1 Abstract— In this paper, a modified version of Variable Structure Model Reference Adaptive Controller (VS-MRAC) scheme is developed for an application in Fault Tolerant Control (FTC) of a Single Input-Single Output (SISO) process. As a result of steady state error and oscillations when faults are induced in sensor and actuator of the process, the original VS- MRAC is modified by adding a Saturation Function and a PI controller (VS-MRAC-SAT-PI). The new scheme performance is compared against a classical PID and two other MRAC-based FTC schemes in a Coupled-Tank System. Different types of additive faults (abrupt and gradual faults) were induced in the process and results showed better fault accommodation capabilities of the VS-MRAC-SAT-PI. Keywords— Fault Tolerant Control, MRAC, VS-MRAC, MIT rule, Lyapunov, Coupled-Tank. I. INTRODUCCION UANDO una falla se presenta en un proceso, las consecuencias pueden ser desde una desviación en la calidad de los productos o un paro en las líneas de producción, hasta daños severos en los sistemas y equipos o incluso llegar a provocar la pérdida de vidas humanas. Por esta razón, es necesario desarrollar sistemas de control que sean capaces de soportar fallas en los componentes del sistema, manteniendo sus propiedades o degradándose de una forma segura. Los sistemas de control que se diseñan para tolerar fallas con el objetivo de mejorar su confiabilidad y disponibilidad, mientras mantienen un desempeño deseable, son conocidos como Sistemas de Control Tolerantes a Fallas. Aunque existen en la literatura diversos enfoques para desarrollar sistemas tolerantes a fallas [1], en el presente trabajo de investigación se estudian métodos FTC basados en control adaptivo. En términos generales, un sistema de control adaptivo es aquel que mide un cierto índice de desempeño usando las entradas, los estados y las salidas del sistema ajustable. Mediante la comparación de los valores medidos del índice de desempeño contra un conjunto de valores determinados, el mecanismo de adaptación modifica los parámetros del sistema ajustable o genera una entrada auxiliar para mantener los valores del índice de desempeño cercanos al conjunto de valores determinados [2]. En este artículo se desarrolla un nuevo esquema de control tolerante, basado en la estructura VS-MRAC. A la estructura original se le agregaron dos modificaciones para lidiar con los problema de error de estado estable y oscilaciones, cuando se presentaron fallas. Para comparar el desempeño del nuevo esquema, también se hicieron pruebas con un esquema clásico 1 L. E. Garza, Tecnológico de Monterrey, legarza@itesm.mx A. Vargas, Tecnológico de Monterrey, adriana.vargas.mtz@ites.mx R. Cruz, Tecnológico de Monterrey, rcruz.reynoso@gmail.com PID y otros dos esquemas basados en MRAC y desarrollados con las reglas de MIT y de Lyapunov [3-5]. El artículo se organiza de la siguiente manera: la sección II describe el marco teórico; en la Sección III se muestra la descripción del sistema acoplado de tanques; Sección IV muestra la descripción de las fallas aplicadas; la Sección V describe la implementación, pruebas y resultados; y finalmente la sección VI presenta las conclusiones. II. MARCO TEORICO DE LOS CONTROLADORES TOLERANTES A FALLAS Controlador Adaptable por Modelo de Referancia (MRAC) El MRAC es un sistema de control adaptivo en el cual el desempeño deseado es expresado en términos de un modelo de referencia. Los parámetros son actualizados en base al error, que resulta de la diferencia entre la salida del sistema en lazo cerrado y la salida del modelo de referencia. En la Fig. 1 se muestra un esquema general de un control MRAC [6]. El objetivo de la adaptación es minimizar una función de la diferencia entre las salidas de la planta y del modelo de referencia. Esto se logra mediante el mecanismo de adaptación que modifica los parámetros del sistema adaptivo. Uno de las estructuras de control adaptivas que se basan en el concepto de MRAC es el controlador MRAC de Estructura Variable (VS-MRAC). Figura 1. Esquema general del MRAC [6]. MRAC de Estructura Variable (VS-MRAC) La idea original del VS-MRAC está basada en el uso de funciones de conmutación dentro de la estructura del controlador. Una dificultad de este esquema ha sido la necesidad de la medición o conocimiento del vector de estados del sistema. En [7] se propone un esquema VS-MRAC que utiliza únicamente las mediciones de las señales de salida y de entrada al sistema con lo cual ya no es necesaria la medición u observación de los estados. A esta nueva estructura se le dio el nombre de VS-MRAC. MODELO MECANISMO DE ADAPTACIÓN CONTROLADOR y m u PLANTA Parámetros del Controlador y u c L. Garza, A. Vargas, Member, IEEE and R. Cruz MRAC-based Fault Tolerant Control of a SISO Real Process Application C IEEE LATIN AMERICA TRANSACTIONS, VOL. 13, NO. 8, AUG. 2015 2545