Detalle de la tesis

Autores: Luppi, Patricio Alfredo.

Resumen: La operación de los procesos industriales se basa fuertemente en sistemas de control automatizados que involucran un gran número de sensores y actuadores. Mientras que la automatización resulta crítica para alcanzar los diversos objetivos (seguridad, producción, eciencia energética, rentabilidad), la creciente dependencia respecto a los distintos equipos y componentes tiende a aumentar la vulnerabilidad del proceso a fallas. Las mismas conducen a un mal funcionamiento del sistema de control, que puede poner en peligro la seguridad del personal, ocasionar daños físicos sobre el equipamiento, pérdidas energéticas, aumento del tiempo de inactividad del proceso, resultando en importantes pérdidas económicas. En este marco, el manejo de situaciones anormales generadas por fallas en sensores y actuadores constituye un gran desafío. Esto genera una fuerte motivación para el desarrollo de métodos y estrategias que permitan diseñar sistemas de control tolerantes a fallas (CTF). El objetivo principal es preservar la estabilidad y mantener un aceptable desempeño dinámico, logrando una alta disponibilidad del proceso, evitando que una falla se convierta en una falla grave. En esta tesis se presenta una metodología sistemática para el diseño de CTF reconfigurable capaz de acomodar fallas críticas en procesos químicos de gran escala. Específicamente, se consideran bloqueo de actuadores y pérdida total de la medición de sensores. El sistema CTF propuesto posee una arquitectura compuesta por varios módulos: un controlador nominal (CN), un sistema de detección y diagnóstico de fallas (DDF), un mecanismo de reconfiguración (MR) y un controlador reconfigurable (CR). Los controladores se implementan íntegramente con algoritmo PID convencional. Al ocurrir una falla, el MR se encarga de ajustar el CN para el nuevo escenario, teniendo en cuenta la información suministrada por el bloque DDF. Para los tipos de falla considerados en esta tesis, se requiere normalmente modicar la estructura del CN, es decir que el CN y el nuevo controlador (CR) diferirán en las variables de entrada-salida que utilizan. La primera etapa de la metodología propuesta considera para el diseño del CN: (i) una estructura de reducida dimensión y (ii) completamente descentralizada, y (iii) un análisis basado en el cumplimiento de condiciones necesarias / suficientes asociadas con la propiedad controlabilidad integral descentralizada (CID). Una estructura de reducida dimensión asegura la disponibilidad de redundancias. Por otro lado, una estructura completamente descentralizada demuestra gran capacidad para tolerancia a fallas debido a su inherente exibilidad de operación. Además, el proceso de búsqueda de soluciones se configuró para hallar, en caso de que existan, estructuras de control que cumplan una condición suficiente para CID. Esto garantiza la estabilidad del CN mientras el bloque DDF se encuentra en el proceso de detección e identificación de los eventos anormales considerados. Una vez definido el CN, se conocen qué sensores y actuadores son vulnerables a fallas. En este punto, se debe establecer qué fallas críticas deberá ser capaz de enfrentar el sistema CTF. Para estas fallas pre-denidas, las estructuras de control alternativas (CR) se diseñan fuera de línea (off-line), empleando de forma óptima las redundancias existentes. Con este fin, la metodología se basa en la evaluación de los desvíos cuadráticos de estado estacionario individuales de las variables no controladas, en el marco de la reconocida teoría IMC (Control basado en Modelo Interno). Se propone un procedimiento unificado para selección de las variables controladas (VCs), de las variables manipuladas (VMs), y de los correspondientes apareamientos (VCs-VMs). Las estructuras CR alternativas se ponen en marcha de manera suave, al minimizar la agresividad de las respuestas transitorias que usualmente surgen de la conmutación del CN hacia los diferentes controladores. La aplicabilidad y potencial de la metodología es demostrada a través de distintas plantas químicas modeladas computacionalmente para su simulación, que constituyen casos de estudio reconocidos académicamente.

Grado académico: Universitario de posgrado/doctorado.

Titulo obtenido: Doctor en Ingeniería.

Idioma: Español.

Area de conocimiento: Control Automático y Robótica.

Año: 2015