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Gentili L.
"Tecniche adattative per la rivelazione e l'isolamento di guasti"
 
Type Master Thesis
Author(s) Gentili L.
Title Tecniche adattative per la rivelazione e l'isolamento di guasti
Editor Università degli Studi di Bologna - Facoltà di Ingegneria - DEIS
Keywords FDI, Controllo Adattativo, Robustezza, Osservatori, Sistemi non Lineari
Abstract

Lo studio del problema della rivelazione e dell' isolamento di guasti (FDI : Fault Detection and Isolation) si è dimostrato di fondamentale importanza negli ultimi venti anni, vista la crescente richiesta di processi industriali estremamente affidabili.
La principale motivazione di tale interesse si deve ricercare nella capacità di individuare immediatamente la presenza di un guasto nell'impianto; questo ci permette di effettuare al più presto le necessarie operazioni di manutenzione, prima che il malfunzionamento provochi danni di maggiore entità.
I vantaggi favoriti da questo tipo di approccio sono facilmente immaginabili: le interruzioni del ciclo produttivo saranno di minore entità e si otterrà una notevole riduzione dei costi di manutenzione.

L'idea di base è quella di affiancare, o al limite sostituire, al monitoraggio sistematico e regolare del processo, tipico della manutenzione ordinaria, un sistema di ispezione e monitoraggio continuativo ed automatico, basato sulle informazioni fornite in tempo reale dai sensori collegati al sistema da controllare.
Si vuole quindi progettare un sistema che, sulla base dei dati disponibili, riesca a rivelare la presenza di un guasto, generando un opportuno segnale di allarme, e , se possibile, isolare (individuare cioè quale componente del processo presenta un comportamento diverso da quello nominale) e quindi diagnosticare l'entità di tale malfunzionamento.

Nel seguito si considereranno sempre sistemi parametrizzati del processo e si supporrà di avere a disposizione un modello dell'impianto in esame basato sulla conoscenza dei principi fisici del processo stesso; i parametri di tale modello saranno, dunque, strettamente collegati al comportamento fisico dei vari componenti del sistema : questa osservazione risulta di fondamentale importanza, in quanto i sistemi per l'FDI che proporremo, basano la loro efficacia sull' individuazione di deviazioni del comportamento, rispetto al funzionamento definito dalla parametrizzazione nominale e quindi rispetto ad una condizione priva di malfunzionamenti.

Una delle problematiche principali di cui si deve tener conto, riguarda i possibili falsi allarmi: come detto, il nostro sistema di rivelazione ci avverte dell'avvenuto scostamento di uno dei parametri del processo dal proprio valore nominale, diagnosticando, in seguito, l'entità di tale deviazione; la presenza di disturbi esterni (rumore sui dati provenienti dai sensori) o di incertezze sul modello del sistema (dinamiche non correttamente modellate) può provocare degli scostamenti che non sono riconducibili a malfunzionamenti, e che dovranno essere considerati nell'ambito delle normali condizioni operative. Occorrerà, dunque, che il nostro monitoraggio sia robusto rispetto a questi disturbi, al fine di evitare incorrette segnalazioni di guasti.

In generale, il sistema per l'FDI da progettare è caratterizzato dalla presenza di due osservatori, uno adibito alla rivelazione, e quindi alla generazione del segnale di allarme (Osservatore per la Rivelazione), l'altro adibito alla diagnosi dell'entità dei malfunzionamenti ( Osservatore Adattativo Diagnostico). Questi osservatori sono dei sistemi dinamici, progettati basandosi sulla conoscenza del modello del processo, che sfruttano opportunamente i segnali accessibili (solitamente la variabile controllabile e l'uscita misurabile), al fine di fornire in uscita dei segnali che rappresentano la stima di alcuni parametri .
In particolare l' osservatore per la rivelazione mette a disposizione un segnale che rappresenta la stima dell'uscita del processo, se questo fosse in condizioni nominali, cioè, in assenza di guasti: confrontando questa stima con l'uscita effettiva è possibile generare un segnale di allarme non appena si presenta uno scostamento.
L'osservatore adattativo per la diagnosi, invece, verrà utilizzato subito dopo la rivelazione della presenza di un guasto: verrà prodotta una stima dell'uscita effettiva (soggetta al malfunzionamento), che sarà utilizzata, dallo stesso osservatore, per fornire i valori stimati di tutti quei parametri che rappresentano i componenti del processo che possono aver subito un malfunzionamento.
In particolare, saranno presi in considerazione gli eventuali guasti che possono affliggere gli attuatori ed i sensori del processo: si cercherà quindi di ottenere la stima dei parametri del modello direttamente collegati a questi componenti.

Nei capitoli che seguono, introdurremo innanzitutto il concetto di osservatore ed in particolare il concetto di osservatore adattativo per sistemi i cui parametri non sono del tutto noti (Capitolo 1); in seguito utilizzeremo questi osservatori per definire delle tecniche di controllo robuste rispetto ad eventuali disturbi esterni(Capitolo 2). Mettermo poi in evidenza come utilizzare le tecniche introdotte per rivelare e diagnosticare eventuali guasti su sensori o attautori (Capitolo 3); infine proporremo dei risultati simulativi per mostrare il comportamento effettivo dei sistemi per l'FDI esaminati(Capitolo 4).


Notes
Relatore:
Chiar.mo Prof. Ing. Claudio Bonivento
Correlatori:
Chiar.mo Prof. Ing. Alberto Tonielli
Dott. Ing. Lorenzo Marconi
Document 778f.Document.zip (349007 bytes)
Year 2000


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