Diseño e implementación de un sistema de diagnóstico y control adaptativo tolerante a fallos: aplicación a un proceso de nivel

Abstract

Se presenta el desarrollo de un sistema de diagnóstico de fallos y control adaptativo tolerante a fallos basado en linealización exacta aplicado al módulo de control de nivel de Lukas Nulle IAC 12. La tesis incluye el modelamiento del proceso, identificación de coeficientes, diseño del sistema de diagnóstico y control tolerante a fallos en Matlab/Simulink e implementación en controlador lógico programable. El proceso fue modelado mediante ecuaciones diferenciales. Los coeficientes geométricos del modelo fueron estimados aplicando el algoritmo de máxima verosimilitud a los datos extraídos del proceso. Dado el comportamiento no lineal del proceso, fue requerido obtener modelos líneas para regiones acotadas del proceso con comportamiento lineal, las cuales luego, fueron fusionadas luego mediante la fuzzificación de los coeficientes geométricos obtenidos para cada región. La calidad del modelo fue evaluada en sentido cuadrático usando el índice NRMSE obteniendo resultados adecuados para el propósito.Para el diseño del sistema de diagnóstico de fallos, fueron considerados tres tipos de fallos: pérdida de eficiencia del actuador, obstrucción en la tubería de descarga y fuga en el tanque, los cuales fueron modelados dentro de la descripción matemática previamente desarrollada. mediante la discretización del modelo fue posible aplicar el Filtro Extendido de Kalman de Estados Aumentados la estimación en línea de los parámetros asociados a cada fallo. En el diseño de la estrategia de control, se decidió optar por la técnica de linealización exacta mediante realimentación de estados, la cual tiene carácter adaptativo debido a adapta su modelo interno en cada región de operación. La ley de control también es actualizada ante un cambio paramétrico debido a un fallo, lo cual le otorga un comportamiento tolerante a fallos en el sentido que puede mantener su desempeño en comparación con una estrategia de control tradicional. Después del diseño en Matlab/Simulink, los algoritmos fueron implementados sobre el PLC ControlLogix de Allen Bradley usando Texto Estructurado mediante Add-Ons. Luego de la sintonización online de los filtros y de los umbrales de detección, fue posible poner en marcha satisfactoriamente tanto el sistema de diagnóstico de fallos, así como como el Control Adaptativo Tolerante a Fallos con el proceso real