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at - Automatisierungstechnik

Methoden und Anwendungen der Steuerungs-, Regelungs- und Informationstechnik

[AT - Automation Technology: Methods and Applications of Control, Regulation, and Information Technology
]

Editor-in-Chief: Jumar, Ulrich


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2196-677X
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Volume 55, Issue 4

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Fehlertolerante mechatronische Systeme, Teil 1 (Fault-tolerant Mechatronic Systems, Part 1)

Rolf Isermann
Published Online: 2009-09-25 | DOI: https://doi.org/10.1524/auto.2007.55.4.170

Bei mechatronischen Systemen werden rein mechanische, hydraulische oder pneumatische Komponenten durch elektrische und elektronische Komponenten ergänzt oder ersetzt. Sie bieten dadurch einen flexibel gestaltbaren und erweiterten Funktionsumfang. Wegen des im Vergleich zur Mechanik ungünstigeren Ausfallverhaltens für Sensorik, Elektronik, Aktoren und Software sind besonders für sicherheitskritische Anwendungen jedoch fehlertolerante Auslegungen erforderlich. In einer Einführung wird zunächst auf den Stand von fehlertoleranten Systemen mit mobilen Anwendungen und Rechnern eingegangen. Dann werden einige grundsätzliche fehlertolerante Strukturen mit Hardware- und analytischer Redundanz für Sensoren, Aktoren, Elektronik und Software angegeben und deren Degradationsverhalten beschrieben. Als Beispiele werden in einem 2. Teil (siehe Heft 5/2007) verschiedene realisierte, fehlertolerante Systeme gezeigt, wie z.B. ein fehlertoleranter Doppelsensor in einem E-Gas-Aktor, ein fehlertoleranter Asynchronmotorenantrieb mit Getriebe in verschiedenen Duplex-Anordnungen und die analytische Sensorredundanz für das querdynamische Verhalten eines PKW. Dabei werden die jeweilige Fehlererkennung und die Rekonfigurationsstrategie beschrieben. Diese ermöglichen es, die Funktion nach dem Auftreten von Fehlern mit nur kleinen Störungen des Betriebes aufrecht zu erhalten.

Mechatronic systems are characterized by replacing mechanical, hydraulic or pneumatic components by electrical and electronic components and programmed controlled functions. They offer a relatively flexible design with extended functions. However, the failure behaviour of sensors, electronics, actuators and software is disadvantageous compared to the failure behaviour of pure mechanics. An introduction first considers the status of fault-tolerant system with mobile applications and computers. Then some basic fault-tolerant structures with hardware and analytical redundancy for sensors, actuators and electronics with a software is described including their degradation behaviour. Part 2 then considers some examples of realized, fault-tolerant systems as, e. g., fault-tolerant asynchronous drive, different duplex configurations, analytical sensor redundancy for the lateral dynamic behaviour of a passenger car. The applied fault-detection methods and the reconfiguration strategy are described. Herewith is it shown how the function can be maintained with only small disturbances of the operation after appearance of faults.

Keywords: fault tolerance; fault detection; mechatronic systems; reliability; safety; fail-operational; fail-safe; fail-silent; sensors; actuators; throttlevalve-actuator; asynchronous drive; automotive sensor redundancy

About the article

Published Online: 2009-09-25

Published in Print: 2007-04-01


Citation Information: at – Automatisierungstechnik, Volume 55, Issue 4, Pages 170–179, ISSN (Print) 0178-2312, DOI: https://doi.org/10.1524/auto.2007.55.4.170.

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[1]
Marco Muenchhof, Mark Beck, and Rolf Isermann
European Journal of Control, 2009, Volume 15, Number 3-4, Page 370

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