Ideally, accurate sensor measurements are needed to achieve a good performance in the closed-loop control of mechatronic systems. As a consequence, sensor faults will prevent the system from working correctly, unless a fault-tolerant control (FTC) architecture is adopted. As model-based FTC algorithms for nonlinear systems are often challenging to design, this paper focuses on a new method for FTC in the presence of sensor faults, based on deep learning. The considered approach replaces the phases of fault detection and isolation and controller design with a single recurrent neural network, which has the value of past sensor measurements in a given time window as input, and the current values of the control variables as output. This end-to-end deep FTC method is applied to a mechatronic system composed of a spherical inverted pendulum, whose configuration is changed via reaction wheels, in turn actuated by electric motors. The simulation and experimental results show that the proposed method can handle abrupt faults occurring in link position/velocity sensors. The provided supplementary material includes a video of real-world experiments and the software source code.


翻译:最理想的是,需要准确的传感器测量,才能在节能系统的闭路控制中取得良好的性能。因此,传感器故障将使系统无法正确运行,除非采用容错控制(FTC)架构。由于非线性系统的基于模型的FTC算法往往难以设计,本文件侧重于在传感器缺陷的情况下,在深层学习的基础上,为FTC制定一种新的方法。经过考虑的方法将发现和隔离及控制器设计的各个阶段替换为单一的经常性神经网络,该网络具有在特定时间窗口中作为输入的过去传感器测量值以及控制变量作为输出的当前值。这种端到端深的FTC方法适用于由球反转转由电动电动发动机作用的反转而改变其配置的节拍系统。模拟和实验结果显示,拟议的方法可以处理在连接位置/速度传感器中发生的突然故障。所提供的补充材料包括真实世界实验视频和软件源代码。

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