El problema de diagnóstico de fallas en sensores: diseño de observadores difusos robustos de entradas desconocidas

Abstract

This thesis presents the diagnosing faults sensors problem for non-linear systems through robust unknown inputs observers applied to Takagi-Sugeno fuzzy models. The methodology and the topics involved in the problem statement are presented. There are also two cases of studies where the proposed scheme is applied in order to generate waste for each sensor in the system, which help the interpretation of data to attack the problem of diagnosis of sensor failures for non-linear systems. From the nonlinear model of a system, a fuzzy Takagi-Sugeno model is developed, resulting in a set of linear subsystems in a nonlinear system operating region. For the t-S diffuse model, a set of observers with robust unknown inputs of reduced order is designed, the overall behavior of which is obtained by the heavy sum of each of the observers. A stability analysis is performed by solving linear matrix inequalities (LMI) that in parallel allows the design of observers. Unknown input observers facilitate the generation of waste even in the presence of unknown inputs, the design of observers with unknown inputs of reduced order facilitates the isolation of faults in sensors, since a fault signature that allows to identify the sensor that presents the failure in the system. The design methodology presented in this thesis paper introduces the solution of foul sensor problems, based on robust fuzzy observers for Takagi-Sugeno models.

El presente trabajo presenta la problemática de diagnóstico de fallas en sensores para sistemas no lineales por medio de observadores robustos de entradas desconocidas aplicados a modelos difusos Takagi-Sugeno. Se presenta tanto la metodología, así como los tópicos involucrados en el planteamiento del problema. También se presentan dos casos de estudios donde se aplica el esquema propuesto con la finalidad de generar residuos para cada sensor en el sistema, que ayudan a la interpretación de datos para atacar la problemática del diagnóstico de fallas en sensores para sistemas no lineales. A partir del modelo no lineal de un sistema se desarrolla un modelo difuso Takagi-Sugeno, derivando en un conjunto de subsistemas lineales en una región de operación del sistema no lineal. Para el modelo difuso Takagi-Sugeno se diseñan un conjunto de observadores con entradas desconocidas de orden reducido robustos, cuyo comportamiento global es obtenido mediante la suma ponderada de cada uno de los observadores. Se realiza un análisis de estabilidad mediante la solución de desigualdades lineales matriciales (LMI) que en paralelo permite el diseño de los observadores. Los observadores con entradas desconocidas entregan generación residual aún en presencia de entradas desconocidas, el diseño de observadores con entradas desconocidas de orden reducido facilita el aislamiento de fallas en sensores, puesto que se genera una firma de fallas que permite identificar al sensor que presenta la falla en el sistema. La metodología de diseño presentada en este trabajo de tesis introduce a la solución de la problemática de fallas en sensores, basado en observadores difusos robustos para modelos Takagi-Sugeno.