Aircraft robust data-driven multiple sensor fault diagnosis based on optimality criteria

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作者
Nicholas Cartocci,Marcello R. Napolitano,Gabriele Costante,Paolo Valigi,Mario Luca Fravolini
出处
期刊:Mechanical Systems and Signal Processing [Elsevier BV]
卷期号:170: 108668-108668 被引量:26
标识
DOI:10.1016/j.ymssp.2021.108668
摘要

A general robust data-driven scheme for the Fault Detection, Isolation and Estimation of multiple sensor faults is proposed and validated using multi-flight data records. Robustness to modelling uncertainty and noise is achieved through an optimized data-driven design of the three blocks that constitute the scheme. First, a robust Fault Detection (FD) filter given by the linear combination of previously identified Analytical Redundancy Relationships (AARs) is derived as the solution of a multi-objective optimization where the minimum fault sensitivity is maximized while the standard deviation (STD) of the filtered error, in nominal condition, is minimized. Then, a Fault Pre-Isolation (FPI) block is introduced to select a restricted number of sensors containing with high likelihood the subset of the faulty sensors. In this phase, robustness is achieved through the data-driven design of a redundant number of Multiple-ARRs and a voting logic. Finally, the robust Fault Isolation (FI) is achieved relying on the design of a large collection of additional AARs whose fault signatures are specifically designed to optimize, at the same time, noise immunity while maximizing the decoupling of the (pre-isolated) fault directions. A procedure based on fault amplitude reconstruction is proposed to isolate the set of faulty sensors sequentially. The proposed scheme has been applied to the design of a multiple Fault Diagnosis scheme for a set of 8 sensors of a semi-autonomous aircraft basing on multi-flight data. Validation results are compared with state-of-the-art multiple Fault Diagnosis schemes.

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