Robust estimation for a CSTR using a high order sliding mode observer and an observer-based estimator

Estimación robusta para un CSTR usando observadores por modos deslizantes de alto orden y un estimador basado en observador

Este trabajo presenta una estructura de estimación para un reactor de tanque agitado en continuo, la cual se compone de un estimador basado en observador por modos deslizantes acoplado con un observador por modos deslizantes de alto orden. Todo el esquema permite la estimación robusta del estado y algunos parámetros, concretamente la concentración de la masa reactiva, el calor de reacción y el coeficiente global de transferencia de calor, a partir de la medición de las temperaturas al interior del reactor y de la chaqueta. Para verificar los resultados, se realizan pruebas de convergencia de la estructura propuesta, y se presentan simulaciones numéricas con mediciones ruidosas y sin ruido, lo que sugiere la aplicabilidad del enfoque planteado.

Introducción

Para numerosas aplicaciones, incluyendo los procesos químicos, es bien sabido que los observadores de estado no lineales y los estimadores de parámetros y de entradas desconocidas se han vuelto de gran interés. Los principales usos de estos métodos son el diseño de controladores basados en observadores, la síntesis de métodos de detección y aislamiento de fallos, entre otras aplicaciones. Una clase importante de observadores no lineales son los Observadores de Modo Deslizante (SMO), que tienen las principales características de los algoritmos de Modo Deslizante (SM). Dichos algoritmos, se proponen con la idea de conducir la dinámica de un sistema a un colector deslizante, es decir un colector integral con tiempo de alcance finito, exhibiendo características muy interesantes como el trabajo con dinámicas de error de observación reducidas, la posibilidad de obtener un diseño paso a paso, la robustez e insensibilidad bajo variaciones de parámetros y perturbaciones externas, y la estabilidad en tiempo finito. Además, esta última característica puede extenderse a la estabilidad uniforme en tiempo finito, también conocida como estabilidad en tiempo fijo, permitiendo que los controladores y estimadores converjan con un tiempo de asentamiento independiente de las condiciones iniciales. Por otro lado, se suele decir que los algoritmos de modo deslizante presentan dos inconvenientes principales

i. se suele suponer que son más sensibles al ruido que los controladores y estimadores lineales, y

ii. el llamado chattering, que es una oscilación de alta frecuencia debida al efecto de las discontinuidades de las funciones utilizadas para inducir los modos deslizantes (por ejemplo, la función de signo) en la dinámica no modelada del sistema.