In this paper, the author develops a new design method of a reduced-order unknown input observer(UIO) for estimating states of a system which is subject to unknown inputs. The proposed UIO estimates state and unknown input in parallel. Unknown inputs are modeled to be present in the state and output equation. The major advantage of the proposed method is that the unknown inputs of the state equation and those of the output equation can be handled simultaneously without state augmentation. Also, no a priori knowledge on modes of unknown inputs is required. Since some faults of sensors and actuators can be modeled as additive unknown inputs, the proposed UIO can be used to diagnose a control system. This method is based on a general system model, so it is shown that results of previous studies can be obtained by specializing the proposed method.
This paper also deals with the use of output anticipation signals to relax restrictions of existing UIO design methods. The anticipation signals are treated as additional outputs of the original system, and a modified existence condition is presented. The modified condition is shown equal to the condition of system inversion. Numerical examples show that the proposed UIO using the anticipation signals extends the applicability of UIO to a larger class of dynamic systems.
There can be the problem that a system designer selects sensors to diagnose a system. In that case, this paper propose a criterion of selecting sensors which give good estimation performance. The proposed criterion is cost functions of robustness problem. Several applications show that this criterion is useful and practical to choose sensors for good estimation performance.
본 논문에서는 미지입력의 영향을 받는 시스템의 상태를 추정할 수 있는 축차된 형태의 미지입력 관측기의 설계를 다루고 있다. 제안된 관측기는 상태값의 추정과 미지입력 값 자체의 추정도 수행한다. 미지입력은 시스템의 상태방정식과 출력방정식에 첨가적인 형태로 모델링된다. 여기서 제안한 방법의 장점은 상태방정식의 미지입력과 출력방정식의 미지입력이 상태추가 등의 기법을 도입하지 않고 함께 추정가능하다는 것이다. 또한 미지입력의 모드 등에 관한 정보를 필요로 하지 않는다. 감지기나 구동기에 발생하는 고장들중 수학적으로 상태방정식이나 출력방정식에 첨가적인 형태로 모델링할 수 있는 것들이 많기 때문에 미지입력관측기는 제어시스템의 고장진단에 응용할 수 있다. 본 논문에서는 이러한 응용예로서 비행제어시스템의 세로운동에 대한 구동기의 동작 모니터링을 다루고 있다.
미지입력관측기를 설계할 때 두가지 조건을 검토하여야 한다. 랭크조건과 안정조건인데, 이 두 조건중에서 어느하나라도 만족되지 않으면 기존의 방법으로는 설계가 불가능하다. 본 논문에서는 랭크조건이 만족되지 않는 경우에 설계조건을 완화시키는 방법에 대해서 다루고 있다. 현재출력 뿐만 아니라 과거의 출력을 이용하여 수정된 조건을 제시하고 이 조건이 시스템 역변환과 같음을 보인다. 이 방법을 이용하면 미지입력관측기가 적용될 수 있는 범위가 넓어진다. 그 응용예로서 외란이 있을 때 정확하게 상태값을 추정하는 문제를 다루고 있다.
마지막으로 미지입력관측기의 이득값 설계와 여러 가지 센서중에서 좋은 추정성능을 가지는 것에 대한 선택기준을 강인추정의 관점에서 제시하였다.
