Design of nonlinear observers for detecting faults in hydraulic sub-sea pipelines

Shields, D.N.; Ashton, S.A.; Daley, S.

doi:10.1016/s0967-0661(00)00113-1

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“…Los observadores son ampliamente usados en diferentesáreas de control como: diagnóstico de fallas (Shields et al, 2001) y control de procesos (Jana et al, 2006), entre otras. Este trabajo muestra la implementación y validación experimental de un observador de alta ganancia (Hammouri et al, 2002), extendido al caso continuo-discreto.…”

Section: Introductionunclassified

“…Algunas soluciones han sido presentadas en Yaz et al (2007), donde se realiza el diseño de observadores continuo-discretos basados en una matriz lineal de desigualdades (LMI). En otro trabajo, Ibrir (2007) se presenta el análisis del criterio del círculo unitario para probar la estabilidad de observadores no lineales continuodiscretos.Los observadores son ampliamente usados en diferentesáreas de control como: diagnóstico de fallas (Shields et al, 2001) y control de procesos (Jana et al, 2006), entre otras. Este trabajo muestra la implementación y validación experimental de un observador de alta ganancia (Hammouri et al, 2002), extendido al caso continuo-discreto.…”

unclassified

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Observador de Alta Ganancia Constante para una Clase de Sistema No Lineal de Forma Triangular

Gonzalez¹,

Téllez-Anguiano²,

Astorga‐Zaragoza³

et al. 2010

RIAI

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Resumen: En este artículo se presenta un observador de alta ganancia continuo-discreto para estimar las composiciones molares en una columna de destilación para la mezcla Etanol-Agua, empleando las mediciones de las temperaturas en los platos. Una de las principales ventajas de este observador es su ganancia constante, por lo que sintonizarlo dependeúnicamente de la elección de parámetros constantes que deben satisfacer algunas desigualdades algebraicas simples. El observador continuo-discreto presenta un buen seguimiento de la dinámica del proceso a pesar de usar menos datos que un observador puramente discreto. La efectividad del método propuesto para la estimación de concentraciones en una columna de destilación, así como su adecuado desempeño en comparación con la versión puramente discreta del observador, son demostrados empleando datos experimentales. Copyright c 2010 CEA.Palabras Clave: Sistemas no lineales, columna de destilación, observador continuo-discreto. INTRODUCCIÓNEn el control de columnas de destilación la estimación en línea de los estados que no son directamente medibles es un problema fundamental. Un ejemplo de estados del sistema es la composición del producto; su estimación requiere medir variables secundarias como la temperatura, lo cual ha sido propuesto por algunos autores en Quintero-Mármol et al. (1991);Olsen et al. (2002);Tronci et al. (2005).Aplicar leyes de control en columnas de destilación requiere la información continua de las fracciones molares de los componentes (Han, 2006).Ésta puede medirse fuera de línea utilizando cromatógrafos de gases o detectores deíndice de refracción. Sin embargo, con estas técnicas los costos son altos en relación a inversión, implementación y mantenimiento de los instrumentos.Una solución viable consiste en diseñar observadores de estados, también conocidos como sensores virtuales. Para implementar los observadores a sistemas físicos es necesario contar con sus modelos matemáticos, a partir de los cuales se plantea una estructura y así obtener la información para reconstruir las variables que no pueden ser medidas directamente.En el diseño de observadores, es posible fijar el periodo de muestreo (de las mediciones) de acuerdo a la dinámica del sistema. Un método para construir observadores consiste precisamente en discretizar el sistema de acuerdo al tiempo de muestro en el cual se realizan dichas mediciones (QuinteroMármol et al., 1991).Sin embargo, existen procesos en los que el periodo de muestreo de las mediciones es grande y generalmente diferente al tiempo de integración usado para las ecuaciones diferenciales del modelo dinámico; para este caso una alternativa de solución es el diseño de Observadores Continuo-Discretos (OCD) (Nadri et al., 2004), cuya principal ventaja radica en emplear un tiempo de integración (para la etapa de predicción) diferente del tiempo de muestreo (para la etapa de corrección) del observador. Esta condición permite emplear un tiempo relativamente amplio durante la adquisición de las variables medibles usadas para la ...

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Section: Introductionunclassified

unclassified

Observador de Alta Ganancia Constante para una Clase de Sistema No Lineal de Forma Triangular

Gonzalez¹,

Téllez-Anguiano²,

Astorga‐Zaragoza³

et al. 2010

RIAI

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“…In the event of a leak, the outputs from the observer di ers from the measurements, and this is exploited in a correlation technique that detects, quantifies and locates the leak. Verde (2001) used a bank of observers, computed by the method for fault detection and isolation developed by Hou and Müller (1994). The underlying model is a linearized, discretized pipe flow model on a grid of nodes.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Observer Design Using Boundary Injections for Pipeline Monitoring and Leak Detection

Aamo¹,

Salvesen²,

Foss³

2006

IFAC Proceedings Volumes

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We design a leak detection system consisting of an adaptive Luenbergertype observer based on a set of two coupled one dimensional first order nonlinear hyperbolic partial di erential equations governing the flow dynamics. It is assumed that measurements are only available at the inlet and outlet of the pipe, and output injection is applied in the form of boundary conditions. For the linearized model without friction and leak, exponential convergence of the state estimates to the plant state is shown by Lyapunovs method. The observer design is performed for the continuum model, ensuring that convergence properties established theoretically are not an artifact of the method of discretization. Heuristic update laws for adaptation of the friction coe cient and leak parameters are given, and simulations demonstrate their ability to detect, quantify and locate leaks.

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“…A considerable amount of work has been done to develop effective methods to detect and locate continuously small leaks using model-based methods in the last 20 years (Billman & Isermann, 1987;Kowalczuk & Gunawickrama, 2000;Shields, Ashton, & Daley, 2001;Verde, 2001). In all these contributions, a finitedimensional model for the fluid with fix discretization of the spatial variable in the pipeline is assumed.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Accommodation of multi-leak location in a pipeline

Verde¹

2005

Control Engineering Practice

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A novel model-based approach is proposed to detect leaks locations in a pipeline using only sensors of flow and pressure at the ends of the duct. The approach assumes a simple nonlinear model of the fluid in a pipeline with leaks, discretizing the spacial variable in nonuniform sections with unknown boundaries that depend on the leaks locations, z 1 and z 1 þ z 2 : The key to the detection and location algorithm is the use of a multi-task scheme: (1) the continuous monitoring and searching of the leak condition, sweeping all feasible leak positions of the duct, and (2) when a leak condition is detected, the scheme switches on and starts the accommodation of the unknown parameters ðz 1 ; z 2 Þ in the model, so that, an error signal is minimized satisfying physical constraints. Simulation examples with one and two leaks are given to show the effectiveness of the location procedure. r

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Design of nonlinear observers for detecting faults in hydraulic sub-sea pipelines

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Observador de Alta Ganancia Constante para una Clase de Sistema No Lineal de Forma Triangular

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