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http://hdl.handle.net/1843/39579
Type: | Tese |
Title: | Fault tolerant control for nonlinear systems : new LPV and TS fuzzy virtual actuator and sensor approaches |
Other Titles: | Controle tolerante a falhas para sistemas não-lineares : novas abordagens de sensor e atuador virtual LPV e fuzzy TS |
Authors: | Mariella Maia Quadros |
First Advisor: | Reinaldo Martínez Palhares |
First Co-advisor: | Valter Júnior de Souza Leite |
First Referee: | Edvaldo Assunção |
Second Referee: | Renan Landau Paiva de Medeiros |
Third Referee: | Jeferson Vieira Flores |
metadata.dc.contributor.referee4: | Luís Filipe Pereira Silva |
Abstract: | In order to design a control system for industrial processes, it is desired that it satisfies the performance specifications, is reliable, safe, and has guaranteed stability. However, the occurrence of faults negatively affects the availability of these systems, implying, in most cases, in material and functional losses, performance deterioration, instability, and safety risks. Therefore, it is crucial to implement Fault Tolerant Control (FTC) systems such that, even in the presence of faults, it is possible to guarantee the stability of the closed-loop system and ensure acceptable performance. One of the main methods for FTC design uses the control reconfiguration when faults are detected in process sensors or actuators. Then, a reconfiguration block is inserted between the controller and the faulty system, composed of virtual sensors and actuators, to receive the control and sensor signals and to correct them so that the current controller can be used without the need of redesign. The Linear Parameter Varying (LPV) and Takagi-Sugeno (TS) fuzzy reconfiguration blocks are especially interesting, as they allow to represent classes of nonlinear systems with sector nonlinearities, incorporating them in the scheduling parameters (for LPV) or the premise variables (for TS) and to use robust control design strategies. In this Thesis, new sufficient conditions formulated in terms of Linear Matrix Inequalities (LMIs) are presented for the synthesis of robust virtual sensors and actuators for nonlinear systems described by LPV and TS fuzzy models. For the TS fuzzy case, the conditions also allow dealing with systems that have an unknown input and whose premise variables may not be measured, due to plant configuration or sensor faults. In order to illustrate the efficiency of the proposed methods, real-time experiments and computer simulations are carried out for level-control in a nonlinear Multiple-Input and Multiple-Output (MIMO) system of coupled tanks. |
Abstract: | Ao projetar um sistema de controle para processos industriais, deseja-se que este atenda às especificações de desempenho, seja confiável, seguro e que tenha estabilidade garantida. No entanto, a ocorrência de falhas pode afetar negativamente a disponibilidade desses sistemas, implicando, em muitos casos, em perdas materiais e de funcionalidade, deterioração de desempenho, instabilidade e riscos à segurança. Portanto, é crucial que sejam implementados sistemas de controle tolerantes a falhas (FTC, do inglês Fault Tolerant Control), para que, mesmo na presença de falhas, seja possível garantir a estabilidade do sistema de malha fechada e assegurar um desempenho aceitável antes de uma manutenção adequada. Um dos principais métodos de projeto FTC utiliza a reconfiguração de controle quando são detectadas falhas nos sensores ou nos atuadores do processo (podendo ser simultâneas). Dessa forma, é inserido um bloco de reconfiguração entre o controlador e o sistema com falhas, composto de sensores e atuadores virtuais, com o objetivo de receber os sinais de controle e dos sensores e corrigi-los para que o mesmo controlador possa ser utilizado sem a necessidade de re-projeto. Os blocos de reconfiguração LPV (do inglês, Linear Parameter Varying) e fuzzy TS (Takagi-Sugeno) são especialmente interessantes, pois permitem representar sistemas não-lineares com não-linearidades de setor, incorporando-as nos parâmetros de escalonamento (LPV) ou variáveis premissas (TS) e usando estratégias de projeto de controle robusto. Nesta Tese, são apresentadas novas condições suficientes baseadas em LMIs (do inglês, Linear Matrix Inequalities) para a síntese de sensores e atuadores virtuais robustos a diferentes tipos de falhas para sistemas não-lineares descritos por modelos LPV e fuzzy TS. Para o caso fuzzy TS, as condições também permitem lidar com sistemas que possuem entrada desconhecida e cujas variáveis premissas podem não ser medidas, devido à configuração da planta ou falhas de sensores. Com o objetivo de ilustrar a eficiência dos métodos propostos, são realizados experimentos em tempo real e simulações computacionais para controle de nível em um sistema MIMO (do inglês, Multiple-Input and Multiple-Output) não-linear de tanques acoplados. |
Subject: | Engenharia elétrica Sistemas difusos Sensor virtual Falha de sistema (Engenharia) |
language: | eng |
metadata.dc.publisher.country: | Brasil |
Publisher: | Universidade Federal de Minas Gerais |
Publisher Initials: | UFMG |
metadata.dc.publisher.department: | ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA |
metadata.dc.publisher.program: | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica |
Rights: | Acesso Aberto |
URI: | http://hdl.handle.net/1843/39579 |
Issue Date: | 3-Nov-2021 |
Appears in Collections: | Teses de Doutorado |
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