Diagnóstico de fallas en sensores para el modelo difuso Takagi-Sugeno de un sistema de nivel de líquido usando observadores de entradas desconocidas

Abstract

The fault detection and isolation process allows us to know if there is an anomaly or malfunction in any part of the plant or system, which is also known as fault diagnosis; since in addition to identifying the presence of a fault, it is important to identify exactly which element or component of the system has caused the problem in the system. The main objective of this thesis work is to design two fuzzy fault detection and isolation schemes for a non-linear system, as well as to check and compare both schemes through a physical implementation in the laboratory. For this, the problem of fault diagnosis is addressed specifically in level sensors for a non-linear liquid level system of two interconnected tanks located in the facilities of the Division of Postgraduate Studies of the Faculty of Electrical Engineering of the Universidad Michoacana de San Nicolas de Hidalgo. Fault diagnosis is performed by Unknown Input Observers (UIO's) for the two most known schemes: Generalized Scheme (GS) and Dedicated Scheme (DS). The UIO´s are designed to estimate the actual water levels in the tanks of the system. Then, from a comparison between the real and the estimated values, a signal known as residuals is generated, which are evaluated by means of a fixed threshold, in such a way that they are an indication of the presence or not of a fault in the system, this technique using UIO's is considered a robust technique for fault Diagnosis.

El proceso detección y aislamiento de fallas nos permite conocer si en alguna parte de la planta o sistema existe una anomalía o mal funcionamiento, lo cual también es conocido como diagnósticos de fallas; puesto que además de identificar la presencia de una falla es importante identificar exactamente que elemento o componente del sistema ha originado el problema en el sistema. El presente trabajo de tesis tiene como principal objetivo diseñar dos esquemas difusos de detección y aislamiento de fallas para un sistema no lineal, así como comprobar y comparar ambos esquemas mediante una implementación física en el laboratorio. Para ello, se aborda el problema del diagnóstico de fallas específicamente en sensores de nivel para un sistema no lineal de nivel de líquido de dos tanques interconectados ubicado en las instalaciones de la División de Estudios de Posgrado de la Facultad de Ingeniería Eléctrica de la Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo. El diagnostico de fallas es realizado mediante Observadores de Entradas Desconocidas (UIO's) para los dos esquemas m as conocidos: Esquema Generalizado (GS, por sus siglas en inglés) y Esquema Dedicado (DS, por sus siglas en inglés). Los UIO's son diseñados para estimar los niveles de agua reales de los tanques del sistema. Entonces, a partir de una comparación entre los valores reales y los estimados se genera una señal conocida como residuos, los cuales son evaluados mediante un umbral flujo, de tal manera que son un indicativo de presencia o no de una falla en el sistema, esta técnica mediante UIO's se considera una técnica robusta para el Diagnostico de fallas.