नियंत्रण पुनर्विन्यास

गतिशील प्रणालियों के लिए दोष-सहिष्णु नियंत्रण | दोष-सहिष्णु नियंत्रण प्राप्त करने के लिए नियंत्रण सिद्धांत में नियंत्रण पुनर्विन्यास एक सक्रिय दृष्टिकोण है। इसका उपयोग तब किया जाता है जब गंभीर दोष (प्रौद्योगिकी), जैसे कि एक्चुएटर या सेंसर आउटेज, नियंत्रण लूप के टूटने का कारण बनता है, जिसे सिस्टम स्तर पर विफलता को रोकने के लिए पुनर्गठित किया जाना चाहिए। लूप पुनर्गठन के अलावा, परिवर्तित संयंत्र गतिशीलता को समायोजित करने के लिए नियंत्रक (नियंत्रण सिद्धांत) मापदंडों को समायोजित किया जाना चाहिए। प्रतिक्रिया नियंत्रण के तहत सिस्टम की निर्भरता बढ़ाने की दिशा में नियंत्रण पुनर्विन्यास एक बिल्डिंग ब्लॉक है।

पुनर्विन्यास समस्या

एक विशिष्ट सक्रिय दोष-सहिष्णु नियंत्रण प्रणाली का योजनाबद्ध आरेख। नाममात्र, यानी दोष-मुक्त स्थिति में, निचला नियंत्रण लूप नियंत्रण लक्ष्यों को पूरा करने के लिए काम करता है। फॉल्ट-डिटेक्शन (एफडीआई) मॉड्यूल दोषों का पता लगाने और उन्हें अलग करने के लिए बंद-लूप सिस्टम की निगरानी करता है। गलती का अनुमान पुनर्संरचना ब्लॉक को भेज दिया जाता है, जो गलती के बावजूद नियंत्रण लक्ष्यों तक पहुंचने के लिए नियंत्रण लूप को संशोधित करता है।

दोष मॉडलिंग

दाईं ओर का चित्र एक मानक नियंत्रण लूप में नियंत्रक द्वारा नियंत्रित एक संयंत्र को दर्शाता है।

संयंत्र का नाममात्र रैखिक मॉडल है

${\begin{cases}{\dot {\mathbf {x} }}&=\mathbf {A} \mathbf {x} +\mathbf {B} \mathbf {u} \\\mathbf {y} &=\mathbf {C} \mathbf {x} \end{cases}}$ किसी दोष के अधीन संयंत्र (आकृति में लाल तीर द्वारा दर्शाया गया है) को सामान्य रूप से मॉडल किया गया है

${\begin{cases}{\dot {\mathbf {x} }}_{f}&=\mathbf {A} _{f}\mathbf {x} _{f}+\mathbf {B} _{f}\mathbf {u} \\\mathbf {y} _{f}&=\mathbf {C} _{f}\mathbf {x} _{f}\end{cases}}$ जहां सबस्क्रिप्ट $f$ इंगित करता है कि सिस्टम दोषपूर्ण है। यह दृष्टिकोण संशोधित सिस्टम मैट्रिक्स द्वारा गुणक दोषों को मॉडल करता है। विशेष रूप से, एक्चुएटर दोषों को नए इनपुट मैट्रिक्स द्वारा दर्शाया जाता है $\mathbf {B} _{f}$, सेंसर दोष आउटपुट मैप द्वारा दर्शाए जाते हैं $\mathbf {C} _{f}$, और आंतरिक संयंत्र दोषों को सिस्टम मैट्रिक्स द्वारा दर्शाया जाता है $\mathbf {A} _{f}$.

चित्र का ऊपरी भाग एक पर्यवेक्षी लूप दिखाता है जिसमें गलती का पता लगाना और अलगाव (एफडीआई) और पुन: कॉन्फ़िगरेशन शामिल है जो लूप को बदलता है

1. से नए इनपुट और आउटपुट सिग्नल चुनना$\mathbf {u} ,\mathbf {y}$} नियंत्रण लक्ष्य तक पहुँचने के लिए,
2. नियंत्रक आंतरिक को बदलना (गतिशील संरचना और पैरामीटर सहित),
3. संदर्भ इनपुट को समायोजित करना $\mathbf {w}$.

इस प्रयोजन के लिए, इनपुट और आउटपुट के वैक्टर में सभी उपलब्ध सिग्नल होते हैं, न कि केवल वे जो नियंत्रक द्वारा गलती-मुक्त संचालन में उपयोग किए जाते हैं।

वैकल्पिक परिदृश्य दोषों को एक योगात्मक बाहरी सिग्नल के रूप में मॉडल कर सकते हैं $\mathbf {f}$ राज्य के डेरिवेटिव और आउटपुट को इस प्रकार प्रभावित करना:

${\begin{cases}{\dot {\mathbf {x} }}_{f}&=\mathbf {A} \mathbf {x} _{f}+\mathbf {B} \mathbf {u} +\mathbf {E} \mathbf {f} \\\mathbf {y} _{f}&=\mathbf {C} _{f}\mathbf {x} _{f}+\mathbf {F} \mathbf {f} \end{cases}}$

पुनर्विन्यास लक्ष्य

पुनर्विन्यास का लक्ष्य संयंत्र को बंद होने से रोकने के लिए पुन: कॉन्फ़िगर किए गए नियंत्रण-लूप प्रदर्शन को पर्याप्त बनाए रखना है। निम्नलिखित लक्ष्य प्रतिष्ठित हैं:

1. स्थिरीकरण
2. संतुलन पुनर्प्राप्ति
3. आउटपुट प्रक्षेपवक्र पुनर्प्राप्ति
4. राज्य प्रक्षेप पथ पुनर्प्राप्ति
5. क्षणिक समय प्रतिक्रिया पुनर्प्राप्ति

पुन: कॉन्फ़िगर किए गए बंद लूप की आंतरिक स्थिरता आमतौर पर न्यूनतम आवश्यकता होती है। संतुलन पुनर्प्राप्ति लक्ष्य (जिसे कमजोर लक्ष्य भी कहा जाता है) स्थिर-अवस्था आउटपुट संतुलन को संदर्भित करता है जो कि दिए गए स्थिर इनपुट के बाद पुन: कॉन्फ़िगर किया गया लूप पहुंचता है। यह संतुलन समान इनपुट के तहत नाममात्र संतुलन के बराबर होना चाहिए (क्योंकि समय अनंत की ओर जाता है)। यह लक्ष्य पुनर्विन्यास के बाद स्थिर-स्थिति संदर्भ ट्रैकिंग सुनिश्चित करता है। आउटपुट प्रक्षेपवक्र पुनर्प्राप्ति लक्ष्य (जिसे मजबूत लक्ष्य भी कहा जाता है) और भी सख्त है। इसके लिए आवश्यक है कि किसी इनपुट की गतिशील प्रतिक्रिया हर समय नाममात्र प्रतिक्रिया के बराबर होनी चाहिए। राज्य प्रक्षेपवक्र पुनर्प्राप्ति लक्ष्य द्वारा आगे प्रतिबंध लगाए गए हैं, जिसके लिए आवश्यक है कि राज्य प्रक्षेपवक्र को किसी भी इनपुट के तहत पुनर्विन्यास द्वारा नाममात्र मामले में बहाल किया जाए।

आमतौर पर व्यवहार में लक्ष्यों का एक संयोजन अपनाया जाता है, जैसे स्थिरता के साथ संतुलन-पुनर्प्राप्ति लक्ष्य।

यह प्रश्न कि विशिष्ट दोषों के लिए इन या समान लक्ष्यों तक पहुंचा जा सकता है या नहीं, पुनर्विन्यास विश्लेषण द्वारा संबोधित किया जाता है।

पुनर्विन्यास दृष्टिकोण

दोष छिपाना

File:FaultHiding with Goals.png

दोष छुपाने का सिद्धांत. दोषपूर्ण संयंत्र और नाममात्र नियंत्रक के बीच एक पुनर्संरचना ब्लॉक रखा गया है। पुन: विन्यस्त संयंत्र व्यवहार नाममात्र व्यवहार से मेल खाना चाहिए। इसके अलावा, पुनर्विन्यास लक्ष्यों को इंगित किया गया है।

इस प्रतिमान का उद्देश्य नाममात्र नियंत्रक को लूप में रखना है। इस प्रयोजन के लिए, दोषपूर्ण संयंत्र और नाममात्र नियंत्रक के बीच एक पुनर्संरचना ब्लॉक रखा जा सकता है। दोषपूर्ण पौधे के साथ मिलकर, यह पुन: कॉन्फ़िगर किए गए पौधे का निर्माण करता है। पुनर्विन्यास ब्लॉक को इस आवश्यकता को पूरा करना होगा कि पुनर्विन्यासित संयंत्र का व्यवहार नाममात्र, यानी दोष-मुक्त संयंत्र के व्यवहार से मेल खाता है।

रैखिक मॉडल निम्नलिखित

निम्नलिखित रैखिक मॉडल में, नाममात्र बंद लूप की एक औपचारिक विशेषता को पुनर्प्राप्त करने का प्रयास किया जाता है। शास्त्रीय छद्म-उलटा विधि में, बंद लूप सिस्टम मैट्रिक्स ${\bar {\mathbf {A} }}=\mathbf {A} -\mathbf {B} \mathbf {K}$ राज्य-प्रतिक्रिया नियंत्रण संरचना का उपयोग किया जाता है। नया नियंत्रक $\mathbf {K} _{f}$ अनुमानित पाया जाता है ${\bar {\mathbf {A} }}$ एक प्रेरित मैट्रिक्स मानदंड के अर्थ में। आदर्श मॉडल में, कुछ शर्तों के तहत पूर्ण लूप व्यवहार की सटीक पुनर्प्राप्ति की अनुमति देने के लिए एक गतिशील कम्पेसाटर पेश किया जाता है।

ईजेनस्ट्रक्चर असाइनमेंट में, नाममात्र बंद लूप ईजेनवैल्यू और ईजेनवेक्टर (ईजेनस्ट्रक्चर) को एक गलती के बाद नाममात्र मामले में पुनर्प्राप्त किया जाता है।

अनुकूलन-आधारित नियंत्रण योजनाएं

अनुकूलन नियंत्रण योजनाओं में शामिल हैं: रैखिक-द्विघात नियामक डिजाइन (एलक्यूआर), मॉडल पूर्वानुमान नियंत्रण (एमपीसी) और ईजेनस्ट्रक्चर असाइनमेंट विधियां।

संभाव्य दृष्टिकोण

कुछ संभाव्य दृष्टिकोण विकसित किए गए हैं।

सीखने पर नियंत्रण

इसमें लर्निंग ऑटोमेटा, न्यूरल नेटवर्क आदि हैं।

गणितीय उपकरण और रूपरेखा

जिन तरीकों से पुनर्विन्यास प्राप्त किया जाता है वे काफी भिन्न होते हैं। निम्नलिखित सूची आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले गणितीय दृष्टिकोणों का अवलोकन देती है।

• अनुकूली नियंत्रण (एसी)
• डिस्टर्बेंस डिकॉउलिंग (डीडी)
• ईजेनस्ट्रक्चर असाइनमेंट (ईए)
• शेड्यूल प्राप्त करें (जीएस)/रैखिक पैरामीटर भिन्न (एलपीवी)
• सामान्यीकृत आंतरिक मॉडल नियंत्रण (जीआईएमसी)
• बुद्धिमान नियंत्रण (आईसी)
• रैखिक मैट्रिक्स असमानता (एलएमआई)
• रैखिक-द्विघात नियामक (LQR)
• मॉडल अनुसरण (एमएफ)
• मॉडल भविष्य कहनेवाला नियंत्रण (एमपीसी)
• छद्म उलटा|छद्म उलटा विधि (पीआईएम)
• मजबूत नियंत्रण तकनीक

यह भी देखें

पुन: कॉन्फ़िगरेशन को नियंत्रित करने से पहले, कम से कम यह निर्धारित किया जाना चाहिए कि क्या कोई गलती हुई है (गलती का पता लगाना) और यदि हां, तो कौन से घटक प्रभावित हुए हैं (गलती अलगाव)। अधिमानतः, दोषपूर्ण संयंत्र का एक मॉडल प्रदान किया जाना चाहिए (दोष पहचान)। इन प्रश्नों का समाधान दोष निदान विधियों द्वारा किया जाता है।

दोष सहनशीलता प्राप्त करने के लिए दोष समायोजन एक और सामान्य दृष्टिकोण है। नियंत्रण पुनर्विन्यास के विपरीत, समायोजन आंतरिक नियंत्रक परिवर्तनों तक ही सीमित है। नियंत्रक द्वारा हेरफेर और मापे गए संकेतों के सेट निश्चित हैं, जिसका अर्थ है कि लूप को पुनर्गठित नहीं किया जा सकता है।

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