Using petri nets to specify and execute missions for autonomous underwater vehicles

This paper presents the design and implementation of a mission control system (MCS) for an autonomous underwater vehicle (AUV) based on Petri nets. In the proposed approach the Petri nets are used to specify as well as to execute the desired autonomous vehicle mission. The mission is easily described using an imperative programming language called mission control language (MCL) that formally describes the mission execution thread. A mission control language compiler (MCL-C) able to automatically translate the MCL into a Petri net is described and a real-time Petri net player that allows to execute the resulting Petri net onboard an AUV are also presented

Dynamic modelling of an underwater vehicle

Nessie is an Autonomous Underwater Vehicle (AUV) created by a team of students in the Heriot Watt University to compete in the Student Autonomous Underwater Competition, Europe (SAUC-E) in August 2006. The main objective of the project is to find the dynamic equation of the robot, dynamic model. With it, the behaviour of the robot will be easier to understand and movement tests will be available by computer without the need of the robot, what is a way to save time, batteries, money and the robot from water inside itself. The object of the second part in this project is setting a control system for Nessie by using the model

Embedding objects into Matlab/Simulink for process supervision

This paper introduces how artificial intelligence technologies can be integrated into a known computer aided control system design (CACSD) framework, Matlab/Simulink, using an object oriented approach. The aim is to build a framework to aid supervisory systems analysis, design and implementation. The idea is to take advantage of an existing CACSD framework, Matlab/Simulink, so that engineers can proceed: first to design a control system, and then to design a straightforward supervisory system of the control system in the same framework. Thus, expert systems and qualitative reasoning tools are incorporated into this popular CACSD framework to develop a computer aided supervisory system design (CASSD) framework. Object-variables an introduced into Matlab/Simulink for sharing information between tools

Contribución al diseño de GNSS-SDR, un receptor GNSS de código abierto

[ANGLÈS] This project introduces GNSS-SDR, an open source Global Navigation Satellite System software-defined receiver. The lack of reconfigurability of current commercial-of-the-shelf receivers and the advent of new radionavigation signals and systems make software receivers an appealing approach to design new architectures and signal processing algorithms. With the aim of exploring the full potential of this forthcoming scenario with a plurality of new signal structures and frequency bands available for positioning, this paper describes the software architecture design and provides details about its implementation, targeting a multiband, multisystem GNSS receiver. The result is a testbed for GNSS signal processing that allows any kind of customization, including interchangeability of signal sources, signal processing algorithms, interoperability with other systems, output formats, and the offering of interfaces to all the intermediate signals, parameters and variables. The source code release under the GNU General Public License (GPL) secures practical usability, inspection, and continuous improvement by the research community, allowing the discussion based on tangible code and the analysis of results obtained with real signals. The source code is complemented by a development ecosystem, consisting of a website (http://gnss-sdr.org), as well as a revision control system, instructions for users and developers, and communication tools. The project shows in detail the design of the initial blocks of the Signal Processing Plane of the receiver: signal conditioner, the acquisition block and the receiver channel, the project also extends the functionality of the acquisition and tracking modules of the GNSS-SDR receiver to track the new Galileo E1 signals available. Each section provides a theoretical analysis, implementation details of each block and subsequent testing to confirm the calculations with both synthetically generated signals and with real signals from satellites in space.

Automatització d'una planta de processos químics

Resum L’any 1969 es van començar a comercialitzar els sistemes digitals programables coneguts com autòmats programables o PLC’s, utilitzats per controlar qualsevol tipus de procés industrial. Al llarg de tots aquests anys, aquests sistemes i tota la tecnologia en general han evolucionat molt, i només és qüestió de temps que la tecnologia que utilitzem avui en dia quedi obsoleta i substituïda per una de millors característiques i amb més avantatges. Aquest és el motiu de l’elaboració d’aquest treball, que com a objectiu pretén modernitzar un procés de fabricació d’una industria química que ha quedat molt limitat a causa de l’antiguitat de la instal•lació. Per dur a terme aquesta modernització, s’introdueixen sistemes de control amb majors prestacions, s’utilitzen xarxes de comunicacions per facilitar el muntatge elèctric de la instal•lació i un sistema de supervisió i adquisició de dades per poder obtenir un control més estricte del procés de fabricació i de tots els factors que intervenen. El funcionament del procés de fabricació és que a partir d’unes matèries primeres líquides emmagatzemades en dipòsits, es dosifiquin aquestes matèries en l’ordre i la quantitat desitjada dins un o diversos recipients per barrejar-les i aplicar els tractaments que siguin necessaris. Tot aquest procés està controlat per un autòmat programable, i disposa de diferents terminals operadors per poder interactuar amb el sistema. També té implementat un sistema SCADA en diversos ordinadors per aportar una visió general de la planta en temps real, un registre de dades dels paràmetres que es controlen i alhora serveix per enllaçar amb la xarxa d’ordinadors existent. Com annex d’aquest treball, es presenten els esquemes elèctrics i el programa de l’autòmat programable per veure totes les característiques elèctriques dels dispositius i el mètode de funcionament del procés. S’ha aconseguit donar un salt tecnològic i poder gaudir de tots els avantatges que ofereixen les noves tecnologies, que com a resultat s’ha optimitzat i millorat el procés de fabricació. De totes les conclusions, la més destacada és la d’haver dissenyat un sistema de control basat en una estructura descentralitzada molt flexible, que es pot expandir i adaptar fàcilment als possibles canvis.

Sistema d'adquisició de temperatures de 2 canals via R.F.

Poder mesurar i enregistrar diferents tipus de magnituds com pressió, força, temperatura etc. s’ha convertit en una necessitat per moltes aplicacions actuals. Aquestes magnituds poden tenir procedències molt diverses, tals com l’entorn, o poden ser generades per sistemes mecànics, elèctrics, etc. Per tal de poder adquirir aquestes magnituds, s’utilitzen els sistemes d’adquisició de dades. Aquests sistemes, prenen mostres analògiques del món real, i les transformen en dades digitals que poden ser manipulades per un sistema electrònic. Pràcticament qualsevol magnitud es pot mesurar utilitzant el sensor adient. Una magnitud molt utilitzada en sistemes d’adquisició de dades, és la temperatura. Els sistemes d’adquisició de temperatures estan molt generalitzats, i podem trobar-los com a sistemes, on l’objectiu és mostrar les dades adquirides, o podem trobar-los formant part de sistemes de control, aportant uns inputs necessaris per el seu correcte funcionament, garantir-ne l’estabilitat, seguretat etc. Aquest projecte, promogut per l’empresa Elausa, s’encarregarà d’adquirir, el senyal d’entrada de 2 Termoparells. Aquests mesuraran temperatures de circuits electrònics, que es trobaran dintre la càmera climàtica de Elausa, sotmesos a diferents condicions de temperatura, per tal de rebre l’homologació del circuit. El sistema haurà de poder mostrar les dades adquirides en temps real, i emmagatzemar-les en un PC que estarà ubicat en una oficina, situada a uns 30 m de distància de la sala on es farà el test. El sistema constarà d’un circuit electrònic que adquirirà, i condicionarà el senyal de sortida dels termoparells, per adaptar-lo a la tensió d’entrada d’un convertidor analògic digital, del microcontrolador integrat en aquesta placa. Seguidament aquesta informació, s’enviarà a través d’un mòdul transmissor de radiofreqüència, cap al PC on es visualitzaran les dades adquirides. Els objectius plantejats són els següents: - Dissenyar el circuit electrònic d’adquisició i condicionament del senyal. - Dissenyar, fabricar i muntar el circuit imprès de la placa d’adquisició. - Realitzar el programa de control del microcontrolador. - Realitzar el programa per presentar i desar les dades en un PC. - El sistema ha d’adquirir 2 temperatures, a través de Termoparells amb un rang d’entrada de -40ºC a +240ºC - S’ha de transmetre les dades via R.F. Els resultats del projecte han estat satisfactoris i s’han complert els objectius plantejats.

Creació d’un model de simulació pels propulsors del robot submarí Girona 500 mitjançant CFD

S’arriba a un acord entre el grup de recerca GREFEMA i ViCOROB per estudiar els propulsors de palesutilitzats fins a l’actualitat en el robot submarí Girona 500, de forma que el model creatserveixi d’eina per apoder estudiar qualsevol tipus de propulsor que es vulgui fer servir.Es crearà un model de simulació amb CFD d’ANSYS per tal de poder recrear qualsevol situació ambqualsevol model de propulsor que es vulgui emprar, estalviant en costos de compra o fabricació, a mésd’evitar un muntatge experimental que pot no ser del tot fiable.A partir de geometries de propulsors de pales comercials existents es realitzarà una simulació amb elprograma de dinàmica de fluids computacional (CFD) d’ANSYS.La informació proporcionada per l’eina de simulació es compararan amb els resultats obtinguts de formaempírica a les instal•lacions del Parc Científic i Tecnològic de la Universitat de Girona i amb el model teòric.D’aquesta forma, es comprovarà la bondat de la simulació i es validarà el model numèric utilitzat

Anàlisi hidrodinàmic de vehicles submarins mitjançant eines de simulació CFD

El grup VICOROB de la UdG té una àmplia experiència en l’àmbit dels vehicles irobots submarins, amb diferents prototips degudament validats experimentalment.L’interès d’aquest grup de recerca és anar més enllà i conèixer exactament elcomportament del vehicle dins de l’aigua.El grup VICOROB disposa d’un vehicle subaquàtic, l’anomenat GIRONA 500 que haestat dissenyat com una plataformad'investigació amb capacitat per tornara configurar-se per a moltes aplicacionsdiferents, que van des dels clàssicssonar i servei d’imatges de vídeo fins atasques d'intervenció autònomesdifícilsL’objectiu és d’aquest projecte és obtenir a partir de la geometria real del vehicleGIRONA 500 els coeficients hidrodinàmics del submarí complet i de solamentl’estructura per així conèixer l’efecte hidrodinàmic del nombre de propulsors acoblats alrespectiu vehicle aquàtic

Contact force transitions in regrasp tasks of planar objects

This paper presents a simple and fast solution to the problem of finding the time variations of the forces that keep the object equilibrium when a finger is removed from a three contact point grasp or a finger is added to a two contact point grasp, assuming the existence of an external perturbation force (that can be the object weight itself). The procedure returns force set points for the control system of a manipulator device in a regrasping action. The approach was implemented and a numerical example is included in the paper to illustrate how it works.

Construcció d'un equip per a la producció de cervesa artesana

Catalunya és un dels territoris on hi ha hagut més auge del sector de la cervesa artesana, i són molt nombroses les microcerveseries i les botigues especialitzades on es poden trobar els recursos materials necessaris, a més de ser centres difusió de coneixements relacionats. Així, doncs, aquest projecte està emmarcat en un context que permet el desenvolupament de tècniques d’elaboració de cervesa artesana. Aquest projecte es basa en la construcció d’un equip amb materials reutilitzats i amb un pressupost limitat que permet reproduir a petita escala els processos d’elaboració que es duen a terme en les microcerveseries artesanes actuals. El projecte s’ha assentat sobre la comprensió dels fonaments teòrics i pràctics del procés d’elaboració de cervesa, i amb l’experiència inicial d’elaboració de cervesa amb un equip bàsic de tipus homebrewer. Per minimintzar costos els tancs s’han construït a partir de barrils de cervesa i les parts sobrants s’han aprofitat per a altres elements. S’han emprat elements quotidians com una olla a pressió i s’ha construït un sistema regulador de pressió (per al tanc de fermentació cilindrocònic isobàric construït) en lloc d’adquirir-lo. S’ha posat l’èmfasi en minimitzar la necessitat de manipulació manual durant l’elaboració. Per tant, s’han instal·lat els components de l’equip formant un circuit tancat amb sistema de bombeig, i s’ha incorporat un sistema que permet el control i la lectura de les temperatures de cada procés. Altres elements són el sistema de filtres amb mecanisme de tub en forma d’ela (que permet l’extracció del most dels tanc de maceració i de cocció d’una manera efectiva i sense necessitat de manipulació) i el sistema de dutxa (que permet automatitzar el procés de rentat i filtrat). Un element que distingeix aquest equip d’altres equips emprats en algunes microcerveseries artesanes és el tanc de fermentació cilindrocònic isobàric amb vàlvula controladora de pressió, que permet prescindir de la doble fermentació en ampolla, ja que permet aprofitar el gas carbònic produït durant la fermentació per la carbonatació de la cervesa. Es pot concloure que gràcies a les seves característiques, l’equip permet realitzar successives elaboracions obtenint el mateix producte amb les mateixes característiques organolèptiques, principalement gràcies a la cambra de fermentació, que permet realitzar les etapes de fermentació, maduració i clarificació controlant la temperatura desitjada; al tanc de maceració amb aïllament, que permet realitzar el procés a temperatura constant sense pèrdues tèrmiques i al sistema de control de temperatura de totes les etapes. L’únic inconvenient és que, degut a la manca pressupostària, ha estat impossible l’adquisició d’un sistema d’embotellament isobàric que permeti realitzar l’embotellament sense pèrdues del gas carbònic. Per tant, el producte final pot embotellar-se amb una lleugera pèrdua de gas o es pot emmagatzemar en el mateix fermentador cilindrocònic per al seu consum directe, a l’estil d’alguns brewpubs.

DAI-DEPUR: an integrated and distributed architecture for wastewater treatment plants supervision

The activated sludge process - the main biological technology usually applied towastewater treatment plants (WWTP) - directly depends on live beings (microorganisms), and therefore on unforeseen changes produced by them. It could be possible to get a good plant operation if the supervisory control system is able to react to the changes and deviations in the system and can take thenecessary actions to restore the system’s performance. These decisions are oftenbased both on physical, chemical, microbiological principles (suitable to bemodelled by conventional control algorithms) and on some knowledge (suitable to be modelled by knowledge-based systems). But one of the key problems in knowledge-based control systems design is the development of an architecture able to manage efficiently the different elements of the process (integrated architecture), to learn from previous cases (spec@c experimental knowledge) and to acquire the domain knowledge (general expert knowledge). These problems increase when the process belongs to an ill-structured domain and is composed of several complex operational units. Therefore, an integrated and distributed AIarchitecture seems to be a good choice. This paper proposes an integrated and distributed supervisory multi-level architecture for the supervision of WWTP, that overcomes some of the main troubles of classical control techniques and those of knowledge-based systems applied to real world systems

SQualTrack: A Tool for Robust Fault Detection

One of the techniques used to detect faults in dynamic systems is analytical redundancy. An important difficulty in applying this technique to real systems is dealing with the uncertainties associated with the system itself and with the measurements. In this paper, this uncertainty is taken into account by the use of intervals for the parameters of the model and for the measurements. The method that is proposed in this paper checks the consistency between the system's behavior, obtained from the measurements, and the model's behavior; if they are inconsistent, then there is a fault. The problem of detecting faults is stated as a quantified real constraint satisfaction problem, which can be solved using the modal interval analysis (MIA). MIA is used because it provides powerful tools to extend the calculations over real functions to intervals. To improve the results of the detection of the faults, the simultaneous use of several sliding time windows is proposed. The result of implementing this method is semiqualitative tracking (SQualTrack), a fault-detection tool that is robust in the sense that it does not generate false alarms, i.e., if there are false alarms, they indicate either that the interval model does not represent the system adequately or that the interval measurements do not represent the true values of the variables adequately. SQualTrack is currently being used to detect faults in real processes. Some of these applications using real data have been developed within the European project advanced decision support system for chemical/petrochemical manufacturing processes and are also described in this paper

Automatització d'una planta de processos químics

Resum L’any 1969 es van començar a comercialitzar els sistemes digitals programables coneguts com autòmats programables o PLC’s, utilitzats per controlar qualsevol tipus de procés industrial. Al llarg de tots aquests anys, aquests sistemes i tota la tecnologia en general han evolucionat molt, i només és qüestió de temps que la tecnologia que utilitzem avui en dia quedi obsoleta i substituïda per una de millors característiques i amb més avantatges. Aquest és el motiu de l’elaboració d’aquest treball, que com a objectiu pretén modernitzar un procés de fabricació d’una industria química que ha quedat molt limitat a causa de l’antiguitat de la instal•lació. Per dur a terme aquesta modernització, s’introdueixen sistemes de control amb majors prestacions, s’utilitzen xarxes de comunicacions per facilitar el muntatge elèctric de la instal•lació i un sistema de supervisió i adquisició de dades per poder obtenir un control més estricte del procés de fabricació i de tots els factors que intervenen. El funcionament del procés de fabricació és que a partir d’unes matèries primeres líquides emmagatzemades en dipòsits, es dosifiquin aquestes matèries en l’ordre i la quantitat desitjada dins un o diversos recipients per barrejar-les i aplicar els tractaments que siguin necessaris. Tot aquest procés està controlat per un autòmat programable, i disposa de diferents terminals operadors per poder interactuar amb el sistema. També té implementat un sistema SCADA en diversos ordinadors per aportar una visió general de la planta en temps real, un registre de dades dels paràmetres que es controlen i alhora serveix per enllaçar amb la xarxa d’ordinadors existent. Com annex d’aquest treball, es presenten els esquemes elèctrics i el programa de l’autòmat programable per veure totes les característiques elèctriques dels dispositius i el mètode de funcionament del procés. S’ha aconseguit donar un salt tecnològic i poder gaudir de tots els avantatges que ofereixen les noves tecnologies, que com a resultat s’ha optimitzat i millorat el procés de fabricació. De totes les conclusions, la més destacada és la d’haver dissenyat un sistema de control basat en una estructura descentralitzada molt flexible, que es pot expandir i adaptar fàcilment als possibles canvis.

Sistema d'adquisició de temperatures de 2 canals via R.F.

Poder mesurar i enregistrar diferents tipus de magnituds com pressió, força, temperatura etc. s’ha convertit en una necessitat per moltes aplicacions actuals. Aquestes magnituds poden tenir procedències molt diverses, tals com l’entorn, o poden ser generades per sistemes mecànics, elèctrics, etc. Per tal de poder adquirir aquestes magnituds, s’utilitzen els sistemes d’adquisició de dades. Aquests sistemes, prenen mostres analògiques del món real, i les transformen en dades digitals que poden ser manipulades per un sistema electrònic. Pràcticament qualsevol magnitud es pot mesurar utilitzant el sensor adient. Una magnitud molt utilitzada en sistemes d’adquisició de dades, és la temperatura. Els sistemes d’adquisició de temperatures estan molt generalitzats, i podem trobar-los com a sistemes, on l’objectiu és mostrar les dades adquirides, o podem trobar-los formant part de sistemes de control, aportant uns inputs necessaris per el seu correcte funcionament, garantir-ne l’estabilitat, seguretat etc. Aquest projecte, promogut per l’empresa Elausa, s’encarregarà d’adquirir, el senyal d’entrada de 2 Termoparells. Aquests mesuraran temperatures de circuits electrònics, que es trobaran dintre la càmera climàtica de Elausa, sotmesos a diferents condicions de temperatura, per tal de rebre l’homologació del circuit. El sistema haurà de poder mostrar les dades adquirides en temps real, i emmagatzemar-les en un PC que estarà ubicat en una oficina, situada a uns 30 m de distància de la sala on es farà el test. El sistema constarà d’un circuit electrònic que adquirirà, i condicionarà el senyal de sortida dels termoparells, per adaptar-lo a la tensió d’entrada d’un convertidor analògic digital, del microcontrolador integrat en aquesta placa. Seguidament aquesta informació, s’enviarà a través d’un mòdul transmissor de radiofreqüència, cap al PC on es visualitzaran les dades adquirides. Els objectius plantejats són els següents: - Dissenyar el circuit electrònic d’adquisició i condicionament del senyal. - Dissenyar, fabricar i muntar el circuit imprès de la placa d’adquisició. - Realitzar el programa de control del microcontrolador. - Realitzar el programa per presentar i desar les dades en un PC. - El sistema ha d’adquirir 2 temperatures, a través de Termoparells amb un rang d’entrada de -40ºC a +240ºC - S’ha de transmetre les dades via R.F. Els resultats del projecte han estat satisfactoris i s’han complert els objectius plantejats.