Fault Tolerant Control Based on Extended Kalman Filter of Squirrel-Cage Induction Machines

Fault-tolerant control systems possess the ability of rejecting the effect of faults. They are capable of maintaining overall system stability and acceptable performance in degraded modes. Through many researches, the analysis, modeling, and simulation of various inverter and machine faults have been carried out for the purpose of providing a fault tolerance. However, most of them are based on systems redundancy principle. Among the real-time based approaches for the fault detection and diagnosis, there are several strategies such as the pseudo inverse method, the linear quadratic approach and Extended Kalman Filter based Fault Tolerant Control (EKF-FTC). In recent years the application of Kalman filter approaches has gained an increasing attention in fundamental research and application. In this paper, a FTC method dedicated to Induction Motor (IM) drive is presented. The proposed method based on an additive term to the backstepping control which based on the error of current during the appearance of fault and the adaptive gain of the Kalman filter. This method improves the performance of the backstepping control to maintain the operation despite the appearance of faults. The main objective is to ensure a minimum level of performance of the drive system that is malfunctioning.

Odporne na błędy układy sterowania mają zdolność eliminacji wpływu zakłóceń. Potrafią one utrzymywać ogólną stabilność i akceptowalne działanie systemu w trybach awaryjnych. Dzięki wielu badaniom przeprowadzono analizę, modelowanie i symulację różnych błędów falownika i maszyny w celu zapewnienia odporności na błędy. Większość z nich wynika jednak z zasady redundancji systemów. Wśród strategii wykrywania i diagnozowania błędów w czasie rzeczywistym można wyróżnić przykładowo metodę pseudoodwrotną, metodę liniowo-kwadratową i sterowanie odporne na błędy przy użyciu rozszerzonego filtra Kalmana (EKF-FTC). W ostatnich latach metodom z użyciem filtra Kalmana poświęca się coraz więcej uwagi w podstawowych badaniach i zastosowaniach. W niniejszym artykule przedstawiono metodę FTC zastosowaną do napędu silnika indukcyjnego (IM). Proponowana metoda polega na dodaniu do sterowania metodą całkowania wstecznego (ang. backstepping) członu addytywnego, która polega na wystąpieniu uchybu prądu w razie błędu i wzmocnienia adaptacyjnego filtra Kalmana. Metoda ta poprawia wydajność sterowania za pomocą wstecznego całkowania w celu podtrzymania pracy pomimo wystąpienia błędów. Głównym celem jest zapewnienie minimalnego poziomu wydajności niesprawnego układu napędowego.