طراحی سیستم تحمل‌پذیر عیب با استفاده از روش کنترل پیش‌بین و شناسایی عیب مبتنی بر مدل برای یک راکتور شیمیایی

با توجه به امکان وقوع عیب در عملگرهای هر سیستم صنعتی، نیاز به شناسایی و استفاده از یک ساختار کنترلی کمکی در راستای جبران عیب و حفظ سطح پایداری سیستم، استفاده از ساختار کنترلی تحمل پذیر عیب در صنعت یک مسئله ی ضروری به نظر می رسد. در این مقاله مدل راکتور همزن شیمیایی مورد ارزیابی قرار گرفته که دارای مدل غیرخطی با خروجی های دما و ورودی گرمایش تانک های به هم پیوسته است. به منظور تخمین دینامیک های خروجی مدل از فیلتر کالمن خنثی استفاده می شود که به نسبت سایر تخمین گرها سرعت همگرایی مناسب و دقت بالاتری دارد. به منظور طراحی کنترل کننده از رویکرد کنترل پیش بین غیرخطی استفاده شده که در لحظاتی که عیب در سیستم وجود ندارد، میزان گرمایش مناسب برای دست یابی به دماهای مطلوب برای هر تانک را به سیستم اعمال می کند و نهایتا منجر به پایداری سیستم می گردد. در طرح پیشنهادی به منظور جبران عیب، از ر‌ویتگر مدلغزشی به منظور شناسایی عیب استفاده شده است. زمانی که عیب تشخیص داده شد، از یک کنترل کننده تناسبیانتگرال گیر و مشتق گیر فازی به منظور کنترل خروجی با وجود عیب در سیستم استفاده می شود. شبیه سازی روش پیشنهادی در نرم افزار متلب و در حالت های کاری مختلف انجام شد. نتایج شبیه سازی نشان دهنده عملکرد مطلوب روش پیشنهادی در جهت جبران عیب است.

Design of Fault Tolerant System Using Model Predictive Control and ModelBased Fault Identification for a Chemical Reactor

Due to the possibility of fault in any industrial system’s actuators, using a faulttolerant control structure to compensate for the fault and maintain the system stability seems necessary. In this paper, the Continuously Stirred Tank Reactor model is evaluated, which has a nonlinear model with temperature outputs and heating inlets of interconnected tanks. An Unscented Kalman filter is used to estimate the model’s output dynamics, which has a suitable convergence speed and higher accuracy than other estimators. The nonlinear predictive control approach is used to apply the appropriate heating rate to the system to achieve the desired temperatures for each tank when there is no fault in the system. In the proposed design, to compensate for the fault, a sliding mode observer has been used to identify the fault. When a fault is detected, a fuzzy proportional derivative controller is used to control the system’s fault. MATLAB software has been to evaluate the proposed method in different working modes of the reactor model. The simulation results show the good performance of the proposed method to compensate for the fault