En este trabajo se presentan los resultados en simulación de un sistema de control tolerante a fallas activo aplicado al proceso hidráulico de cuatro tanques acoplados. El sistema de control tiene el objetivo de mantener las propiedades de desempeño deseadas con y sin la presencia de fallas parciales en actuadores (bombas). El sistema de control tolerante se desarrolla a partir de un sistema de detección y diagnóstico de fallas empleando el observador de entrada desconocida para estimar los niveles de los tanques. Después, se generan los residuos y se evalúan mediante un método basado en la norma del vector. Para aislar las fallas en los dos actuadores se utilizan dos observadores de entrada desconocida. La ventaja de este observador es el permitir estimar la magnitud de la falla. El mecanismo de compensación consiste en calcular una nueva ley de control que se adiciona a la señal que envía el controlador. Este método se conoce como compensación aditiva de fallas. Dicho método se aplica a dos tipos de controladores: basado en realimentación de estados (con acción integral), y basado en matriz dinámica. La principal contribución de este trabajo es el sistema de control tolerante, el cual tiene la capacidad de mantener al sistema de control operando en presencia de una falla parcial en uno de los actuadores con un desempeño cercano al obtenido cuando no hay fallas. Se utiliza la integral del error cuadrático como ´índice de desempeño. Las pruebas de simulación en SIMULINK muestran que la estrategia de compensación permite que los niveles de los tanques sigan sus valores de referencia de manera adecuada incluso en presencia de fallas. La misma metodología se implementa en el software RSLogix 5000 y se descarga en un PLC virtual, obteniéndose resultados similares a SIMULINK. Las simulaciones en SIMULINK y RSLogix 5000 demuestran que el controlador tolerante a fallas tiene un rendimiento superior en comparación al controlador sin compensación de fallas. / Tesis

This thesis presents a practical implementation of fault detection scheme in a real system by using residuals signals. These residuals have been generated applying the method of a model-based fault diagnosis. Different approaches have been studied and the corresponding algorithms developed. The object of the investigation is the three tank system in which different kind of methods of fault detection were performed. Various scenarios in which faults are simulated in actuators, sensors or components are analyzed considering also the presence of noise. Due to the inherent system characteristics it presents four possible work regions which are usually not taken into account in literature, but studied in this thesis. Also special cases, when the system goes from one region to another through critical points in which the system presents singularities, are shown. Faults will be performed around the time when the system states lie in the neighborhood of the critical points and the main task is now to overcome these singularities and achieve successfully a fault detection. / Tesis

En este trabajo se presentan los resultados en simulación de un sistema de control tolerante a fallas activo aplicado al proceso hidráulico de cuatro tanques acoplados. El sistema de control tiene el objetivo de mantener las propiedades de desempeño deseadas con y sin la presencia de fallas parciales en actuadores (bombas). El sistema de control tolerante se desarrolla a partir de un sistema de detección y diagnóstico de fallas empleando el observador de entrada desconocida para estimar los niveles de los tanques. Después, se generan los residuos y se evalúan mediante un método basado en la norma del vector. Para aislar las fallas en los dos actuadores se utilizan dos observadores de entrada desconocida. La ventaja de este observador es el permitir estimar la magnitud de la falla. El mecanismo de compensación consiste en calcular una nueva ley de control que se adiciona a la señal que envía el controlador. Este método se conoce como compensación aditiva de fallas. Dicho método se aplica a dos tipos de controladores: basado en realimentación de estados (con acción integral), y basado en matriz dinámica. La principal contribución de este trabajo es el sistema de control tolerante, el cual tiene la capacidad de mantener al sistema de control operando en presencia de una falla parcial en uno de los actuadores con un desempeño cercano al obtenido cuando no hay fallas. Se utiliza la integral del error cuadrático como ´índice de desempeño. Las pruebas de simulación en SIMULINK muestran que la estrategia de compensación permite que los niveles de los tanques sigan sus valores de referencia de manera adecuada incluso en presencia de fallas. La misma metodología se implementa en el software RSLogix 5000 y se descarga en un PLC virtual, obteniéndose resultados similares a SIMULINK. Las simulaciones en SIMULINK y RSLogix 5000 demuestran que el controlador tolerante a fallas tiene un rendimiento superior en comparación al controlador sin compensación de fallas. / Tesis

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:08:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JeanCSG_DISSERT.pdf: 2590836 bytes, checksum: a8999e4e7cb4dfe6cb037286ddf5336d (MD5) Previous issue date: 2011-05-27 / Currently the uncertain system has attracted much academic community from the standpoint of scientific research and also practical applications. A series of mathematical approaches emerge in order to troubleshoot the uncertainties of real physical systems. In this context, the work presented here focuses on the application of control theory in a nonlinear dynamical system with parametric variations in order and robustness. We used as the practical application of this work, a system of tanks Quanser associates, in a configuration, whose mathematical model is represented by a second order system with input and output (SISO). The control system is performed by PID controllers, designed by various techniques, aiming to achieve robust performance and stability when subjected to parameter variations. Other controllers are designed with the intention of comparing the performance and robust stability of such systems. The results are obtained and compared from simulations in Matlab-simulink. / Atualmente os sistemas que qpresentam incertezas t?m atra?do muito a comunidade acad?mica do ponto de vista da investiga??o cient?fica e tamb?m das aplica??es pr?ticas. Uma s?rie de abordagens matem?ticas surgem com o objetivo de resolver problemas relacionados ?s incertezas de sistemas f?sicos reais. Nesse contexto, o trabalho aqui apresentado tem como foco a aplica??o da teoria de controle em um sistema din?mico n?o linear e com varia??es param?tricas visando a robustez. Utilizamos, como aplica??o pr?tica deste trabalho, um sistema de tanques associados da Quanser, em uma configura??o cujo modelo matem?tico ? representado por um sistema de segunda ordem com uma entrada e uma sa?da (SISO). O controle do sistema ? realizado por controladores PIDs, projetados por diversas t?cnicas, objetivando alcan?ar o desempenho e estabilidade robusta, quando submetido a varia??es de par?metros. Outros controladores s?o projetados com esse mesmo intuito e os resultados obtidos s?o comparados a partir de simula??es realizadas no Matlabsimulink.

This thesis presents a practical implementation of fault detection scheme in a real system by using residuals signals. These residuals have been generated applying the method of a model-based fault diagnosis. Different approaches have been studied and the corresponding algorithms developed. The object of the investigation is the three tank system in which different kind of methods of fault detection were performed. Various scenarios in which faults are simulated in actuators, sensors or components are analyzed considering also the presence of noise. Due to the inherent system characteristics it presents four possible work regions which are usually not taken into account in literature, but studied in this thesis. Also special cases, when the system goes from one region to another through critical points in which the system presents singularities, are shown. Faults will be performed around the time when the system states lie in the neighborhood of the critical points and the main task is now to overcome these singularities and achieve successfully a fault detection. / Tesis

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:55:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JoseSBL_DISSERT.pdf: 1769944 bytes, checksum: 43863b3b32771c922314a0fa73be8bf8 (MD5) Previous issue date: 2011-02-14 / This work deals with an on-line control strategy based on Robust Model Predictive Control (RMPC) technique applied in a real coupled tanks system. This process consists of two coupled tanks and a pump to feed the liquid to the system. The control objective (regulator problem) is to keep the tanks levels in the considered operation point even in the presence of disturbance. The RMPC is a technique that allows explicit incorporation of the plant uncertainty in the problem formulation. The goal is to design, at each time step, a state-feedback control law that minimizes a 'worst-case' infinite horizon objective function, subject to constraint in the control. The existence of a feedback control law satisfying the input constraints is reduced to a convex optimization over linear matrix inequalities (LMIs) problem. It is shown in this work that for the plant uncertainty described by the polytope, the feasible receding horizon state feedback control design is robustly stabilizing. The software implementation of the RMPC is made using Scilab, and its communication with Coupled Tanks Systems is done through the OLE for Process Control (OPC) industrial protocol / Este trabalho tem como objetivo desenvolver uma estrat?gia de controle on-line baseado no Controlador Preditivo Robusto (RMPC, acr?nimo do ingl?s Robust Model Predictive Control) aplicado a um sistema real de tanques acoplados. Este processo consiste em sistema de dois tanques conectados, cujo liquido ? enviado aos mesmos por uma bomba. O objetivo do controle (problema regulat?rio) ? deixar os n?veis dos tanques no ponto de opera??o considerado, mesmo na presen?a de perturba??es. A s?ntese da t?cnica RMPC consiste em incorporar de forma explicita as incertezas da planta na formula??o do problema. O objetivo do projeto, a cada per?odo de amostragem, ? encontrar uma realimenta??o de estados que minimiza o pior caso de uma fun??o objetivo com horizonte infinito, sujeita a restri??es no sinal de controle. O problema original, do tipo Min-max, ? reduzido em a problema de otimiza??o convexa expresso em desigualdades matriciais lineares (LMI, Linear Matriz Inequalities). Mostram-se, neste trabalho, a descri??o da incerteza da planta na forma polit?pica e as condi??es de factibilidade do problema de otimiza??o. A implementa??o do algoritmo RMPC foi feita utilizando o software Scilab e a sua comunica??o com o sistema de tanques acoplados foi feita atrav?s do protocolo OPC (do ingl?s OLE for Process Control)