Advanced analytic methods to fault detection with application to vehicle systems  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
61081
Type K
Principal investigator Edelmayer, András
Title in Hungarian Hibadetektálás korszerű analitikus módszerei járműipari alkalmazásokkal
Title in English Advanced analytic methods to fault detection with application to vehicle systems
Keywords in Hungarian hibadetektálás és diagnosztika, nemlineáris rendszerek, matematikai rendszerelmélet, geometriai rendszerelmélet, beágyazott irányítórendszerek
Keywords in English fault detection and diagnostics, nonlinear systems, mathematical system theory, geometrical system theory, dependable systems, embedded systems
Discipline
Automation and Computer Science (Council of Physical Sciences)90 %
Electronic Devices and Technologies (Council of Physical Sciences)8 %
Mathematics (Council of Physical Sciences)2 %
Panel Informatics and Electrical Engineering
Department or equivalent HUN-REN Institute for Computer Science and Control
Participants Fazekas, Zoltán
Nádai, László
Soumelidis, Alexandros
Szabó, Zoltán
Starting date 2006-02-01
Closing date 2009-01-31
Funding (in million HUF) 10.500
FTE (full time equivalent) 2.39
state closed project
Summary in Hungarian
Pályázatunk tematikája az 1996-1998 majd 1999-2002 között a pályázó témavezető irányításával végzett OTKA által támogatott munkáink eredményeihez kapcsolódik, azoknak szerves folytatása és kiterjesztése a beágyazott biztonsági orientáltságú rendszerek területére. Pályázatunkban olyan szűrőtervezési eljárások kutatását tűzzük ki célul, amelyek műszaki dinamikus rendszerekben bekövetkező nemkívánatos megváltozások minimális késedelemmel történő detektálását teszik lehetővé a mindenkor biztosítható legnagyobb érzékenységgel olyan körülmények között, amikor a rendszer modelljét csak bizonytalanul ismerjük és/vagy a folyamatot időben változó dinamikájú zavarok terhelik. Az elméleti detektálási módszerek kutatása mellett foglalkozunk az új és régi eredmények gyakorlati alkalmazásával. Kutatási tervünkben a hibatűrő rendszerekben történő felhasználás és ezzel szoros kapcsolatban a beágyazott rendszeralkalmazások szerepelnek kiemelt fontossággal. Ezek a rendszerek jellemzően olyan nagy működési kockázattal járó technológiák részei, mint pl. a repüléstechnika és egyéb intelligens járműirányítási alkalmazások amelyekben az irányítórendszernek valamint magának az irányított berendezésnek meghibásodás detektálása és egyéb működésbiztonsággal összefüggő kérdése elsőrendű tervezési megfontolások tárgya kell, hogy legyen. A kutatási támogatást publikációs tevékenységünk támogatására, nemzetközi kapcsolataink ápolására és konferencia részvételek finanszírozására szándékozzuk fordítani.
Summary
The subject of the proposed research is closely related to the results achieved in the projects supported by OTKA between 1996-1998 and 1999-2002. The objective of this project proposal is to extend these results to the area of dependable embedded control systems and investigate new methods of fault detection in nonlinear systems. We aim to develop filter design methods to detect and estimate changes in the dynamics of systems that are robust to modeling uncertainties and nonlinearities with the possible best detection sensitivity. Beyond theoretical research, the focus of the project is on the application of the results in real-life applications. The basic motivation of this project application is to support international relationships, publications activity, travel and conference participation.




 

Final report

  
Results in Hungarian
1) A rendszer modelljének invertálásán alapuló detektálószűrők tulajdonságainak kutatása során kapott eredmények, ideértve elsősorban az inverz geometriai tulajdonságait és az inverz dinamika előállítására vonatkozó módszereket, lehetővé tették az optimális zavargyengítés módszerének a zavarokkal terhelt hibahatások teljes szétcsatolása révén történő alkalmazását az irodalom által eddig nem ismert módokon. Ezzel kapcsolatos legfontosabb eredményünk az inverz dinamikájának on-line becslésére épülő H-infinity optimális szűrés módszerének kidolgozása volt, ami jelentős nemzetközi visszhangot kiváltó, elismert, új tudományos eredmények megalkotásához vezetett. 2) A szakterület kutatóit általánosan érintő jelentős tudományos eredmény a Draper Lab. munkatársaival végzett kutatási tevékenység révén született folyóirat közlemény, amely a dinamikus rendszerekben és a kép illetve jelfeldolgozásban használatos detektálási módszerek eddig különállónak vélt elméleti módszereit helyezi közös alapokra, az invariáns alterek geometriai elméletének közös alapjaira. 3) Jelentős érdeklődést kiváltó eredményünk az elosztott dinamikus rendszerekben az állapotbecslés hibatűrésének és performancia mutatóinak javítására alkalmazható elosztott szűrési módszer kidolgozása, amely a szövetségi (federated) szűrőbankok továbbfejlesztése révén jött létre.
Results in English
1) The novel theory of detection filters, based on the idea of direct input reconstruction, which relies on the inverse representation of the system, can be used to construct novel filter structures, such as those which combine the advantages of optimal disturbance suppression and exact fault decoupling. The research also helped to clarify the geometric principles of the inverse. The algebraic-geometric methods can be used for the construction of the inverse. The most important result is the development of the H-infinity filtering method which is capable for optimally enhanced disturbance cancellation and exact fault decoupling based on the estimation of the inverse state. 2) The joint research with co-workers at Draper Laboratory has revealed a number of methodological parallelisms and similarities, as well as differences, in the game theoretic, stochastic, and geometric subspace formulations and solution approaches to robust detection in dynamic systems and in signal processing. It is a synthesizing result deserving the attention of both the control and the signal processing community. 3) The decentralized approach to state estimation of distributed dynamical systems over unreliable communication networks subject to uncertain and limited measurements has been addressed by federated filtering. The solution enhances fault tolerance and filter performance in sparsely distributed dynamical systems.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=61081
Decision
Yes





 

List of publications

  
Edelmayer, A., M. Miranda and J. Nebehaj: A Cooperative Filtering Approach for Enhanced Position Estimation in ad-hoc Vehicle Networks, Proc. 15th ITS World Congress, New York, NY., 2008
Edelmayer, A., J. Bokor and Z. Szabó: Exact fault and disturbance decoupling by means of direct input reconstruction and estimation of the inverse dynamics, Proc. IEEE Mediterranean Conference on Control and Automation, MED'07, Athens, T19-017., 2007
Edelmayer, A., J. Bokor, Z. Szabó and S. Molnár: Robust detection and estimation of faults by means of direct input reconstruction based on the estimation of the inverse dynamics, 18th Int. Workshop on Principles of Diagnosis, DX'07, Nashville, TN. pp. 67-74., 2007
Edelmayer, A., J. Bokor and Z. Szabó: Robust detection and estimation of faults by exact fault decoupling and H-infinity disturbance attenuation in linear dynamical systems, IEEE American Contr. Conf. ACC'06, Minneapolis, MN. pp. 5716-5721, 2006
Edelmayer, A.: Fault Detection in Dynamic Systems: From State Estimation to Direct Input Reconstruction Methods, D.Sc. Dissertation for degree of the Hungarian Academy of Sciences, p.189., 2007
Edelmayer, A.: Dependable vehicle electronic system architectures: from stand-alone systems to cooperative vehicle-infrastructure communication, Journal of ''A jövő járműve'', Vol 6, No. 1-2, September, pp. 77-81. (in Hungarian), 2006
Edelmayer, A. and M. Miranda: Federated filtering for fault tolerant estimation and sensor redundancy management in coupled dynamics distributed systems, Proc. IEEE Mediterranean Conference on Control and Automation, MED’07, Athens, Greece, T07-004., 2007
Edelmayer, A., M. Miranda and L. Nádai: Fault Tolerant Estimation with Sensor Redundancy Management in Distributed Dynamical Systems by Means of Nonlinear Federated Filtering, Proc. 18th Int. Workshop of Principles of Diagnosis, DX’07, Nashville, TN. pp. 283-289., 2007
Edelmayer, A., J. Bokor and Z. Szabó: Inversion-based approaches to robust fault detection and isolation with applications in linear systems, Proc. 5th IEEE Intl. Conf. on Computational Cybernetics, ICCC'2007, Gammarth, Tunisia., 2007
Edelmayer, A., and L. Virág,: Time triggered network protocols for dependable vehicle applications, Journal of ''A jövő járműve'', Vol 7, No. 3-4, (in Hungarian), 2007
Edelmayer, A., J. Bokor and Z. Szabó: Inversion-based residual generation for robust detection and isolation of faults by means of estimation of the inverse dynamics in linear dynamical systems, International Journal of Control (In Press), 2009
Edelmayer, A., M. Miranda and V. Nebehaj: A Cooperative Federated Filtering Approach to Enhanced Position Estimation and Sensor Fault Tolerance in ad-hoc Vehicle Networks, IET Journal on Intelligent Transport Systems (submitted), 2009
Edelmayer, A. and M. Miranda: Estimating the State of Distributed Dynamical Systems Based on Limited Measurements by means of Cooperative Filtering with Application to ad-hoc Vehicle Networks, Proc. 7th IFAC Symp. Safeprocess, Barcelona (Accepted), 2009
Mangoubi, R., M. Desai, A. Edelmayer and P. Sammak: Robust Detection and Estimation in Dynamic Systems and Statistical Signal Processing: Intersections, Parallel Paths and Applications, ECC'09 Special Issue of European Journal of Control (In Press), 2009
Gáspár, P., Z. Szabó and J. Bokor: Design of Reconfigurable and Fault-Tolerant Suspension Systems Based on LPV Methods, Proc. 47th Conf. Decision and Contr, CDC'08, Cancun, Mexico, pp. 5384-5389., 2008
Szabó Z., J. Bokor and G. Balas: Generalized Piecewise Linear Feedback Stabilizability of Controlled Linear Switched Systems, Proc. 47th Conf. Decision and Contr, CDC'08, Cancun, Mexico, pp. 3410-3414., 2008
Gáspár, P., Z. Szabó Z. and J. Bokor: The design of a reconfigurable suspension control system based on an FDI filter, Proc. 16th IEEE Mediterranean Conference on Control and Automation, MED'08, Ajaccio, pp. 445 - 450., 2008



Back »