دانشجویان و فعالین خیلی از رشته ها، به خصوص مهندسی، خیلی احتمال داره تا حالا حداقل یکبار با واژه عیب (Fault) برخورد داشته باشند. بد نیست بدونید این زمینه تحقیقاتی یکی از زمینه های بسیار فعال در حال حاضر هست که هم محققین دانشگاهی و هم مهندسین صنعتی در اون فعالیت میکنند. همین جا باید این توضیح رو بدم که تو خیلی از مراجع مرتبط با این حوزه کلمه Fault رو “خطا” ترجمه کردن که با توجه به اینکه Error هم خطا ترجمه شده، ممکنه باعث سردرگمی بشه. در اینجا از کلمه “عیب” استفاده شده تا این موضوع حل بشه.
به خاطر گستردگی مطالبی که تو این زمینه مطرح شده، هر کسی که برای اولین بار با این مفاهیم برخورد میکنه ممکنه با دیدن این همه اصطلاحات و تکنیک ها گیج بشه! به همین دلیل، ما در این سلسله جلسات سعی می کنیم تا حدودی شما را با مفاهیم این زمینه آشنا بکنیم و کسانی که قصد شروع تحقیقات تو این زمینه دارند رو راهنمایی کنیم. با ما همراه باشید…
مجموعه اول: مقدماتی
در این سری مباحث مقدماتی جهت آشنایی سریع دوستان با اصول و برخی از روش های موجود در این حوزه ارائه شده است. توضیحات و مباحث مربوط به هر جلسه را می توانید در ذیل آن جلسه مشاهده فرمایید.
در این جا اولین جلسه رو براتون گذاشتیم که مقدماتی رو در مورد سیستم های کنترل تحمل پذیر عیب ارایه می کنیم. تاریخچه و روند تحقیقاتی تو این زمینه خیلی خلاصه بیان شده و اصطلاحات رو تو این زمینه ارایه کردیم. نهایتا هم شمای کلی از یک سیستم تحمل پذیر عیب ترسیم کردیم. این جلسه یک جلسه مقدماتی هست تا نظرات شما دوستان رو بدونیم. از اونجایی که مباحث زیادی تو این زمینه مطرح شده، اگه دوستان نظری برای ارایه مطالب دارند، هر چه سریعتر به ما اطلاع بدن تا تو جلسات بعد لحاظ کنیم. جهت ارزیابی شما عزیزان جلسه اول رایگان تقدیم میشود.
مدت زمان آموزش: 58 دقیقه
محتویات درس: فیلم با کیفیت 720p، اسلایدهای درس، یک مقاله مروری و یک کتاب
در این جلسه دو روش دیگر از مجموعه روش های تشخیص عیب با استفاده از روش های بر پایه مدل به صورت خلاصه بررسی شده است.
1- تخمین پارامتر: در این روش به جای تخمین حالت ها برای تشخیص عیب (مانند استفاده از مشاهده گرها) از تخمین پارامترهای مدل یک سیستم استفاده می شود. این روش با استفاده از روش های شناسایی سیستم و با فرض اینکه عیوب خود را در پارامترها نشان دهند، معرفی شده است.
2- پریتی: یکی دیگر از روش های معروف و بسیار پر کاربرد در تشخیص عیب است که به صورت های متعددی بازنویسی شده است. در این جلسه به صورت خیلی ساده اصول این روش مورد بررسی قرار گرفته است.
در جلسات قبل و در ادامه بحث تشخیص عیب با استفاده از روش های بر پایه مدل، چندین تکنیک برای تولید مانده معرفی کردیم. در این جلسه تعدادی از روش های بررسی و ارزیابی مانده ها را معرفی می کنیم. در واقع با ارزیابی مانده تصمیم می گیریم که آیا وجود عیب را اعلام کنیم یا خیر.
مدت زمان آموزش:64 دقیقه
محتویات درس: فیلم با کیفیت 720p، اسلایدهای درس و یک کتاب
حجم فایل: 89 مگابایت
پیش نمایش جلسه پنجم
مجموعه دوم: پیشرفته
(تشخیص عیب بر اساس مدل)
در سری اول مبانی سیستمهای کنترل تحملپذیر عیب، یک سلسله مباحث مقدماتی در این حوزه را به صورت خلاصه مطرح کردیم. در این سری و در ادامهی مطالب مطرح شده، تشخیص عیب بر اساس مدل را مورد بحث و بررسی دقیق تر قرار میدهیم. بدین منظور کتاب تکنیک های تشخیص عیب بر اساس مدل نوشتهی پروفسور دینگ مد نظر قرار گرفته است. کتاب را می توانید همراه با جلسه اول دانلود نمایید. این کتاب ضمن سادگی در بیان ( به علت صاحب نظر بودن نویسنده در این زمینه و در نظر گرفتن تنها سیستمهای خطی) حاوی مطالب مهمی در زمینهی تشخیص عیب بر پایهی مدل است. این کتاب به عنوان یک کتاب مقدماتی برای ورود به مباحث استفاده از مشاهدهگرها در تشخیص عیب حاوی مطالب بسیار مفیدی در این زمینه است. سعی ما در این سری این است که بدون درگیر شدن زیاد با ریاضیات، مطالب را به صورت مفهمومی و ساده بیان کنیم. این جلسات به مرور تکمیل خواهد شد.
در این جلسه دو فصل اول کتاب به صورت اجمالی مورد بررسی قرار میگیرد. در فصل اول مقدمات، اصطلاحات، روشهای موجود در حوزهی تشخیص عیب و روند تاریخی تکامل این روشها مطابق مطابق مطالب ارائه شده در این کتاب معرفی شدهاند. در فصل دوم، مباحثی که در فصول آینده ارائه خواهند شد به صورت خلاصه آورده شده است.
مدت زمان آموزش: 45 دقیقه
محتویات درس: فیلم با کیفیت 720p، اسلایدهای درس و کتاب
در این جلسه فصل سوم کتاب را شروع و مباحث مدلسازی سیستم در حالت ایدهآل، مدلسازی با در نظر گرفتن نویز، اغتشاش و عدم قطعیت را بررسی میکنیم. مدلسازی انواع عیب و روشهای تبدیل نمایش آنها به یکدیگر بخش بعدی این جلسه است. نهایتا مدلسازی عیب در سیستمهای حلقه بسته مورد مطالعه قرار گرفته است. در واقع پایههای ریاضی برای ورود به بحث تشخیص عیب بر اساس مدل در این فصل ارائه شده است.
در ادامه مباحث فصل سوم، روش Coprime Factorization به عنوان اولین روش برای تشخیص عیب بر اساس مدل آورده شده است. مدل تعدادی از سیستمهای عملی که در ادامه کتاب مورد استفاده قرار گرفته، بخش پایانی مباحث این جلسه را تشکیل میدهد.
در این جلسه که آخرین جلسه ارائهی فصل سوم کتاب است، معادلات سیستم پاندول معکوس در حالات مختلف و با در نظر گرفتن عیب معرفی شده است. در ادامه، طراحی سیستم تشخیص عیب با روش Coprime Factorization که در جلسه قبل معرفی شد انجام شده است. نهایتا یک شبیهسازی از این سیستم در نرمافزار MATLAB انجام شده تا عملکرد سیستم و نحوهی شبیهسازی آن مورد بررسی قرار بگیرد.
مدت زمان آموزش: 35 دقیقه
محتویات درس: فیلم با کیفیت 720p، اسلایدهای درس و فایلهای شیبهسازی
در این جلسه فصل چهارم کتاب را شروع میکنیم. مباحث تعریف قابلیت آشکارسازی، شروط و روشهای بررسی این قابلیت برای انواع عیوب جمعشونده و ضربشونده ارائه شدهاند. همچنین تغییرات اولیه در خروجی سیستم ناشی از عیب را بررسی میکنیم و در مورد اثرات سیگنال تحریک در آشکارسازی انواع عیب بحث خواهیم کرد.
در این جلسه در مورد قابلیت جداسازی و شناسایی عیوب و شروط هر کدام بحث خواهیم کرد. جداسازی ضعیف عیوب ضربشونده را تعریف میکنیم. به مراحل تشخیص عیب که شامل آشکارسازی، سپس جداسازی و نهایتا شناسایی آن است اشاره خواهیم کرد.
در این جلسه فصل پنجم کتاب تحت عنوان روشهای پایهای تولید مانده را شروع خواهیم کرد. تولید مانده با مشاهدهگر با استفاده از تابع تبدیل و همچنین معادلات فضای حالت سیستم مورد بررسی قرار گرفته است. خواص و فرمهای نمایش مانده (فرم طراحی و فرم پیادهسازی) مباحث انتهایی این جلسه هستند.
مباحث مربوط به تولید مانده با روشهای فیلتر آشکارسازی عیب و مشاهدهگر تشخیصی در این جلسه مطرح شدهاند. مشخصات جواب مشاهدهگر از جمله شرایط وجود جواب، حداقل مرتبه سیستم و ویژگیهای جواب نیز مورد بررسی قرار گرفتهاند.
دو الگوریتم محاسباتی و جبری برای بدست آوردن جوابهای مشاهدهگر در ابتدای این جلسه معرفی شدهاند. روش پریتی و خواص آن به صورت خلاصه در ادامهی این جلسه آورده شده است.
رابطهی بین انواع روشهای معرفی شده برای تشخیص عیب در فصل پنجم کتاب (شامل فیلتر آشکارساز عیب، مشاهدهگر تشخیصی و پریتی) در این جلسه آورده شده است. این جلسه دید بهتری از این روشها را در اختیار قرار میدهد که بتوان با توجه به شرایط موجود مسئله در مورد روش حل تصمیمگیری کرد. شبیهسازیهای دو مثال کتاب پایان بخش مطالب این جلسه هستند.
مدت زمان آموزش: 38 دقیقه
محتویات درس: فیلم با کیفیت 720p، اسلایدهای درس و فایلهای شبیهسازی
در این جلسه فصل ششم از کتاب را شروع می کنیم که در آن مشاهده گرهایی را معرفی می کند که اثر ورودی ناشناخته در سیگنال مانده را به طور کامل حذف می کنند. ابتدا اهداف طراحی در این نوع مساله تبیین و سپس روابط مورد نظر آورده شده است. نهایتا یک شرط عمومی برای اثبات وجود جواب مساله مورد بررسی قرار گرفته است. این جلسه زیربنای مباحث مربوط به فصل ششم را تشکیل می دهد.
مدت زمان آموزش: 42 دقیقه
محتویات درس: فیلم با کیفیت 720p، اسلایدهای درس و فایل شبیهسازی
در ادامه مباحث جلسه قبل، دو شرط دیگر برای اثبات وجود جواب مساله ی جداسازی ورودی ناشناخته آورده شده است. ایده ی روش فرکانسی برای طراحی این نوع مشاهده گر که یک روش ساده و در عین حال کاربردی است مطرح و الگوریتم آن معرفی شده است.
مدت زمان آموزش: 42 دقیقه
محتویات درس: فیلم با کیفیت 720p، اسلایدهای درس و فایل شبیهسازی
در این جلسه فیلتر آشکارساز عیب با ورودی ناشناخته معرفی شده است. روش تعیین ساختار ویژه برای طراحی این نوع فیلتر، شرایط وجود جواب و الگوریتم های آن بیان شده اند. در انتهای جلسه برای شروع روش هندسی در طراحی این نوع مشاهده گر (که در جلسه بعد آورده خواهد شد) یافتن بهره برای تولید زیرفضای کنترل ناپذیر بیشینه بحث شده است.
در این جلسه ادامه ی روش هندسی برای طراحی فیلتر آشکارساز عیب با جداسازی کامل ورودی ناشناخته آورده شده است. الگوریتم طراحی و شرایط وجود جواب نیز مورد بررسی قرار گرفته اند. سپس الگوریتم طراحی تولید کننده ی مانده حداقل مرتبه به روش هندسی ارائه شده است. نهایتاً مثال 6-4 کتاب مورد بررسی قرار گرفته و شبیه سازی شده است.
مدت زمان آموزش: 52 دقیقه
محتویات درس: فیلم با کیفیت 720p، اسلایدهای درس و فایل های شبیهسازی
در این جلسه دو روش برای طراحی مشاهده گر تشخیصی با جداسازی کامل ورودی ناشناخته ارائه می شود. روش اول از مفهوم ریاضیاتی به نام قلم ماتریس استفاده می کند و با تبدیل سیستم به فرم کانونیکال کرونکر سعی در طراحی مشاهده گر دارد. روش دوم استفاده از مفهوم متداول در کنترل مقاوم به نام مشاهده گر ورودی نامعلوم برای طراحی مشاهده گر تشخیصی با ورودی نامعلوم است. تفاوت این دو حوزه، الگوریتم طراحی و شرایط وجود جواب بررسی شده و مثال 6-5 کتاب شبیه سازی شده است.
مدت زمان آموزش: 63 دقیقه
محتویات درس: فیلم با کیفیت 720p، اسلایدهای درس و فایل های شبیهسازی
در این جلسه فصل هفتم کتاب را شروع می کنیم که در آن به بحث تولید مانده با افزایش مقاومت نسبت به ورودی های ناشناخته و افزایش حساسیت نسبت به عیب پرداخته شده است. ابتدا این موضوع معرفی و اهداف آن تبیین شده است. محدودیت روش های معرفی شده در فصل ششم و تفاوت آنها با روش های این فصل آورده شده است. در این جلسه و قبل از ورود به مباحث طراحی در جلسات بعد، پیش نیازهای ریاضی این موضوع که بیشتر برگرفته از کنترل مقاوم است در قالب نرم های سیگنال و سیستم، SVD، CIOF، MMP و LMI با تمرکز بر حوزه تشخیص عیب ارائه شده است.
در ابتدای این جلسه نحوه استفاده از فیلتر کالمن در تشخیص عیب به صورت مقاوم آورده شده است. الگوریتم های طراحی به صورت آنلاین و آفلاین بررسی شده است. در ادامه سه معیار عملکرد برای مصالحه بین مقاومت به ورودی های ناشناخته و حساسیت به عیب معرفی شده و رابطه بین آنها بررسی شده است. از این معیارهای عملکرد در ادامه مباحث این فصل برای بهینه سازی عملکرد سیستم تشخیص عیب استفاده شده است.
مدت زمان آموزش: 55 دقیقه
محتویات درس: فیلم با کیفیت 720p ، فایل شبیه سازی و اسلایدهای درس
در این جلسه انتخاب بهینه ی ماتریس (بردار) پریتی با بهینه سازی معیارهای عملکرد مختلف مورد بررسی قرار گرفته است. مساله ی بهینه سازی در قالب یک مساله ی مقدار ویژه – بردار ویژه تعمیم یافته معرفی شده است. ماتریس پریتی و مقدار بهینه برای معیارهای عملکرد مختلف معرفی و مقایسه شده اند. یک الگوریتم برای انتخاب مرتبه ی بهینه ی پریتی ارائه شده است. در انتهای جلسه یک سری نکات در مورد تفاوت انتخاب ماتریس یا بردار پریتی، ارتباط نتایج به دست آمده با مشاهدهگرها آورده شده است.
در این جلسه ابتدا به بحث شناسایی بهینه عیب پرداخته و آن را در قالب یک مساله تطابق مدل بیان می کنیم. سپس طراحی تولید کننده ی مانده با مصالحه H2/H2 معرفی شده و ارتباط آن با انتخاب بهینه ی بردارهای پریتی که در جلسه قبل ارائه شد، بیان شده است. در همین راستا مثال 7-2 کتاب بررسی شده است. در انتها مباحث مربوط به طراحی فیلتر آشکارساز عیب (FDF) به کمک نامعادله های ماتریسی خطی (LMI) و با مصالحه H2 به H2 آورده شده است.
این جلسه با معرفی اندیس -H و نحوه ی محاسبه ی آن آغاز شده است. سپس طراحی فیلتر آشکارساز عیب با مصالحه ی H2 به -H∞ ، H به -H و ∞H به -H در یک بازه فرکانسی محدود در قالب مسائل بهینه سازی بیان شده است. قضایا و الگوریتمهای مربوط به طور مفصل بحث و مثال 7-4 شبیه سازی شده است.
مدت زمان آموزش: 60 دقیقه
محتویات درس: فیلم با کیفیت 720p ، فایل شبیه سازی و اسلایدهای درس
مفهوم حل یکپارچه و همچنین طراحی بهینه ی فیلتر آشکارساز عیب با معیار ∞Hi/H در این جلسه بیان شده اند. همچنین فرم کلی حل یکپارچه با استفاده از CIOF توسعه یافته آورده شده است. مثال 7-6 به صورت خلاصه مورد بررسی قرار گرفته است.
با سلام و تشکر از شما
ببخشید آیا کنترل کننده تحمل پذیر خطا تدریس خواهد شد؟ تقریبا چه زمانی آماده می شود؟
و سوال بعدی اینکه آیا امکان دارد شبیه سازی ها با کد متلب باشد و نه با سیمولینک؟
سپاسگزارم
سلام، آخرين مبحث از كتاب در حال تدريس مربوط به كنترل تحمل پذير عيب هست ولي متاسفانه به دليل مشغله كاري نميتونم تاريخ دقيقي براي آماده سازيش اعلام كنم. در مورد شبيه سازي ها، كدنويسي هم امكان پذير هست ولي با توجه به فهم آسان تر سيمولينك، استفاده از سيمولينك رو ترجيح ميدم. ممنون از حسن توجه شما
با سلام و تشکر از شما
ببخشید آیا کنترل کننده تحمل پذیر خطا تدریس خواهد شد؟ تقریبا چه زمانی آماده می شود؟
و سوال بعدی اینکه آیا امکان دارد شبیه سازی ها با کد متلب باشد و نه با سیمولینک؟
سپاسگزارم
سلام، آخرين مبحث از كتاب در حال تدريس مربوط به كنترل تحمل پذير عيب هست ولي متاسفانه به دليل مشغله كاري نميتونم تاريخ دقيقي براي آماده سازيش اعلام كنم. در مورد شبيه سازي ها، كدنويسي هم امكان پذير هست ولي با توجه به فهم آسان تر سيمولينك، استفاده از سيمولينك رو ترجيح ميدم. ممنون از حسن توجه شما
سلام امکانش هست درباره تشخیص عیب در سیستم های غیرخطی غیر آفین هم مطلب بذارید؟ منابع در این مورد بسیار کم هستش
سلام، چشم. سعی میکنم برای این موضوع هم مطلب آماده کنم. در حال حاضر می تونید به مرجع زیر مراجعه کنید. فکر کنم مطالب خوبی بتونید پیدا کنید.
Robust Observer-Based Fault Diagnosis for Nonlinear Systems Using MATLAB
Jian Zhang, Akshya Kumar Swain, Sing Kiong Nguang
موفق باشید