Fault Tolerant Control of a Hydraulic Servo-System
Authors
Ahlbeck, Kasper ; Donkov, Viktor Hristov
Term
4. term
Education
Publication year
2016
Submitted on
2016-06-01
Abstract
This thesis investigates fault-tolerant control of a hydraulic servo system, focusing on wind turbine pitch cylinders. Based on a review of prior work, an Indirect Adaptive Robust Controller (IARC) is selected to achieve robustness to parameter changes and leakages through online parameter estimation using a least-squares algorithm. A nonlinear model is developed and experimentally validated, and a theoretical proof of stability and convergence is presented. Controller and estimator settings are tuned via a genetic optimization algorithm, and the fault ranges of interest are specified. Faults are emulated on a test rig with two opposing cylinders: mass and friction changes are introduced using a secondary cylinder, while internal and external leakages are applied via manually operated needle valves; the estimator and controller run on a real-time computer. Simulations indicate that IARC can compensate for changes in mass, viscous friction, and air ratio (bulk modulus), partially handle leakages, but struggles to identify Coulomb friction variations and to track rapid changes in leakage direction. Experimentally, force-related fault emulation was inadequate due to sensor issues, preventing full replication of the simulation results; however, the IARC could estimate and compensate for leakage similarly to simulations. Future work should add a direct velocity sensor instead of numerical differentiation, improve model validation for friction and leakage flows, and refine the estimation algorithm and optimization approach.
Denne afhandling undersøger fejltolerant regulering af et hydraulisk servosystem med fokus på vindmøllers pitch-cylindre. På baggrund af en gennemgang af tidligere arbejde vælges en Indirekte Adaptiv Robust Regulator (IARC), der gør styringen robust over for parameterændringer og lækager via online parameterestimation med en mindst‑kvadraters algoritme. En ikke‑lineær model af systemet opstilles og valideres eksperimentelt, og der præsenteres et teoretisk bevis for stabilitet og konvergens. Regulator‑ og estimationsparametre indstilles med en genetisk optimeringsalgoritme, og relevante fejlområder fastlægges. Fejl emuleres på en testopstilling med to modstående cylindre: masse- og friktionsvariationer skabes via en sekundær cylinder, mens interne og eksterne lækager indføres med manuelt betjente nåleventiler; hele løsningen implementeres på en realtidscomputer. Simulationer viser, at IARC kan kompensere for ændringer i masse, viskos friktion og luftandel (bulkmodulus), delvist håndtere lækager, men har udfordringer med at identificere variationer i Coulomb‑friktion og følge hurtigt skiftende lækageretninger. Eksperimentelt var emuleringen af kraftrelaterede fejl utilstrækkelig på grund af sensorproblemer, hvilket forhindrede en fuld bekræftelse af simulationsresultaterne; dog kunne IARC estimere og kompensere for lækager i tråd med simulationerne. Fremtidigt arbejde bør inkludere en direkte hastighedssensor frem for numerisk differentiering, forbedret modelvalidering af friktions- og lækageparametre, samt justeringer af estimationsalgoritmen og optimeringsfremgangsmåden.
[This apstract has been generated with the help of AI directly from the project full text]
Keywords