Robot Manipulator Systems: Analysis and Control

Manipulator systems are rather complex and highly nonlinear which makes difficult their analysis and control. Classic system theory is veil known, however it is inadequate in the presence of strong nonlinear dynamics. Nonlinear controllers produce good results [1] and work has been done e. g. relating the manipulator nonlinear dynamics with frequency response [2–5]. Nevertheless, given the complexity of the problem, systematic methods which permit to draw conclusions about stability, imperfect modelling effects, compensation requirements, etc. are still lacking. In section 2 we start by analysing the variation of the poles and zeros of the descriptive transfer functions of a robot manipulator in order to motivate the development of more robust (and computationally efficient) control algorithms. Based on this analysis a new multirate controller which is an improvement of the well known “computed torque controller” [6] is announced in section 3. Some research in this area was done by Neuman [7,8] showing tbat better robustness is possible if the basic controller structure is modified. The present study stems from those ideas, and attempts to give a systematic treatment, which results in easy to use standard engineering tools. Finally, in section 4 conclusions are presented.

Recursive neuro fuzzy techniques for online identification and control

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Assessing self-organization and emergence in Evolvable Assembly Systems (EAS)

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

eVentos 2 - Autonomous sailboat control

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Lightweight robust behavior industrial agent methodology

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Conceção técnica e avaliação económica de um veículo solar para venda de produtos refrigerados

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Mecânica

RADIC II: a fault tolerant architecture with flexible dynamic redundancy

The demand for computational power has been leading the improvement of the High Performance Computing (HPC) area, generally represented by the use of distributed systems like clusters of computers running parallel applications. In this area, fault tolerance plays an important role in order to provide high availability isolating the application from the faults effects. Performance and availability form an undissociable binomial for some kind of applications. Therefore, the fault tolerant solutions must take into consideration these two constraints when it has been designed. In this dissertation, we present a few side-effects that some fault tolerant solutions may presents when recovering a failed process. These effects may causes degradation of the system, affecting mainly the overall performance and availability. We introduce RADIC-II, a fault tolerant architecture for message passing based on RADIC (Redundant Array of Distributed Independent Fault Tolerance Controllers) architecture. RADIC-II keeps as maximum as possible the RADIC features of transparency, decentralization, flexibility and scalability, incorporating a flexible dynamic redundancy feature, allowing to mitigate or to avoid some recovery side-effects.

Desarrollo y aplicación de estrategias de control avanzado en procesos biológicos de tratamiento de efluentes contaminados

En este proyecto se ha desarrollado estrategias de control avanzadas para plantas de depuración de aguas residuales urbanas que eliminan conjuntamente materia orgánica, nitrógeno y fósforo. Las estrategias se han basado en el estudio multivariable del comportamiento del sistema, que ha producido subsidios para la utilización de lazos de control feedforward, de control predictivo y de un control de costes que automáticamente enviaba las consignas más adecuadas para los controladores de proceso. Para el desarrollo de las estrategias, se ha creado un sistema virtual de simulación (simulador) de plantas de depuradoras, basado en datos de literatura. Para el caso de una planta real, se ha desarrollado un simulador de la planta de Manresa (Catalunya). Sin embargo, el sistema de Manresa se ha utilizado exclusivamente para auxiliar los ingenieros de la planta en la tomada de decisiones de cambio de configuración para que la eliminación de fósforo se dé por la ruta biológica y no por la ruta química. La implementación de los simuladores ha permitido hacer muchas pruebas que en una planta real demandarían mucho tiempo y consumirían muchos recursos energéticos y financieros. Las estrategias de control más elaboradas han podido ahorrar hasta 150.000,00 Euros por año en relación a la operación de la planta sin el control automático. Cuanto a los estudios del modelo de la planta real, se concluyó que la eliminación biológica de fósforo puede sustituir el actual proceso químico de eliminación de fósforo, bajando los costes operacionales (costes del agente precipitante).

Utilització del robot mòbil com a eina d'aprenentatge en ensenyaments tècnics

En aquest Projecte de Millora de la Qualitat Docent es descriu el disseny, la construcció i la utilització d’un robot mòbil com a eina docent en titulacions d’Enginyeria. El robot mòbil té com a element de control un PC portàtil convencional per tal de facilitar el procés d’aprenentatge de l’alumnat estigui centrat en l’objectiu de les pràctiques i no en el funcionament i control del robot. A més a més, el robot disposa d’un elevat nombre de sensors i actuadors per tal d’oferir un elevat grau d’interdisciplinaritat.

Succession and Abundance of Staphylinidae in Cattle Dung in Uberlândia, Brazil

Fimicolous Staphylinidae prey on rearing dipterous in cattle dung, acting as their natural controllers, including pests such as horn fly. To survey the abundance and succession of these coleopterans in cattle dung deposited in pasture, six experiments were conducted from March to October 1995 in Uberlândia, State of Minas Gerais, Brazil. Cattle dung pats were exposed at a pasture for 1 hr, 8 hr, 24 hr, 2, 3, 7 and 10 days and were than taken to laboratory separate from each other, for Staphylinidae extraction. A total of 156 dung pats were exposed at pasture, from which 6225 Staphylinidae were recovered. Representing at least 30 species. Staphylinidae sp.1 (29.6%), Philonthus flavolimbatus (22.2%), Heterothops sp.1 (16.6%), Oxytelus sp.2 (7.6%), Aleochara sp.2 (7.6%) and Criptobium sp.1 (4.4%) were the most abundant, representing 87.8% from the total. The increased frequency of the majority of these species along the dung exposition time at pasture, indicated tha, they would be preying on at all the immature stages of the dipterous, or eggs and first instar larvae of species that lay eggs on the dung after its second exposition day at the pasture

RADIC: un middleware de tolerancia a fallos que preserva el rendimiento

La tolerancia a fallos es una línea de investigación que ha adquirido una importancia relevante con el aumento de la capacidad de cómputo de los súper-computadores actuales. Esto es debido a que con el aumento del poder de procesamiento viene un aumento en la cantidad de componentes que trae consigo una mayor cantidad de fallos. Las estrategias de tolerancia a fallos actuales en su mayoría son centralizadas y estas no escalan cuando se utiliza una gran cantidad de procesos, dado que se requiere sincronización entre todos ellos para realizar las tareas de tolerancia a fallos. Además la necesidad de mantener las prestaciones en programas paralelos es crucial, tanto en presencia como en ausencia de fallos. Teniendo en cuenta lo citado, este trabajo se ha centrado en una arquitectura tolerante a fallos descentralizada (RADIC – Redundant Array of Distributed and Independant Controllers) que busca mantener las prestaciones iniciales y garantizar la menor sobrecarga posible para reconfigurar el sistema en caso de fallos. La implementación de esta arquitectura se ha llevado a cabo en la librería de paso de mensajes denominada Open MPI, la misma es actualmente una de las más utilizadas en el mundo científico para la ejecución de programas paralelos que utilizan una plataforma de paso de mensajes. Las pruebas iniciales demuestran que el sistema introduce mínima sobrecarga para llevar a cabo las tareas correspondientes a la tolerancia a fallos. MPI es un estándar por defecto fail-stop, y en determinadas implementaciones que añaden cierto nivel de tolerancia, las estrategias más utilizadas son coordinadas. En RADIC cuando ocurre un fallo el proceso se recupera en otro nodo volviendo a un estado anterior que ha sido almacenado previamente mediante la utilización de checkpoints no coordinados y la relectura de mensajes desde el log de eventos. Durante la recuperación, las comunicaciones con el proceso en cuestión deben ser retrasadas y redirigidas hacia la nueva ubicación del proceso. Restaurar procesos en un lugar donde ya existen procesos sobrecarga la ejecución disminuyendo las prestaciones, por lo cual en este trabajo se propone la utilización de nodos spare para la recuperar en ellos a los procesos que fallan, evitando de esta forma la sobrecarga en nodos que ya tienen trabajo. En este trabajo se muestra un diseño propuesto para gestionar de un modo automático y descentralizado la recuperación en nodos spare en un entorno Open MPI y se presenta un análisis del impacto en las prestaciones que tiene este diseño. Resultados iniciales muestran una degradación significativa cuando a lo largo de la ejecución ocurren varios fallos y no se utilizan spares y sin embargo utilizándolos se restablece la configuración inicial y se mantienen las prestaciones.

Controladores PI con acción de reset

El control automàtic exerceix un paper important en molts processos de la industria. Cada un dels sistemes de control requereix d’un controlador, la majoria dels quals són del tipus PI. L’objectiu d’aquest projecte es investigar tècniques que permetin superar les limitacions que tenen els controladors PI lineals. En la resposta d’un sistema de control es poden distingir dues tasques diferents: El seguiment a un canvi d’entrada o consigna correspon a la tasca de servo, mentre que el rebuig a pertorbacions correspon a la tasca de regulatori. Al típic esquema de control realimentat, aquestes dues tasques estan enfrontades, és a dir, una millora a la tasca de servo implica un empitjorament a la tasca de regulatori i a l’inversa. Això suposa un problema al rendiment del sistema, així com la necessitat d’establir un cert compromís entre les dues tasques. El que es pretén en aquest projecte es implementar senzilles regles de control no lineal amb la finalitat de millorar el rendiment del sistema i evitar la necessitat d’establir un compromís entre les dues tasques. Així, es pretén superar les limitacions que aquest té, obtenint controladors PI alternatius fàcilment sintetitzables.

Genome-wide mRNA expression correlates of viral control in CD4+ T-cells from HIV-1-infected individuals.

There is great interindividual variability in HIV-1 viral setpoint after seroconversion, some of which is known to be due to genetic differences among infected individuals. Here, our focus is on determining, genome-wide, the contribution of variable gene expression to viral control, and to relate it to genomic DNA polymorphism. RNA was extracted from purified CD4+ T-cells from 137 HIV-1 seroconverters, 16 elite controllers, and 3 healthy blood donors. Expression levels of more than 48,000 mRNA transcripts were assessed by the Human-6 v3 Expression BeadChips (Illumina). Genome-wide SNP data was generated from genomic DNA using the HumanHap550 Genotyping BeadChip (Illumina). We observed two distinct profiles with 260 genes differentially expressed depending on HIV-1 viral load. There was significant upregulation of expression of interferon stimulated genes with increasing viral load, including genes of the intrinsic antiretroviral defense. Upon successful antiretroviral treatment, the transcriptome profile of previously viremic individuals reverted to a pattern comparable to that of elite controllers and of uninfected individuals. Genome-wide evaluation of cis-acting SNPs identified genetic variants modulating expression of 190 genes. Those were compared to the genes whose expression was found associated with viral load: expression of one interferon stimulated gene, OAS1, was found to be regulated by a SNP (rs3177979, p = 4.9E-12); however, we could not detect an independent association of the SNP with viral setpoint. Thus, this study represents an attempt to integrate genome-wide SNP signals with genome-wide expression profiles in the search for biological correlates of HIV-1 control. It underscores the paradox of the association between increasing levels of viral load and greater expression of antiviral defense pathways. It also shows that elite controllers do not have a fully distinctive mRNA expression pattern in CD4+ T cells. Overall, changes in global RNA expression reflect responses to viral replication rather than a mechanism that might explain viral control.

Semiactive backstepping control for vibration attenuation in structures equipped with magnetorheological actuatorscat

This paper deals with the problem of semiactive vibration control of civil engineering structures subject to unknown external disturbances (for example, earthquakes, winds, etc.). Two kinds of semiactive controllers are proposed based on the backstepping control technique. The experimental setup used is a 6-story test structure equipped with shear-mode semiactive magnetorheological dampers being installed in the Washington University Structural Control and Earthquake Engineering Laboratory (WUSCEEL). The experimental results obtained have verified the effectiveness of the proposed control algorithms

QFT control for vibration reduction in structures equipped with MR dampers

This short paper addresses the problem of designing a QFT (quantitative feedback theory) based controllers for the vibration reduction in a 6-story building structure equipped with shear-mode magnetorheological dampers. A new methodology is proposed for characterizing the nonlinear hysteretic behavior of the MR damper through the uncertainty template in the Nichols chart. The design procedure for QFT control design is briefly presented