Fault-tolerant control of discrete-event systems

• Applicant: Professor Dr.-Ing. Jan Lunze
• Subject Area: Automation, Mechatronics, Control Systems, Intelligent Technical Systems, Robotics
• Term: from 2014 to 2017
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 260670156

• Final Report Year: 2017

Final Report Abstract

Fehlertolerante Steuerungen verändern im Fehlerfall die Steuerfolge derart, dass die gesteuerte fehlerbehaftete Strecke ihre Aufgabe weiterhin erfüllt. Die dazu notwendigen Schritte der Fehlerdiagnose und der Rekonfiguration der Steuerung wurden in der Forschung bislang weitgehend unabhängig voneinander betrachtet. Das Ziel dieses Projekts war es, eine Methode zur fehlertoleranten Steuerung ereignisdiskreter Systeme zu entwickeln, die ein Verfahren zur aktiven Fehlerdiagnose mit einer Rekonfigurationsmethode, die Redundanzen im System ausnutzt, verbindet. Die beiden verwendeten Verfahren wurden in der Gruppe des Antragstellers in Vorarbeiten entwickelt und wurden hier wesentlich erweitert, weil ihre Kombination nur möglich ist, wenn außer dem aktuellen Fehler auch der interne Systemzustand der Strecke und der Fehlereintrittszeitpunkt eindeutig identifiziert werden. Die zu verwendende konsistenzbasierte Diagnosemethode baut auf der Theorie des Testens von Automaten auf. Sie wurde hier mit einem Rekonfigurationsverfahren kombiniert, das eine lokale Suche im Trajektorienraum der Strecke nutzt, um die Solltrajektorie und die Steuerfolge dem Fehlerfall anzupassen. Die Wirksamkeit der neuen Methode wurde anhand einer Anwendungsstudie in Simulationen und Experimenten bewertet.

Publications

• Control design for nondeterministic input/output automata, European J. of Control 21 (2015), pp. 1-13
  Y. Nke and J. Lunze
  (See online at https://doi.org/10.1016/j.ejcon.2014.11.001)
• Experimental evaluation of an active fault-tolerant control method. Control Engineering Practice, 43:1–11, 2015
  M. Schuh, M. Zgorzelski, and J. Lunze
  (See online at https://doi.org/10.1016/j.conengprac.2015.06.001)
• Fault-tolerant control for deterministic discrete event systems with measurable state. In American Control Conf., pp. 7516-7522, Boston, USA, 2016
  M. Schuh and J. Lunze
  (See online at https://doi.org/10.1109/ACC.2016.7526860)
• Fault-tolerant control of deterministic I/O automata using active diagnosis. In European Control Conf., pp. 2359-2365, Aalborg, Denmark, 2016
  M. Schuh and J. Lunze
  (See online at https://doi.org/10.1109/ECC.2016.7810643)
• Fault-tolerant control of deterministic I/O automata with ambiguous diagnostic result. In Workshop on Discrete Event Systems, pp. 251-257, Xi’an, China, 2016
  M. Schuh and J. Lunze
  (See online at https://doi.org/10.1109/WODES.2016.7497856)
• Fault-tolerant control of discrete-event systems described by I/O automata, 13-th Intern. Workshop on Discrete Event Systems, Xi’an 2016
  J. Lunze
  
• Tracking control of deterministic I/O automata. In Workshop on Discrete Event Systems, pp. 325-331, Xi’an, China, 2016
  M. Schuh and J. Lunze
  (See online at https://doi.org/10.1109/WODES.2016.7497867)
• Fault-Tolerant Control of Deterministic Input/Output Automata Logos Verlag, 2017
  M. Schuh
  
• Feedforward and state-feedback control of deterministic I/O automata. In 20th IFAC World Congress, pp. 13968-13975, Toulouse, France, 2017
  M. Zgorzelski and J. Lunze
  (See online at https://doi.org/10.1016/j.ifacol.2017.08.2294)