A Fault Tolerant Control (FTC) scheme applied to a distillation column is presented, with the objective of improving the safety of the process and the quality of the distilled product. The fault-tolerant control scheme is composed of a fault detection and isolation system (FDI) in the temperature sensors of the distillation column, a fault detection and diagnosis system (FDD) in the actuator. The fault tolerance is applied to the boiler of the distillation column, which is a Buck-Boost converter that regulates the voltage of the heating resistance. The FDI system is based on a fuzzy observer with sliding modes as a residual generator to determine and locate the sensor faults. The fuzzy observer with sliding modes estimates the concentrations of the light component and the temperatures in each plate of the distillation column. The Takagi-Sugeno fuzzy model have eight rules considering the concentration of the condenser and the boiler as variable premises, as well as the reflux action. Submodels are obtained by non-linear sectors, taking maximum and minimum experimental parameters. For the correction stage, the gains and stability of the observer are determined by the solution of linear matrix inequalities (LMI's). The FDD system is based on a bank of two fuzzy observers with sliding modes as residual generators to diagnose the fault. Observers have the same structure but different reference input. They estimate the output voltage and current in the inductor and take as a reference a single measurement for the correction stage in order to generate residual to diagnose the fault.
En este trabajo de tesis se propone un esquema de Control Tolerante a Fallas (FTC, por sus siglas en inglés) aplicado a una columna de destilación, con la finalidad de mejorar la seguridad del proceso y la calidad del producto destilado. El esquema de control tolerante a fallas está compuesto por un sistema de detección y aislamiento de fallas (FDI, por sus siglas en ingles) en los sensores de temperatura de la columna de destilación y un sistema de detección y diagnósticos de fallas (FDD) en el actuador. La tolerancia a fallas es aplicada al actuador para el hervidor de la columna de destilación, que es un convertidor CD-CD tipo Buck-Boost para regular el voltaje aplicado a la resistencia calefactora de la columna de destilación. El sistema FDI se basa en un observador difuso con modos deslizantes como generador de residuos para determinar y localizar la falla. El observador difuso con modos deslizantes estima las concentraciones del componente ligero y las temperaturas en cada plato de la columna de destilación. La etapa de estimación del observador es un modelo difuso Takagi-Sugeno de ocho reglas tomando como variables premisas a la concentración del condensador y del hervidor, así como la acción de reflujo. Los submodelos se obtienen mediante sector no lineal, tomando parámetros máximos y mínimos experimentales. Para la etapa de corrección, las ganancias y la estabilidad del observador se determinan mediante la solución de desigualdades lineales matriciales (LMI's, por sus siglas en ingles). El sistema FDD se basa en un banco de dos observadores difusos con modos deslizantes como generadores de residuos para diagnosticar la falla. Los observadores tienen la misma estructura, pero diferente entrada de referencia; estiman el voltaje de salida y la corriente en el inductor y toman como referencia una sola medición para la etapa de corrección con la finalidad de generar residuos para diagnosticar la falla.
