Performance-Based Hierarchical Fault-Tolerant Control for Closed-Loop Systems With Multiplicative Faults: A Data-Driven Design Method

乘法函数 容错 计算机科学 控制理论(社会学) 闭环 循环(图论) 控制(管理) 分布式计算 控制工程 数学 工程类 人工智能 组合数学 数学分析
作者
Ruijie Liu,Engang Tian,Ying Yang,Hongtian Chen
出处
期刊:IEEE transactions on cybernetics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:54 (11): 6593-6606 被引量:1
标识
DOI:10.1109/tcyb.2024.3397807
摘要

Fault-tolerant control (FTC) is vital for the safety and reliability of automatic systems. Most of the existing FTC methods are developed for open-loop systems subject to additive faults, regardless of the widely present control loops and multiplicative faults within systems. In this article, a performance-based FTC strategy is proposed for the closed-loop systems with multiplicative faults. Considering the high efforts in modeling complex systems, the proposed FTC strategy is realized in the data-driven context. Specifically, a nominal feedback-feedforward controller is first established for the fault-free systems. By selecting the system stability and reference tracking behavior as the key performance indices, two performance evaluators are constructed to detect and classify the occurred multiplicative faults based on the fault-induced effects on the system performance. Then, with the aid of the coprime factorization technique, the multiplicative faults, in the form of additive perturbations to the system coprime factors, are estimated utilizing the closed-loop process data. Furthermore, based on the fault knowledge, a hierarchical fault-tolerant tracking controller is developed according to the levels of system performance degradations, where the functional controller parameters are reconfigured with different priorities. Finally, case studies are provided to validate the effectiveness of the proposed method.
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