Diseño de observadores difusos y con modos deslizantes en tiempo real para el diagnóstico de fallas en sistemas no lineales

Abstract

In this thesis we show that it is necessary to provide control systems that guarantee the environment security; thereby, in this work a solution to the fault diagnosis problem is presented by a study of the residuals generation methods also known as fault signals, which indicate a consistent or inconsistent system operation. The operation of these methods is based on comparison of the measured system output with estimated system output through States Observer. The design methodology of Luenberger Observer, Sliding Mode Observer, and Takagi-Sugeno Fuzzy Observer is presented. In this thesis we propose a solution to the fault diagnosis problem based on the residuals analysis by mean of comparison of a proposed threshold, then the decision regarding a possible fault is taken in the system. The Observers Design is carried out by mean of stability studies based on Lyapunov Analysis and Linear Matrix Inequalities (LMI). Experimental results are presented in real time as well as simulation of a two tanks interconnected nonlinear system, based on Virtual Instrumentation with LabVIEWc°. The scenes testing performed are: a system with faults, a system without faults and a system with disturbance. Verifying that the techniques applied have efficient results.

El desarrollo presentado en esta tesis, muestra que es necesario ofrecer sistemas de control que garanticen la seguridad del 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 salida estimada de sistema a través de un observador de estados. El estudio realizado en el presente trabajo de tesis sobre los observadores, particularmente sobre el observador de Luenberger, de Luenberger con modos deslizantes, y un tipo de observador difuso Takagi-Sugeno. Se 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 una 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 Matriciales Lineales (LMI’s de sus siglas en inglés). Se presentan resultados experimentales en tiempo real así como en simulación sobre un Sistema no lineal de dos tanques interconectados, basados en instrumentación virtual en LabVIEWc°. Las pruebas realizadas fueron considerando un sistema con fallas, sistema libre de fallas y sistema con pertubaciones. Verificando que las técnicas aplicadas tienen resultados eficientes.