelo Lopes
de Oliveira e (orientador) and Leite, Alexandre Carvalho
(orientador) and Milani, Paulo Gi{\'a}como and Rocco, Evandro
Marconi and Moreira, Fernando Jos{\'e} de Oliveira and Curvo,
Marcelo",
copyholder = "SID/SCD",
englishtitle = "A 'frequency-structure' based approach for fault detection and
diagnosis in reconfigurable control systems",
language = "pt",
pages = "484",
ibi = "8JMKD3MGP3W34P/3LNR7CP",
url = "http://urlib.net/ibi/8JMKD3MGP3W34P/3LNR7CP",
targetfile = "publicacao.pdf",
urlaccessdate = "27 abr. 2024"
}