Diseño e implementación de un controlador de velocidad PID multivariable para un robot con configuración de triciclo

La robótica móvil constituye un área de desarrollo y explotación de interés creciente. Existen ejemplos de robótica móvil de relevancia destacada en el ámbito industrial y se estima un fuerte crecimiento en el terreno de la robótica de servicios. En la arquitectura software de todos los robots móviles suelen aparecer con frecuencia componentes que tienen asignadas competencias de gobierno, navegación, percepción, etcétera, todos ellos de importancia destacada. Sin embargo, existe un elemento, difícilmente prescindible en este tipo de robots, el cual se encarga del control de velocidad del dispositivo en sus desplazamientos. En el presente proyecto se propone desarrollar un controlador PID basado en el modelo y otro no basado en el modelo. Dichos controladores deberán operar en un robot con configuración de triciclo disponible en el Departamento de Sistemas Informáticos y deberán por tanto ser programados en lenguaje C para ejecutar en el procesador digital de señal destinado para esa actividad en el mencionado robot (dsPIC33FJ128MC802). ABSTRACT Mobile robotics constitutes an area of development and exploitation of increasing interest. There are examples of mobile robotics of outstanding importance in industry and strong growth is expected in the field of service robotics. In the software architecture of all mobile robots usually appear components which have assigned competences of government, navigation, perceptionetc., all of them of major importance. However, there is an essential element in this type of robots, which takes care of the speed control. The present project aims to develop a model-based and other non-model-based PID controller. These controllers must operate in a robot with tricycle settings, available from the Department of Computing Systems, and should therefore be programmed in C language to run on the digital signal processor dedicated to that activity in the robot (dsPIC33FJ128MC802).

Estudo e implementação de sinais de excitação aplicados em identificação de sistemas multivariáveis.

Devido à crescente implementação do Controle Preditivo baseado em Modelo (MPC) em outros processos além de refino e plantas petroquímicas, que geralmente possuem múltiplas entradas e saídas, tem-se um aumento na demanda de modelos gerados por identificação de sistemas. Identificar modelos que representem fielmente a dinâmica do processo depende em grande medida das características dos sinais de excitação dos processos. Assim, o foco deste trabalho é realizar um estudo dos sinais típicos usados em identificação de sistemas, PRBS e GBN, em uma abordagem multivariável. O estudo feito neste trabalho parte das características da geração dos sinais individualmente, depois é feita uma análise de correlação cruzada dos sinais de entrada, observando a influência desta sobre os resultados de identificação. Evitar uma alta correlação entre os sinais de entrada permite determinar o efeito de cada entrada sobre a saída no processo de identificação. Um ponto importante no projeto de sinais de identificação de sistemas multivariáveis é a frequência dos mesmos para conseguir excitar os processos nas regiões de frequência de operação normal e assim extrair a maior informação dinâmica possível do processo. As características estudadas são avaliadas por meio de testes em três plantas simuladas diferentes, categorizadas como mal, medianamente e bem condicionadas. Estas implementações foram feitas usando sinais GBN e PRBS de diferentes frequências. Expressões para a caracterização dos sinais de excitação foram avaliadas identificando os processos em malha aberta e malha fechada. Para as plantas mal condicionadas foram implementados sinais compostos por uma parte completamente correlacionada e uma parte não-correlacionada, conhecido como método de dois passos. Finalmente são realizados experimentos de identificação em uma aplicação em tempo real de uma planta piloto de neutralização de pH. Os testes realizados na planta foram feitos visando avaliar os estudos de frequência e correlação em uma aplicaficção real. Os resultados mostram que a condição de sinais completamente descorrelacionados n~ao deve ser cumprida para ter bons resultados nos modelos identificados. Isto permite ter mais exibilidade na geração do conjunto de sinais de excitação.

Robust multivariable control of complex biological processes

This paper addresses advanced control of a biological nutrient removal (BNR) activated sludge process. Based on a previously validated distributed parameter model of the BNR activated sludge process, we present robust multivariable controller designs for the process, involving loop shaping of plant model, robust stability and performance analyses. Results from three design case studies showed that a multivariable controller with stability margins of 0.163, 0.492 and 1.062 measured by the normalised coprime factor, multiplicative and additive uncertainties respectively give the best results for meeting performance robustness specifications. The controller robustly stabilises effluent nutrients in the presence of uncertainties with the behaviour of phosphorus accumulating organisms as well as to effectively attenuate major disturbances introduced as step changes. This study also shows that, performance of the multivariable robust controller is superior to multi-loops SISO PI controllers for regulating the BNR activated sludge process in terms of robust stability and performance and controlling the process using inlet feed flowrate is infeasible. (C) 2003 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Mathematical modelling and optimal multivariable control of chemical processes

This work reports the developnent of a mathenatical model and distributed, multi variable computer-control for a pilot plant double-effect climbing-film evaporator. A distributed-parameter model of the plant has been developed and the time-domain model transformed into the Laplace domain. The model has been further transformed into an integral domain conforming to an algebraic ring of polynomials, to eliminate the transcendental terms which arise in the Laplace domain due to the distributed nature of the plant model. This has made possible the application of linear control theories to a set of linear-partial differential equations. The models obtained have well tracked the experimental results of the plant. A distributed-computer network has been interfaced with the plant to implement digital controllers in a hierarchical structure. A modern rnultivariable Wiener-Hopf controller has been applled to the plant model. The application has revealed a limitation condition that the plant matrix should be positive-definite along the infinite frequency axis. A new multi variable control theory has emerged fram this study, which avoids the above limitation. The controller has the structure of the modern Wiener-Hopf controller, but with a unique feature enabling a designer to specify the closed-loop poles in advance and to shape the sensitivity matrix as required. In this way, the method treats directly the interaction problems found in the chemical processes with good tracking and regulation performances. Though the ability of the analytical design methods to determine once and for all whether a given set of specifications can be met is one of its chief advantages over the conventional trial-and-error design procedures. However, one disadvantage that offsets to some degree the enormous advantages is the relatively complicated algebra that must be employed in working out all but the simplest problem. Mathematical algorithms and computer software have been developed to treat some of the mathematical operations defined over the integral domain, such as matrix fraction description, spectral factorization, the Bezout identity, and the general manipulation of polynomial matrices. Hence, the design problems of Wiener-Hopf type of controllers and other similar algebraic design methods can be easily solved.

Application of multivariable control using artificial neural networks in a debutanizer distillation column

LOPES, Jose Soares Batista et al. Application of multivariable control using artificial neural networks in a debutanizer distillation column.In: INTERNATIONAL CONGRESS OF MECHANICAL ENGINEERING - COBEM, 19, 5-9 nov. 2007, Brasilia. Anais... Brasilia, 2007

Caracterización de las oscilaciones del centro de presión en el control postural, mediante métodos procedentes de la teoría de sistemas complejos no lineales

Programa de doctorado: Praxiología motriz, educación física y entrenamiento deportivo. La fecha de publicación es la fecha de lectura

Application of multivariable control using artificial neural networks in a debutanizer distillation column

LOPES, Jose Soares Batista et al. Application of multivariable control using artificial neural networks in a debutanizer distillation column.In: INTERNATIONAL CONGRESS OF MECHANICAL ENGINEERING - COBEM, 19, 5-9 nov. 2007, Brasilia. Anais... Brasilia, 2007

Control de asistencia basado en reconocimiento robusto de fiducials: aplicación para sistemas de sobremesa

El objetivo de este trabajo ha sido el diseño y la implementación de una aplicación de escritorio para el control de la asistencia mediante el reconocimiento robusto de fiducials. La idea principal es que este sistema sea fiable y robusto y que nos permita ahorrar tiempo en el proceso de control de la asistencia. Para ello se ha diseñado un sistema que consta de dos partes, por un lado la aplicación de escritorio que haciendo uso de una webcam reconoce los fiducials y marca la asistencia del alumno en un hoja de cálculo de Google Drive y por otro lado una aplicación para dispositivos Android que genera un marcador a partir del NIU de cada alumno.

Plan promocional para incentivar la adquisición y uso de la certificación en sistemas de gestión en control y seguridad para las empresas exportadoras en El Salvador. Caso ilustrativo.

El plan promocional comprende el establecimiento y desarrollo de elementos promocionales que se aplican sobre un producto y/o servicio para su lanzamiento, posicionamiento o reposicionamiento, según sea el requerimiento de la empresa; su aplicación es necesaria para poder aumentar la participación de mercado, pero para esto es indispensable seleccionar y establecer una serie de estrategias que se tomaran de las necesidades del mercado meta, para después poder persuadirlo. BASC El Salvador, es una organización que promueve una certificación voluntaria que busca y apoya el fortalecimiento de los estándares de seguridad y protección del comercio internacional mediante un Sistema de Gestión en Control y Seguridad (SGCS). El objetivo primordial de la certificación en sistemas de gestión en control y seguridad, es promover dentro de sus asociados el desarrollo y ejecución de acciones preventivas destinadas a evitar el contrabando de mercancías, narcotráfico, lavado de dinero y terrorismo a través del comercio internacional seguro. La razón principal para promover este tipo de certificación, es que en la actualidad la mayoría de las empresas exportadoras no cuentan con un sistema de gestión en control y seguridad que les permita certificar los procesos, principalmente dentro de la empresa, y que garantice la trazabilidad de la mercancía que exporta, desde el primer eslabón de la cadena de suministros hasta que la mercancía llegue a su destino previniendo riesgos de narcotráfico, contrabando de mercancías, terrorismo y lavado de dinero. El objetivo principal de la elaboración del plan promocional es lograr incrementar la venta, por medio de incentivar la adquisición y el uso de la certificación en sistemas de gestión en control y seguridad para el rubro de empresas exportadoras, debido a que este es el mercado objetivo de la organización. El capítulo I toma el punto de partida definiendo los principales conceptos utilizados en su desarrollo, para facilitar la comprensión de la temática además se presenta la estructura del plan promocional, describiendo cada elemento que lo compone; es importante hablar de comercio exterior y Business Alliance for Secure Commerce - BASC, ya que, estos son elementos claves para entender la investigación. En el capítulo II se encuentra la metodología de la investigación, en la cual incluye la elaboración del instrumento de investigación que utilizado para la determinación de planes y estrategias, se determina la muestra y las unidades de análisis utilizadas para recopilar datos que han ayudado a realizar un análisis que presenten aspectos relevantes y necesarios para la elaboración de las estrategias del plan promocional para incentivar la adquisición y el uso de la certificación en sistemas de gestión en control y seguridad. El capítulo III presenta las propuestas que se han elaborado basándose en la investigación de campo, en la que se determinaron estrategias que ayuden a solucionar la problemática de la investigación por medio de la implementación de un plan promocional.

Desarrollo de arquitecturas para procesamiento de control de la mirada en sistemas de visión activa con resolución espacial variable

En esta tesis se aborda la implementación de un sistema completo de visión activa, en el que se capturan y generan imágenes de resolución espacial variable. Todo el sistema se integra en un sólo dispositivo del tipo AP SoC (All Programmable System on Chip), lo que nos permite llevar a cabo el codiseño hardware-software del mismo, implementando en la parte lógica los bloques de preprocesado intensivo, y en la parte software los algoritmos de procesado de control más complejo. El objetivo es que, trabajando con un campo visual del orden de Megapíxeles, se pueda procesar una tasa moderada de imágenes por segundo. Las imágenes multiresolución se generan a partir de sensores de resolución uniforme con una latencia nula, lo que permite tener preparada la imagen de resolución variable en el mismo instante en que se ha terminado de capturar la imagen original. Como innovación con respecto a las primeras contribuciones relacionadas con esta Tesis, se procesan imágenes con toda la información de color. Esto implica la necesidad de diseñar conversores entre espacios de color distintos, para adecuar la información al tipo de procesado que se va a realizar con ella. Estos bloques se integran sin alterar la latencia de entrega de los sucesivos fotogramas. El procesamiento de estas imágenes multirresolución genera un mapa de saliencia que permite mover la fóvea hacía la región considerada como más relevante en la escena. El contenido de la imagen se estructura en una jerarquía de niveles de abstracción. A diferencia de otras arquitecturas de este tipo, como son la pirámide regular y el polígono foveal, en las que se trabaja con imágenes de resolución uniforme en los distintos niveles de la jerarquía, la pirámide irregular foveal que se propone en esta tesis combina las ideas de trabajar con una imagen realmente multirresolución, que incluya el campo de visión completo que abarcan sensor y óptica, con el procesamiento jerárquico propio de las pirámides irregulares. Para ello en esta tesis se propone la implementación de un algoritmo de diezmado irregular que, tomando como base la imagen multirresolución, dará como resultado una estructura piramidal donde los distintos niveles no son imágenes sino grafos orientados a la resolución del problema de segmentación y estimación de saliencia. Todo el sistema se integra en torno a la arquitectura de bus AXI, que permite conectar entre si todos los cores desarrollados en la parte lógica, así como el acceso a la memoria compartida con los algoritmos implementados en la parte software. Esto es posible gracias a los bloques de acceso directo a memoria AXI-VDMA, en una propuesta de configuración que permite tanto la integración perfectamente coordinada de la transferencia de la imagen multirresolución generada a la zona de trabajo del algoritmo de segmentación como su recuperación para la posterior visualización del resultado del proceso, y todo ello con una tasa de trabajo que mejora los resultados de plataformas similares.

Control de la salinización del suelo mediante sistemas de drenes en producciones intensivas de cultivos bajo cubierta

Los suelos en los cuales se desarrolla la actividad hortícola en el Gran La Plata presentan como limitante natural restricciones en el drenaje debido a la presencia de elevada cantidad de arcillas desde superficie (expansivas en alta proporción). Estas características edáficas, junto a la calidad del agua de riego, y al excesivo aporte de enmiendas y fertilizantes, conducen a la ocurrencia de procesos degradativos tales como, salinización, alcalinización, anegamiento, mayor incidencia de plagas, y efectos sobre el cultivo. Se tuvo como objetivo estudiar la eficiencia de drenes subsuperficiales en el control de la salinidad-alcalinidad de un suelo Hapludert típico con cultivos protegidos, que presentaba en promedio pH 8,25; CE 4,45 dS.m-1; RAS 22, aunque con amplia variabilidad. Se comparan dos tratamientos con drenes (T1 10cm y T2 15cm de diámetro), un tratamiento con yeso (T3) y un testigo. Se evaluó el suelo y el cultivo de pimiento "Capsicum annuum" durante 3 años (2009-2011). Los drenes subsuperficiales condujeron a una homogenización de todo el sitio de estudio y evitaron la ocurrencia de pulsos salinos característicos de estos sistemas productivos, sin ocasionar cambios significativos en la RAS, la cual se mantuvo en los valores dados por el agua de riego. El diámetro del dren no influyó de una manera significativa. El yeso presentó mejoras temporales en la salinidad-alcalinidad, pero no condujo a una mejora permanente del sitio. El desarrollo fenológico y rendimiento del cultivo en los tratamientos fue mejor que en el testigo en los años evaluados. Los tratamientos con drenes se diferenciaron significativamente del yeso en 2009 (P 0,01). El distanciamiento entre drenes (5m), resultó suficiente como para mejorar todo el invernáculo (460m2).

Cómo los equipos de dirección usan los sistemas de información y control en la gestión hospitalaria

Objetivo: Analizar la relación entre las características de los equipos de dirección y el uso diferenciado de los sistemas de información y control de la gestión (SICG), así como el efecto de tales sistemas en la cooperación y la coordinación de actividades en los hospitales públicos. Métodos: Los datos se recogieron mediante un cuestionario enviado individualmente a los miembros del equipo de dirección de 231 hospitales públicos españoles (director/a gerente, director/a médico, director/a de enfermería y director/a de asuntos sociales y económicos). Se recibieron 457 respuestas válidas, con las cuales se formaron 86 equipos de dirección completos (37,23%). Resultados: Un equipo de dirección con diversidad de características está relacionado positivamente con un uso interactivo de los SICG. Los equipos directivos más jóvenes y de mayor antigüedad usaron interactivamente los SICG. Los equipos de dirección con formación y experiencia clínica también usaron los SICG interactivamente; sin embargo, los equipos con formación y experiencia predominantemente administrativas usaron los SICG de forma diagnóstica. Los resultados también muestran que la cooperación y la coordinación en los hospitales se relacionan positivamente con un uso interactivo de los SICG y negativamente con un uso diagnóstico de los SICG. Conclusión: El uso interactivo de los SICG es un mediador importante de la relación entre la diversidad del equipo de dirección y el fomento de políticas de cooperación y coordinación en los hospitales. Los equipos con diversidad de características (p. ej., edad, antigüedad, educación y experiencia) tienden a usar los sistemas de información de la gestión de forma interactiva para mejorar la coordinación de actividades y la asignación de recursos en los hospitales.

Control para sistemas LPV basado en la parametrización de controladores estabilizantes

Este trabajo se enfoca en el estudio del control de sistemas Multi-Entrada Multi-Salida (MIMO) Lineales con Parámetros Variantes en el Tiempo (LPV). Los parámetros son medibles y permanecen dentro de cotas conocidas. El control por retroalimentación de salida garantiza estabilidad cuadrática (QS) y desempeño, mediante el Teorema de los vértices y el Lema de Cota Real (BRL). Se proponen condiciones para que el sistema retroalimentado sea convexo cuando se utilizan controladores estabilizantes en cada vértice. El controlador LPV resulta de la interpolación de estos controladores, y se estudia la relación entre la estabilidad y el desempeño del control de los vértices, y la estabilidad y desempeño del sistema LPV. Además, se da una forma explícita del parámetro libre de la Parametrización de Todos los Controladores Estabilizantes (PTCE) que resuelve un criterio de sensibilidad mezclada cuando se tiene un modelo de incertidumbre aditivo a la salida. Los resultados se aplican a un robot planar rotacional de dos grados de libertad, a un motor de CD y a un sistema de dos masas.