Desarrollo de un sistema de diagnóstico de fallas basado en filtros no lineales de rápido seguimiento: aplicación a un proceso hidráulico de cuatro tanques acoplados

摘要

Se presenta el desarrollo de un sistema de diagnóstico de fallos (SDF) aplicado a un procesohidráulico con tanques interconectados, mediante el Esquema de los Observadores Dedicados(DOS) y el enfoque de estimación paramétrica. La tesis incluye el modelamiento del proceso,el análisis de las fallas de mayor criticidad que se podrán presentar y el diseño de un reguladorLQG que permite estabilizar el sistema.En el proceso de diseño del SDF en sensores, se introdujo el Filtro de Rápido Seguimiento(STF), una variante adaptativa del Filtro Extendido de Kalman (EKF), el cual resultó muyútil al aumentar la disponibilidad y estabilidad del SDF, mediante la reducción notable deltiempo de convergencia en los estados estimados de las variables no medidas y la capacidadpara eliminar el sesgo originado por el método de discretización empleado. El Algoritmo STFes empleado en la construcción del banco de observadores, necesario para la implementacióndel enfoque DOS. Adicionalmente, con el objetivo de dar un diagnóstico detallado, se diseño unalgoritmo de identificación de fallos basado en umbrales estáticos. Los resultados obtenidosmediante simulación lograron detectar, aislar e identificar fallos individuales en todos lossensores, llegando inclusive a identificar fallos simultáneos hasta en tres sensores a la vez.En la tarea de diagnóstico en componentes (actuadores, tuberías y tanques), se vio porconveniente usar el enfoque de estimación paramétrica mediante la técnica de EstadosAumentados, obteniendo resultados satisfactorios. Se demostró como el algoritmo STFrepresenta una sencilla solución a los problemas de divergencia del EKF, lograndola convergencia de los parámetros estimados a sus valores nominales en presencia deincertidumbres en el modelo y ruido de medición. En general, se evidenció que el STF puedeproporcionar una estimación de parámetros rápida, estable y libre de sesgos para el SistemaHidráulico, aun cuando ocurren cambios paramétricos simultáneos en la planta.