مدلسازی منطقی کامپیوتر پرواز برای تشخیص عملکرد ناصحیح عملگرهای برقی – مکانیکی پرنده‌های بدون سرنشین با استفاده از شبکه‌های پتری

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری / دانشکدة برق و کامپیوتر، دانشگاه سمنان، سمنان

2 عضو هیات علمی / دانشکدة برق و کامپیوتر، دانشگاه سمنان، سمنان

چکیده

در این مقاله با استفاده از ابزار شبکه‌های پتری روشی برای مدلسازی عملیات منطقی، کشف خطا، طراحی کنترل‌کنندة نظارتی و در نتیجه افزایش قابلیت اطمینان برای زیرسیستم عملگر برقی - مکانیکی پرنده‌های بدون سرنشین ارائه شده ‌است. در پرنده‌های بدون سرنشین عملگرها برای کنترل سطوح کنترلی استفاده می‌شود، لذا ایجاد روشی که بتواند رفتار منطقی و خطاهای زیرسیستم­ها را مدل کند و رفتار مناسبی در مقابل خطاهای احتمالی سیستم داشته باشد، بسیار مفید خواهد بود. در روش ارائه‌شده در این مقاله، جهت طراحی کنترل‌کنندة نظارتی برمبنای شبکه‌های پتری سه گام اصلی برداشته شده است: در اولین گام، ضوابط و خصوصیات اصلی بخش‌های مختلف با استفاده از شبکة پتری به‌صورت جداگانه مدل شده ‌است، در گام دوم سنکرون‌سازی بین مدل‌ها انجام شده و در گام آخر با استفاده از کنترل نظارتی، کل رویة کنترل جهت حصول اطمینان از بروز وضعیت ناامن در سیستم ضمانت می‌گردد. در این پژوهش جهت جلوگیری از ورود در شرایط ناامن و همچنین کنترل فرایند از روش افزونگی تحلیلی استفاده شده ‌است. نتایج نشان می‌دهد که با استفاده از این روش احتمال خرابی کاهش و قابلیت اطمینان سیستم افزایش خواهد یافت.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Logical modeling of flight computer to detect faulty functional of servo electromechanical actuator in UAVs via Petri Nets

نویسندگان [English]

  • Alireza Ahangarani Farahani 1
  • Abbas Dideban 2
1 Phd Student, Department of Electrical and Computer Engineering Semnan University, Semnan
2 Associate Professor, Department of Electrical and Computer Engineering Semnan University, Semnan
چکیده [English]

In this paper, Petri Nets tool is used to model logical operations, faults detection, controller designed and consequently significant growth in reliability for electromechanical actuator subsystem of UAV. In UAVs, actuators are used to control surfaces, therefore introducing a new way that can simulate the logical behavior and subsystem fault and control the system’s probable errors, is beneficial. To design a controller based on Petri Nets, three stages have to be done; in the first stage, different sections and main features are modeled using Petri Nets. In the second stage, synchronization is done among resulted models, then using supervisory control in the third stage, in order to ensure the unsafe situation occurrence in the system, the all control procedure is guaranteed. In this research, analytical redundancy is used to prevent entering into unsafe conditions and process control. Results show that by using this method, the probability of fault detection increases and consequently the reliability has the same faith.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Petri Nets
  • supervisory control
  • UAV
  • servo electromechanical actuator
  • fault detection

[1] Y. Zhou, C. Lin, Y. Liu, H. Xu, Analytical Study on the Reliability of Redundancy Architecture for Flight Control Computer Based on Homogeneous Markov Process, IEEE Access,Vol. 6, pp. 18290-18298, 2018.

[2] A. Ahangarani Farahani and A. Dideban, A Novel Method to Model Electromechanical Actuator in UAV, The 13th Conference of Iranian Aerospace Society, Tehran, Iran, 2014. (in Persian)

[3] B. Hrúz and M. C. Zhou, Modeling, Control of Discrete-event Dynamic Systems, Springer, 2007.

[4] O. González, M. Cerrad, Diagnosis of Controlled Discrete Event Systems: An Approach Based on Chronicles and Modular Analysis by Using Automata Models, Revista Iberoamericana de Automática e Informática industria,Vol. 11, No. 2, pp. 191-201, 2014.

[5] R. David, H. Alla, Discrete, Continuous, and Hybrid Petri Nets, Printed in Germany, Springer, 2005.

[6] L. Ghomri, H. Alla, Continuous Petri Nets and Hybrid Automata for the Analysis of Manufacturing Systems, International Federation of Automatic Control, Vol. 48, No. 3, pp. 1024-1029, 2015.

[7] S. Thavamanz, Fault Tolerant Control of a Ship Propulsion, Ph.D Thesis, University State University of New York, USA, 2006.

[8] F. Bateman, H. Noura, M. Ouladsine, Active Fault Diagnosis and Major Actuator Failure Accommodation: Application to a UAV, InTech Advances in Flight Control Systems,2011.

[9] F. Bateman, H. Noura, M. Ouladsine, Actuators Fault Diagnosis and Tolerant Control for an Unmanned Aerial Vehicle, IEEE International Conference on Control Applications Part of IEEE Multi-conference on Systems and Control, Singapore, 2007.

[10] D. Lefebvre, On-Line Fault Diagnosis With Partially Observed Petri Nets, IEEE Transactions on Automatic Control, Vol. 59, No. 7, pp. 1919-1924, 2014.

[11] J. Liu, K. Chen, Z. Wang, Fault Analysis for Flight Control System Using Weighted Fuzzy Petri Nets, Journal of Convergence Information Technology, Vol. 6, No. 3, 2011.

[12] C. Wu, J. Qi, D. Song, X. Qi, J. Han, Simultaneous State and Parameter Estimation Based Actuator Fault Detection and Diagnosis for an Unmanned Helicopter, International Journal of Applied Mathematics and Computer Science, Vol. 25, No. 1, pp. 175-187, 2015.

[13] M. A. Trigos, A. Barrientos, J. del Cerro, Unmanned Helicopter Faults Diagnosis based on Petri Nets, Revista de Investigaciones,Vol. 8, No. 2, pp. 91-103, 2016.

[14] M. Blanke, C. W. Frei, F. Kraus, R. J. Patton M. Staroswiecki, What is Fault-Tolerant Control, IFAC Symposium on Fault Detection, Supervision and Safety for Technical Processes, Budapest, Hungary, 2000.

[15] A. Ahangarani Farahani, A. Dideban, Continuous-Time Delay-Petri Nets as A New Tool to Design State Space Controller, Information Technology and Control, Vol. 45, No. 4, pp. 401-411, 2016.

[16] A. Ahanarani Farahani, A. Dideban, E. Najafgholi, Modeling Continuous Systems by Petri Nets Using Speed Control Arcs, the 4th International Conference on Control, Instrumentation and Automation, Iran, 2016.

[17] M. Zareiee, A. Dideban, A New Idea for Having a Simplified Controller in Discrete Event Systems, The First Iran International Conference on Industrial Automation, Iran, 2009. (in Persian)

[18] B. Gudino-Mendoza, E. López-Mellado, H. Alla, A Linear Characterization of the Switching Dynamic Behavior of Timed Continuous Petri Nets with Structural Conflicts, Nonlinear Analysis: Hybrid Systems, Vol. 19, pp.38–59, 2016.

[19] A. Aybar, A. Iftar, Supervisory Controller Design to Enforce Basic Properties in Timed-Place Petri Nets, Proc.of the 6th IFAC Conference on Management and Control of Production and Logistic,  Fortaleza, Brazil, 2013.

[20] J. J. Gertler, Fault Detection and Diagnosis in Engineering Systems, Marcel Dekker, New York, USA, 1998.

[21] P. Jalote, Fault Tolearnce in Distributed Systems, Printice Hall, 1998.

[22] M. Ferval, A. Lecanu, A. Maussion, Flight Control Ststem for an Aircraft, USA, 2011.

[23] M. Hejrati, Analyzing the Reliability of the Automation System on Vessels Using Petri Nets and Providing a Way to Improve It, Master Thesis, Semnan University, Semnan, Iran, 2016. (in Persian)

[24] L. Sun, W. Jiang, S. Yang M. Yu, Fault Diagnosis for Electromechanical System via Extended Analytical Redundancy Relations, IEEE Transaction on Industrial Information, 2018.

[25] J. Ruiz-Leon, C. R. Vazquez and A. Ramirez-Trevino J. A. Fraustro, Structural Fault Diagnosis in Timed Continuous Petri Nets, in Proceedings of the 13th International Workshop on Discrete Event System, Xi'an, China, pp. 159-164, 2016.