Diseño de controladores tolerante a fallas aplicados a procesos de la industria química

Abstract

El desempeño de un Sistema de Control a lazo cerrado puede ser alterado por una falla en uno de sus componentes, y en algunos casos puede llevar al mismo a la inestabilidad, produciendo grandes daños. El objetivo del control tolerante a fallas (FTC) es prevenir el deterioro del sistema, desarrollando un controlador que tenga la capacidad de corregir de algún modo las fallas ocurridas. Los sistemas de control tolerante a fallas activos (AFTCS) poseen básicamente dos sub-sistemas: un módulo de diagnóstico y detección de fallas (FDD) y otro que denominamos de corrección. Utilizamos el término corrección de forma genérica, de manera de englobar con el mismo diversos términos que se encuentran en la literatura para hacer referencia a este sub-módulo, como lo son: adaptación, compensación, re-configuración, y/o re-estructuración, dependiendo del autor y de la estrategia adoptada. En esta tesis se realiza un análisis de las distintas estrategias de ambos sub-módulos. Se hara énfasis en la detección y aislación de fallas, ya que es un importante campo de investigación en procesos industriales debido a las mejoras que esta disciplina otorga en términos de seguridad y fiabilidad de los procesos. A lo largo de la tesis se trabaja en detección de fallas con métodos basados en modelo, que buscan de una u otra manera generar residuos que demuestren las discrepancias entre el sistema real y algún modelo que se dispone del mismo.

The performance of a closed-loop system can be altered by a fault in one of its components, and in some cases can lead to the control system to instability, causing major damage. The goal of fault tolerant control (FTC) is to prevent deterioration of the system, developing a controller having the ability to compensate for faults that occur, by correcting the control action. The active fault tolerant control systems systems (AFTCS) have basically two sub-systems: a module for fault detection and diagnosis (FDD) and another correction module. The main objective of the FDD module is to estimate the fault in order to apply this result to solve the problem of designing a FTC system (FTCS), and to prevent the deterioration of the control system performance. We use the term correction module in generic form, so as to encompass therewith various terms found in the literature to refer to this sub-module, such as: adaptation, compensation, re-configuration or restructuring depending on the strategy adopted. In this thesis an analysis of the different strategies of both sub-modules is done. We will emphasize the fault detection and isolation as it is an important field of research in industrial processes due to the improvements that this discipline provides in terms of safety and process reliability. Throughout the thesis is working on fault detection with model based methods, seeking to generate residue that shows discrepancies between the real system and a model.