Diseño de un algoritmo de diagnóstico de fallas basado en el modelo para un sistema de ¼ de suspensión en un automóvil

Abstract

This thesis work shows that it is necessary to offer control systems that guarantee the safety of the environment; For this reason, a solution to the problem of fault diagnosis in non-linear systems is proposed, for which a study is made of the methods for generating residuals or fault signals, which indicate a consistent or inconsistent operation of the system and that They base their operating principle on the comparison of the information of the measured output of the system with the information of the estimated output through a state observer. The study carried out on observers, particularly on the Luenberger observer, and the Luenberger observer with sliding modes, presents the design methodology of said observers. A solution to the problem of Failure Diagnosis is proposed based on the analysis of residues by comparing a proposed threshold, with which the decision is made regarding a possible failure in the system. For the design of the observers, stability studies are carried out based on Lyapunov and Linear Inequalities. Simulations on a non-linear system of a suspension system of a 1/4 car are presented, all the simulations were carried out with the help of Matlab. The tests carried out were considering a system with faults, a system free of faults and a system with disturbances, where it is verified that the applied techniques are efficient, providing results that allow us to establish that the design of Luenberger observers and sliding modes provide a tool useful for the problem of fault diagnosis in systems of which we know the model, for this reason, these techniques are known as "model-based".

El presente trabajo de tesis muestra que es necesario ofrecer sistemas de control que garanticen la seguridad de entorno; por esta razón, se plantea una solución al problema del diagnóstico de fallas en sistemas no lineales, para lo cual se hace un estudio de los métodos de generación de residuos o señales de falla, las cuales indican una operación consistente o inconsistente del sistema y que basan su principio de funcionamiento en la comparación de la información de la salida medida del sistema con la información de la salida estimada a través de un observador de estados. El estudio realizado sobre observadores, particularmente sobre el observador de Luenberger, y el observador de Luenberger con modos deslizantes, presenta la metodología de diseño de dichos observadores. Se propone una solución al problema del Diagnóstico de Fallas basado en el análisis de los residuos mediante la comparación de un umbral propuesto, con lo cual se toma la decisión respecto a una posible falla en el sistema. Para el diseño de los observadores se realizan estudios de estabilidad basado en Lyapunov y Desigualdades lineales. Se presentan simulaciones sobre un sistema no-lineal de un sistema de suspensión de un 1/4 de automóvil, todas las simulaciones se llevaron a cabo con la ayuda de Matlab. Las pruebas realizadas fueron considerando un sistema con fallas, un sistema libre de fallas y un sistema con perturbaciones, donde se verifica que las técnicas aplicadas sean eficientes, proporcionando resultados que permiten establecer que el diseño de observadores de Luenberger y de modos deslizantes proporcionan una herramienta útil para el problema del diagnóstico de fallas en sistemas de los cuales conocemos el modelo, por esta razón, a estas técnicas se les conoce como "basadas en el modelo".