Sistema de detecção e isolamento de falhas em sistemas dinâmicos baseado em identificação paramétrica

The present research aims at contributing to the area of detection and diagnosis of failure through the proposal of a new system architecture of detection and isolation of failures (FDI, Fault Detection and Isolation). The proposed architecture presents innovations related to the way the physical values monitored are linked to the FDI system and, as a consequence, the way the failures are detected, isolated and classified. A search for mathematical tools able to satisfy the objectives of the proposed architecture has pointed at the use of the Kalman Filter and its derivatives EKF (Extended Kalman Filter) and UKF (Unscented Kalman Filter). The use of the first one is efficient when the monitored process presents a linear relation among its physical values to be monitored and its out-put. The other two are proficient in case this dynamics is no-linear. After that, a short comparative of features and abilities in the context of failure detection concludes that the UFK system is a better alternative than the EKF one to compose the architecture of the FDI system proposed in case of processes of no-linear dynamics. The results shown in the end of the research refer to the linear and no-linear industrial processes. The efficiency of the proposed architecture may be observed since it has been applied to simulated and real processes. To conclude, the contributions of this thesis are found in the end of the text

O presente trabalho visa contribuir com a área de detecção e diagnóstico de falhas em sistemas dinâmicos através da proposta de uma nova arquitetura de sistemas de detecção e isolamento de falhas (FDI, Fault Detection and Isolation). A arquitetura proposta traz inovações no que se refere à maneira como as grandezas físicas do processo monitorado são relacionadas ao sistema FDI e, em conseqüência disso, à maneira como as falhas são detectadas, isoladas e classificadas. Uma busca por ferramentas matemáticas capazes de satisfazer os objetivos da arquitetura proposta apontou para o uso do filtro de Kalman e seus derivados EKF (Extended Kalman Filter) e UKF (Unscented Kalman Filter). O uso do primeiro algoritmo mostra-se eficaz no caso em que o processo monitorado apresenta uma relação linear entre suas grandezas físicas a serem monitoradas e sua saída. Os outros dois, caso a dinâmica seja não linear. Posteriormente, um comparativo entre o EKF e o UKF mostra que o segundo se adequa melhor às necessidades da arquitetura proposta. Os resultados mostrados no final da tese são referentes a plantas lineares e não-lineares, onde se pode observar a eficácia da arquitetura proposta quando a mesma foi aplicada a processos simulados e reais