Control tolerante a fallas

CONTROL TOLERANTE A FALLOS EN SISTEMA MIMO
J. M. Herrero, J. Candau, L. J. De Miguel Centro de Automatización, Robótica y Tecnologías de la Información y la Fabricación (C.A.R.T.I.F.) Parque Tecnológico de Boecillo, Parcela 205- 47151 Boecillo (Valladolid) e-mail: migher@cartif.es , pepcan@eis.uva.es , luimig@cartif.es

Resumen
El presente artículo desarrolla el proceso de diseño así como losresultados obtenidos en la implantación de un sistema de control tolerante a fallos en un equipo real de laboratorio. Se emplean métodos basados en mínimos cuadrados para la identificación previa del sistema MIMO. El control se basará en el diseño previo de un sistema de detección de fallos, según el método de las ecuaciones de paridad, siendo la última parte el desarrollo de un módulo deacomodación encargado de recuperar las posibles anomalías manteniendo el control sobre la planta.. Palabras clave: Control diagnóstico de fallos. tolerante a fallos,

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ECUACIONES DE PARIDAD

Si consideramos las ecuaciones de espacio estado para un sistema MIMO:
x(t + 1) = Ax(t ) + Bu(t ) y(t ) = Cx(t ) + Du(t )

(1) (2)

se obtiene el modelo equivalente de entrada-salida:
G( z )u(t ) − H( z)y( t) = 0

(3)

En realidad la ecuación (3) no se cumple debido a los términos relativos a los fallos de proceso, a los ruidos aditivos y las perturbaciones en los parámetros de la planta. Con ello da lugar el vector de residuos:
r( t ) = y(t ) − S( z )u(t ) = q(t ) + R( z )p(t )

(4)

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INTRODUCCIÓN

A medida que en el campo de la industria va aumentando el grado de automatizaciónde los distintos procesos productivos aumentan también las partes de cada sistema, que están sujetas a posibles fallos o funcionamientos anómalos. Dado que la bonanza de un control aumentará si se trabaja con medidas provenientes del propio proceso y con modelizaciones adecuadas; se puede concluir que hacen falta técnicas que permitan detectar funcionamientos anómalos en un determinadocomponente, y si procede, salvar la disfunción que éste pueda causar a la situación global. Con este planteamiento surgen los sistemas de control tolerantes a fallos, que aumentarán la precisión y/o seguridad de los sistemas de control. El objetivo de este trabajo es el diseño de un sistema de control tolerante a fallos que sea capaz de detectar fallos en sensores y actuadores así como reconfigurar elcontrol para fallos en sensores. Para ello se ha construido un controlador en espacio de estado junto con un sistema de detección y diagnóstico de fallos basado en ecuaciones de paridad entrada-salida así como un banco de observadores de estado.

Los residuos a partir de las variables observadas y de las funciones racionales S(z), e introduciendo H(z),:
r* (t ) = H( z )y(t ) − G( z )u( t) = H( z )q(t) + F( z )p(t )

(5)

En las ecuaciones de residuos (4) y (5) las primeras igualdades representan la forma computacional, (a partir de las variables observadas), mientras que las segundas representan la forma interna, (describen las perturbaciones y fallos que originan los residuos). Estas ecuaciones se denominarán ecuaciones de paridad primarias, y la dimensión del vector de residuosasociados a ellas, s, coincidirá con la dimensión del vector de salidas y(t). Transformamos linealmente con polinomios en z, para conseguir una estructura en las ecuaciones de paridad que cumpla los objetivos del diagnóstico. Definiendo (6) se cumple la ecuación ideal (7):
 u( t ) Ψ( t ) =   0  G( z ) 0  F( z ) =   y( t )   0 F( z )Ψ( t ) = 0   − H( z )  0

(6)

(7)

En la práctica,se obtiene mediante técnicas de identificación un modelo F(z) que se considera una estimación válida del sistema. Sobre dicho modelo se

aplican los valores medidos en línea Ψ(t) obteniéndose las ecuaciones de paridad, en las cuales el término derecho de la igualdad no será cero, en general, sino el vector de residuos:

pueden conducir a cientos de modelos que satisfagan las condiciones de...