Detección y diagnóstico de fallas en sensores de un motor de corriente directa
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Abstract
El área de detección y diagnóstico de fallas está ligada directamente al diseño de nuevos sistemas o procesos, debido a los altos índices de seguridad requeridos hoy en día. Detectar fallas a tiempo puede evitar daños graves a los procesos, maquinarias e inclusive a seres humanos.
Se propone un sistema de Detección y Diagnóstico de Fallas (FDD por sus siglas en inglés, Fault Detection and Diagnosis) basado en observadores para fallas aditivas en sensores. Tres diferentes tipos de fallas (falla abrupta, ruido en el sensor y falla gradual) son introducidas; la falla abrupta causa que el sensor presente un sesgo en la lectura. La falla por ruido causa que la salida del sensor presente ruido grande. La falla gradual se presenta normalmente por el desgaste de componentes electrónicos o mecánicos debido al uso del sensor por largos periodos de tiempo; causando que la salida del sensor varia lentamente.
Se propusieron dos modelos lineales para representar el comportamiento de la corriente y velocidad en el motor sin falla, estos modelos fueron utilizados para el diseño del observador que es el generador de residuos. Las fallas se detectan y aíslan con un banco de observadores, el diagnóstico se lleva acabo analizando el comportamiento de la media y desviación estándar de los residuos generados por los observadores. El desempeño del sistema FDD propuesto para detectar y diagnosticar las fallas se pone a prueba en sensores utilizados para monitorear un motor de corriente directa colocado en el módulo del volante de un sistema de Dirección por Cable (SBW por sus siglas en inglés, Steer by Wire). El sistema FDD utiliza solamente la señal de excitación que es el voltaje, y la salida de los sensores corriente y velocidad.
Los resultados mostraron que el sistema FDD logró detectar todas las fallas en aproximadamente 1 segundo para el sensor de corriente bajo las condiciones de operación establecidas y para las fallas propuestas, el tiempo de diagnóstico fue de 2 segundos debido al procesamiento del cálculo de los índices estadísticos. Para el sensor de velocidad se detectaron 4 falsas alarmas causadas principalmente porque el sistema opera en lazo abierto y las perturbaciones afectan severamente a la velocidad a la que gira el motor de CD.