عنوان

استفاده از روش مشاهده گر مبنا برای عیب‌یابی سیستم‌های غیر خطی با کاربرد در سیستم‌های میکرو الکترومکانیکی

شماره

‭۱۴۹۸۱پ‬

زبان متن نوشتاري يا گفتاري و مانند آن

per

عنوان اصلي

استفاده از روش مشاهده گر مبنا برای عیب‌یابی سیستم‌های غیر خطی با کاربرد در سیستم‌های میکرو الکترومکانیکی

نام نخستين پديدآور

/حامد مبکی

نام ناشر، پخش کننده و غيره

: مهندسی مکانیک

تاریخ نشرو بخش و غیره

، ‮‭۱۳۹۴‬

متن يادداشت

چاپی

متن يادداشت

فاقد کلیدواژه

جزئيات پايان نامه و نوع درجه آن

کارشناسی ارشد

نظم درجات

مهندسی مکانیک گرایش طراحی کاربردی

زمان اعطا مدرک

‮‭۱۳۹۴/۱۰/۰۷‬

کسي که مدرک را اعطا کرده

تبریز

متن يادداشت

در این رساله به طراحی مشاهده‌صگر با ضرایب بهره وابسته به خروجی و حالت تخمینی برای عیب‌صیابی سیستم‌صهای دینامیکی غیرخطی لیفشیتز) که ترم غیرخطی لیفشیتز قابل تعیین از طریق خروجی میباشد (.با رویکرد خطی‌صسازی دستگاه معادلات دیفرانسیل خطا پرداخته خواهد شد .در دهه‌صهای اخیر طراحی مشاهده‌صگر برای سیستم‌صهای دینامیکی مذکور به منظور تخمین حالت و خروجی برای عیب‌صیابی، نظر بسیاری از محققین را به خود جلب کرده است و تحقیقات وسیعی در این زمینه صورت گرفته است .ولی با این وجود، برخی مسائل حل نشده‌صای در این حوزه باقی مانده است که منشا اکثر مسائل مذکور ناشی از وجود ترم غیرخطی لیفشیتز در دستگاه معادلات دیفرانسیل خطا می‌صباشد .در رساله حاضر، روند جدیدی برای طراحی مشاهده‌صگر با ضرایب وابسته به خروجی و حالت تخمینی با رویکرد خطی-سازی دستگاه معادلات دیفرانسیل خطا) بدون در نظر گرفتن عدم قطعیت و اغتشاش (ارائه خواهد شد .این خطی‌صسازی بهبود فراوانی در روند عیب‌صیابی و حل برخی از مسائلی که سپس عنوان خواهد شد می‌صدهد .مهمترین مسئله، تضمین پایداری مشاهده‌صگر به ثابت لیفشیتز ترم غیرخطی می‌صباشد .بررسی‌صهای صورت گرفته نشان می‌صدهد که طراحی‌صهای انجام شده، پایداری مشاهده‌صگر را تنها برای محدوده خاصی از ثابت لیفشیتز فراهم می‌صکند و تضمین پایداری مشاهده‌صگر برای خارج از محدوده‌صی مذکور امکانپذیر نیست .این مشکل به علت وجود ترم‌صهای غیرخطی لیفشیتز در دستگاه معادلات دیفرانسیل خطا می‌صباشد .در این رساله با استفاده از ضرایب بهره متغیر که وابسته به متغیرهای حالت تخمینی و خروجی هستند و با رویکرد خطی‌صسازی دستگاه معادلات مذکور، پایداری مشاهده‌صگر برای سیستم سالم تضمین خواهد شد) در مورد پایدارسازی مشاهده‌صگر در حضور عیب، در پاراگراف آتی بحث خواهد شد .(.برای این امر، ترم‌صهای غیرخطی لیفشیتز موجود در دستگاه معادلات به صورت ضرایب وابسته به متغیرهای حالت تخمینی و خروجی در خطاهای دینامیکی ارائه می‌صشوند .با این عمل ترم غیرخطی لیفشیتز را می‌صتوان در ماتریس مشخصه دستگاه معادلات جا دهی کرد تا پس از پایدارسازی این ماتریس، ضرایب بهره‌ص‍ به صورت تابعی از متغیرهای حالت تخمینی و خروجی، قابل تعیین شوند .با استفاده از این روند می‌صتوان دستگاه معادلات خطا را از حالت غیر خطی به خطی تبدیل کرد .علاوه بر عیب‌صیابی سیستم سالم، عیب‌صیابی سیستم‌صهای معیوبی که در حین کار هستند و عیب جدیدی نیز به آنها افزوده شده، در این رساله مورد بررسی قرار خواهد گرفت .بررسی‌صهای ادبیات فن در حوزه عیب‌صیابی سیستم‌صهای غیرخطی لیفشیتز، نشان می‌صدهد که به موضوع عیب‌صیابی و رفع عیب این نوع از سیستم‌صها توجه چندانی نشده است .مهمترین دلیل این مورد، عدم تضمین پایداری مشاهده‌صگرهای طراحی شده در حضور عیب می‌صباشد .بدین صورت که اثباتی جهت تضمین همگرایی خطاها و پایداری مشاهده‌صگر برای سیستم معیوب تاکنون ارائه نشده است .خطی‌صسازی ارائه شده در این رساله، تضمینی برای پایداری مشاهده‌صگر و همگرایی خطاها در حضور اغتشاش، عدم قطعیت، و عیوب با محدوده‌صهای مشخص فراهم می‌صکند .چنین تضمینی، امکان عیب‌صیابی و تشخیص رفع عیب در سیستم معیوب را فراهم می‌صسازد .مشکل مهم دیگر، تعیین آستانه‌صها برای عیب‌صیابی است .روند تعیین آستانه‌صها برای عیب‌صیابی با استفاده از مشاهده‌صگرهایی با ضرایب بهره مستقل از متغیرهای حالت و خروجی امری پیچیده و وقت‌صگیر می‌صباشد .خطی‌صسازی ارائه شده در این رساله، ابزار مناسب و ساده‌صای برای تعیین آستانه‌صهای عیب‌صیابی و تعیین اندازه عیب فراهم می‌صکند .بدین طریق که با توجه به محدوده‌صهای مشخص ترم‌صهای اغتشاش و عدم قطعیت موجود در سیستم دینامیکی، به سادگی می‌صتوان محدوده‌صهایی برای خطاصها تعیین کرد و با توجه به رابطه خطاها با باقیمانده‌صها، آستانه‌صهای عیب‌صیابی و تعیین اندازه عیب را مشخص کرد .قابلیت مشاهده‌صگر در تشخیص وجود عیب و جداسازی عیوب بحث مهمی در عیب‌صیابی روش مشاهده‌صگر مبنا می‌صباشد .هر چند که قابلیت مذکور برای سیستم‌صهای خطی مورد توجه محققین قرار گرفته، ولی در مورد سیستم‌صهای غیرخطی توجه چندانی به این قابلیت نشده است .تضمین پایداری باقیمانده‌صها برای سیستم معیوب، اساس این قابلیت در مشاهده‌صگر ارائه شده در این رساله می‌صباشد .در رساله حاضر قابلیت مذکور، با ارائه تعاریف تاثیرپذیری خطاها و باقیمانده‌صها به حضور عیب و تعیین آستانه‌صهای باقیمانده برای سیستم سالم و معیوب مورد بحث و بررسی قرار خواهد گرفت .سیستم مورد مطالعه در این رساله برای بحث عیب‌صیابی، میکروخازن‌صهای دو و سه صفحه موازی، تحت تحریک غیرخطی) لیفشیتز (الکترواستاتیک می‌صباشند .در این رساله عیب‌صیابی دو نوع سیستم میکروخازن مورد بررسی قرار خواهد گرفت :سیستمی که در حالت اولیه سالم بوده و سپس دارای عیب اولیه شده، و سیستمی که قبلا معیوب بوده و سپس عیب دیگری نیز به آن اضافه شده است .همچنین تعیین اندازه عیوب، و تشخیص رفع عیب این سیستم‌صها نیز مورد مطالعه قرار خواهد گرفت .علاوه بر موارد مذکور، درباره‌صی جداسازی عیوب با استفاده از باقیمانده ثانویه و تحریک مضاعف بحث خواهد شد .تحت شرایط خاصی جداسازی عیوب با استفاده از یک تحریک یا باقیمانده خاص امکان پذیر نمی‌صباشد .در این حالت با استفاده از باقیمانده ثانویه یا تحریک مضاعف به جداسازی عیوب میکروخازن پرداخته خواهد شد .برای صحه‌صگذاری روش عیب‌صیابی، و قابلیت مشاهده‌صگر پیشنهادی در تشخیص وجود عیب و جداسازی عیوب در سیستم-های دینامیکی غیرخطی لیفشیتز، از یکی از شناخته صشده‌صترین سیستم‌صهای غیرخطی لیفشیتز، یعنی سیستم مخازن چندگانه محتوی مایع استفاده خواهد شد .

متن يادداشت

‮‭Designing of an observer with outputs and estimated states dependant gains for fault detection and diagnosis of Lipschitz nonlinear dynamic systems for the purpose of linearization of error differential equation system has been researched in this thesis. In recent decades observer design for mentioned systems for the reason of states and outputs estimation for fault detection has attracted the interest of numerous researchers and a large number of studies have been done in this field. Nevertheless there are a number of unresolved issues in this area. The source of the most of mentioned issues is due to existence of Lipschitz nonlinear terms in the error differential equation system. In current thesis a new method for observer design with gains depending on outputs and estimated states for the purpose of linearization of error differential equation system (without considering uncertainties and distributions) has been proposed. This linearization will pave the way for solving some of the aforementioned issues. The most important issue is the observer stabilization to Lipschitz constant of nonlinear term. Investigations showed that carried designs provide observer stability only for specific range of Lipschitz constant; moreover stability for the outside of mentioned range is not possible. This issue is due to the existence of Lipschitz term in error differential equation system. In the present study observer stability for the fault-free system will be ensured using outputs and estimated states dependant gains and aforementioned linearization (the stabilization of observer with regard to fault will be discussed in the following paragraph.). For this end the Lipschitz nonlinear term in error differential equation system has been introduced in the form of outputs and estimated states in dynamic error. With this proposition, Lipschitz term can be placed in characteristic matrix of dynamic error. Therefore after the stabilization of this matrix, observer gains can be determined in the form of function from outputs and estimated states. With this method, the error differential equation system can be transformed from nonlinear to linear. In addition to fault detection of fault free systems, fault detection of faulty systems has been studied in this thesis. The investigation of literature review in the field of fault detection of Lipschitz systems, show that the subject of fault and troubleshoot detection of faulty systems has received little attention. The most important reason for this, is the lack of stability insurance of designed observers for faulty systems. In other words a justification for the assurance of convergence of errors and stability of observer for faulty systems has not been proposed so far. Mentioned linearization ensures observer stability and convergence of errors regarding the existence of distribution, uncertainty, and fault with determined ranges. This kind of assurance provides the possibility for fault and troubleshoot detection of faulty systems. Robustness of observer to disturbance is another significant issue in observer-based fault detection. optimization is one of the suitable and useful tools for disturbance attenuation level. Although the LMI and Riccati methods are among the most important and useful methods for implementation of optimization, but an important limitation of these methods is the feasibility of their implementation. Moreover, it is possible that, the offered gains by these methods (in the case of feasibility of implementation) have significant (large) numerical values, which, can lead to errors enlargement and observer instability. In the proposed method the mentioned limitations are being eliminated and feasibility of optimization is being provided. The aforementioned method for implementation of optimization becomes practical based on the determining factors of observer gains. Furthermore, in this case the designer can prevent the unfavorable enlargement of observer gains by choosing suboptimum instead of large in convex condition. Another important issue is the determination of fault detection thresholds. The process of threshold determination for fault detection using observers with independent gains from outputs and state variable is a very complicated and time-consuming process. The proposed linearization provides a useful and simple tool for determination of fault detection and diagnosis thresholds. Considering uncertainties, distributions, and faults with specified ranges which exist in error differential equation system, ranges for errors can be determined easily. With regard to the relation of errors with residuals, fault detection and diagnosis thresholds can be determined. Fault detectability and isolability are significant subjects in observer-based fault detection. Although mentioned capability for linear systems have received much attention, but for nonlinear systems have not received enough attention. Residual stability assurance for faulty systems is the base of these capabilities in the proposed observer in this thesis. The investigated systems in this study for fault detection are two and three parallel plates micro tunable capacitors. In this thesis the fault detection of two types of micro capacitors has been studied: faulty and fault free capacitors. Furthermore, determination of the fault size and detection of troubleshoot in these systems have been investigated. In addition to the mentioned cases, fault isolation of the capacitors using secondary residual and additional excitation has been discussed. Under certain circumstances, fault isolation using specific excitation or residual is not possible. In this case the fault isolation for the capacitor has been addressed using secondary residual or additional excitation. For verification of proposed observer based fault detection method and fault detectability and isolability, one of the most known Lipschitz nonlinear systems that is two and three tanks systems have been used‬

مستند نام اشخاص تاييد نشده

مبکی، حامد

مستند نام اشخاص تاييد نشده

صادقی، سید مرتضی، استاد راهنما

مستند نام اشخاص تاييد نشده

رضازاده، سید مرتضی، استاد مشاور

مستند نام اشخاص تاييد نشده

پورمحمود آقابالا، محمد

يادداشت عمومي

سیاه و سفید

وضعیت فهرست نویسی

نمایه‌سازی قبلی