Controle Tolerante a Falhas: Reconfiguração com Atuador Virtual Adaptativo

Abstract

This paper proposes the design of an adaptive virtual actuator for linear discretetime systems subject to actuator faults. By means of new conditions based on Linear Matrix Inequalities (LMIs) and the virtual actuator adaptation law, the control reconfiguration without requiring the use of a Fault Detection and Isolation module (FDI) to compensate the different actuator faults becomes possible. Thus, in the presence of faults, the reconfigured system behaves asymptotically as the nominal system (without faults), not being subject to loss of performance and stability due to possible errors in the FDI module. Computer simulations for an openloop stable and an unstable system are performed to verify the performance of the proposed methodology for different scenarios of actuator faults. From the analysis of the time responses obtained, it is possible to observe that the reconfigured system is able to compensate the faults and continue tracking the reference signal, with similar behavior to that of the nominal system. Resumo: Este artigo propõe o projeto de um atuador virtual adaptativo para sistemas lineares discretos no tempo sujeitos a falhas de atuador. Por meio de novas condições baseadas em Desigualdades Matriciais Lineares (LMIs -do inglês Linear Matrix Inequalities) e na lei de adaptação do atuador virtual, torna-se possível a reconfiguração de controle sem a exigência de utilização de um módulo de Detecção e Isolamento de Falhas (FDI -do inglês Fault Detection and Isolation) para a compensação de diferentes falhas de atuador. Assim, na presença de falhas, o sistema reconfigurado se comporta assintoticamente como o sistema nominal (sem falhas), não estando sujeito à perda de desempenho e estabilidade devido a possíveis erros no módulo FDI. Simulações computacionais para um sistema estável e um instável em malha aberta são realizadas para verificar o desempenho da metodologia proposta para diferentes cenários de falhas de atuador. A partir da análise das respostas temporais obtidas, é possível observar que o sistema reconfigurado é capaz de compensar as falhas e continuar o rastreamento do sinal de referência, com comportamento semelhante ao do sistema nominal.