Semiactive control strategies for vibration mitigation in adaptronic structures equipped with magnetorheological dampers

Los sistemas tales como edificios y veh¨ªculos est¨¢n sujetos a vibraciones que pueden causar mal funcionamiento, incomodidad o colapso. Para mitigar estas vibraciones, se suelen instalar amortiguadores. Estas estructuras se convierten en sistemas adaptr¨®nicos cuando los amortiguadores son controlables. Esta tesis se enfoca en la soluci¨®n del problema de vibraciones en edificios y veh¨ªculos usando amortiguadores magnetoreol¨®gicos (MR). Estos son unos amortiguadores controlables caracterizados por una din¨¢mica altamente no lineal. Adem¨¢s, los sistemas donde se instalan se caracterizan por la incertidumbre param¨¦trica, la limitaci¨®n de medidas y las perturbaciones desconocidas, lo que obliga al uso de t¨¦cnicas complejas de control. En esta tesis se usan Backstepping, QFT y H2/H¡Þ mixto para resolver el problema. Las leyes de control se verifican mediante simulaci¨®n y experimentaci¨®n.

Estudio de la aplicación de sistemas basados en el conocimiento a la operación de una planta de tratamiento de residuos sólidos urbanos por valorización energética

Una de las actuaciones posibles para la gestión de los residuos sólidos urbanos es la valorización energética, es decir la incineración con recuperación de energía. Sin embargo es muy importante controlar adecuadamente el proceso de incineración para evitar en lo posible la liberación de sustancias contaminantes a la atmósfera que puedan ocasionar problemas de contaminación industrial.Conseguir que tanto el proceso de incineración como el tratamiento de los gases se realice en condiciones óptimas presupone tener un buen conocimiento de las dependencias entre las variables de proceso. Se precisan métodos adecuados de medida de las variables más importantes y tratar los valores medidos con modelos adecuados para transformarlos en magnitudes de mando. Un modelo clásico para el control parece poco prometedor en este caso debido a la complejidad de los procesos, la falta de descripción cuantitativa y la necesidad de hacer los cálculos en tiempo real. Esto sólo se puede conseguir con la ayuda de las modernas técnicas de proceso de datos y métodos informáticos, tales como el empleo de técnicas de simulación, modelos matemáticos, sistemas basados en el conocimiento e interfases inteligentes. En [Ono, 1989] se describe un sistema de control basado en la lógica difusa aplicado al campo de la incineración de residuos urbanos. En el centro de investigación FZK de Karslruhe se están desarrollando aplicaciones que combinan la lógica difusa con las redes neuronales [Jaeschke, Keller, 1994] para el control de la planta piloto de incineración de residuos TAMARA. En esta tesis se plantea la aplicación de un método de adquisición de conocimiento para el control de sistemas complejos inspirado en el comportamiento humano. Cuando nos encontramos ante una situación desconocida al principio no sabemos como actuar, salvo por la extrapolación de experiencias anteriores que puedan ser útiles. Aplicando procedimientos de prueba y error, refuerzo de hipótesis, etc., vamos adquiriendo y refinando el conocimiento, y elaborando un modelo mental. Podemos diseñar un método análogo, que pueda ser implementado en un sistema informático, mediante el empleo de técnicas de Inteligencia Artificial.Así, en un proceso complejo muchas veces disponemos de un conjunto de datos del proceso que a priori no nos dan información suficientemente estructurada para que nos sea útil. Para la adquisición de conocimiento pasamos por una serie de etapas: - Hacemos una primera selección de cuales son las variables que nos interesa conocer. - Estado del sistema. En primer lugar podemos empezar por aplicar técnicas de clasificación (aprendizaje no supervisado) para agrupar los datos y obtener una representación del estado de la planta. Es posible establecer una clasificación, pero normalmente casi todos los datos están en una sola clase, que corresponde a la operación normal. Hecho esto y para refinar el conocimiento utilizamos métodos estadísticos clásicos para buscar correlaciones entre variables (análisis de componentes principales) y así poder simplificar y reducir la lista de variables. - Análisis de las señales. Para analizar y clasificar las señales (por ejemplo la temperatura del horno) es posible utilizar métodos capaces de describir mejor el comportamiento no lineal del sistema, como las redes neuronales. Otro paso más consiste en establecer relaciones causales entre las variables. Para ello nos sirven de ayuda los modelos analíticos - Como resultado final del proceso se pasa al diseño del sistema basado en el conocimiento. El objetivo principal es aplicar el método al caso concreto del control de una planta de tratamiento de residuos sólidos urbanos por valorización energética. En primer lugar, en el capítulo 2 Los residuos sólidos urbanos, se trata el problema global de la gestión de los residuos, dando una visión general de las diferentes alternativas existentes, y de la situación nacional e internacional en la actualidad. Se analiza con mayor detalle la problemática de la incineración de los residuos, poniendo especial interés en aquellas características de los residuos que tienen mayor importancia de cara al proceso de combustión.En el capítulo 3, Descripción del proceso, se hace una descripción general del proceso de incineración y de los distintos elementos de una planta incineradora: desde la recepción y almacenamiento de los residuos, pasando por los distintos tipos de hornos y las exigencias de los códigos de buena práctica de combustión, el sistema de aire de combustión y el sistema de humos. Se presentan también los distintos sistemas de depuración de los gases de combustión, y finalmente el sistema de evacuación de cenizas y escorias.El capítulo 4, La planta de tratamiento de residuos sólidos urbanos de Girona, describe los principales sistemas de la planta incineradora de Girona: la alimentación de residuos, el tipo de horno, el sistema de recuperación de energía, y el sistema de depuración de los gases de combustión Se describe también el sistema de control, la operación, los datos de funcionamiento de la planta, la instrumentación y las variables que son de interés para el control del proceso de combustión.En el capítulo 5, Técnicas utilizadas, se proporciona una visión global de los sistemas basados en el conocimiento y de los sistemas expertos. Se explican las diferentes técnicas utilizadas: redes neuronales, sistemas de clasificación, modelos cualitativos, y sistemas expertos, ilustradas con algunos ejemplos de aplicación.Con respecto a los sistemas basados en el conocimiento se analizan en primer lugar las condiciones para su aplicabilidad, y las formas de representación del conocimiento. A continuación se describen las distintas formas de razonamiento: redes neuronales, sistemas expertos y lógica difusa, y se realiza una comparación entre ellas. Se presenta una aplicación de las redes neuronales al análisis de series temporales de temperatura.Se trata también la problemática del análisis de los datos de operación mediante técnicas estadísticas y el empleo de técnicas de clasificación. Otro apartado está dedicado a los distintos tipos de modelos, incluyendo una discusión de los modelos cualitativos.Se describe el sistema de diseño asistido por ordenador para el diseño de sistemas de supervisión CASSD que se utiliza en esta tesis, y las herramientas de análisis para obtener información cualitativa del comportamiento del proceso: Abstractores y ALCMEN. Se incluye un ejemplo de aplicación de estas técnicas para hallar las relaciones entre la temperatura y las acciones del operador. Finalmente se analizan las principales características de los sistemas expertos en general, y del sistema experto CEES 2.0 que también forma parte del sistema CASSD que se ha utilizado.El capítulo 6, Resultados, muestra los resultados obtenidos mediante la aplicación de las diferentes técnicas, redes neuronales, clasificación, el desarrollo de la modelización del proceso de combustión, y la generación de reglas. Dentro del apartado de análisis de datos se emplea una red neuronal para la clasificación de una señal de temperatura. También se describe la utilización del método LINNEO+ para la clasificación de los estados de operación de la planta.En el apartado dedicado a la modelización se desarrolla un modelo de combustión que sirve de base para analizar el comportamiento del horno en régimen estacionario y dinámico. Se define un parámetro, la superficie de llama, relacionado con la extensión del fuego en la parrilla. Mediante un modelo linealizado se analiza la respuesta dinámica del proceso de incineración. Luego se pasa a la definición de relaciones cualitativas entre las variables que se utilizan en la elaboración de un modelo cualitativo. A continuación se desarrolla un nuevo modelo cualitativo, tomando como base el modelo dinámico analítico.Finalmente se aborda el desarrollo de la base de conocimiento del sistema experto, mediante la generación de reglas En el capítulo 7, Sistema de control de una planta incineradora, se analizan los objetivos de un sistema de control de una planta incineradora, su diseño e implementación. Se describen los objetivos básicos del sistema de control de la combustión, su configuración y la implementación en Matlab/Simulink utilizando las distintas herramientas que se han desarrollado en el capítulo anterior.Por último para mostrar como pueden aplicarse los distintos métodos desarrollados en esta tesis se construye un sistema experto para mantener constante la temperatura del horno actuando sobre la alimentación de residuos.Finalmente en el capítulo Conclusiones, se presentan las conclusiones y resultados de esta tesis.

Control and optimization of an SBR for nitrogen removal: from model calibration to plant operation

En aquesta tesis s'ha desenvolupat un sistema de control capaç d'optimitzar el funcionament dels Reactors Discontinus Seqüencials dins el camp de l'eliminació de matèria orgànica i nitrogen de les aigües residuals. El sistema de control permet ajustar en línia la durada de les etapes de reacció a partir de mesures directes o indirectes de sondes. En una primera etapa de la tesis s'ha estudiat la calibració de models matemàtics que permeten realitzar fàcilment provatures de diferents estratègies de control. A partir de l'anàlisis de dades històriques s'han plantejat diferents opcions per controlar l'SBR i les més convenients s'han provat mitjançant simulació. Després d'assegurar l'èxit de l'estratègia de control mitjançant simulacions s'ha implementat en una planta semi-industrial. Finalment es planteja l'estructura d'uns sistema supervisor encarregat de controlar el funcionament de l'SBR no només a nivell de fases sinó també a nivell cicle.

Integration of knowledge-based, qualitative and numeric tools for real time dynamic systems supervision

The proposal presented in this thesis is to provide designers of knowledge based supervisory systems of dynamic systems with a framework to facilitate their tasks avoiding interface problems among tools, data flow and management. The approach is thought to be useful to both control and process engineers in assisting their tasks. The use of AI technologies to diagnose and perform control loops and, of course, assist process supervisory tasks such as fault detection and diagnose, are in the scope of this work. Special effort has been put in integration of tools for assisting expert supervisory systems design. With this aim the experience of Computer Aided Control Systems Design (CACSD) frameworks have been analysed and used to design a Computer Aided Supervisory Systems (CASSD) framework. In this sense, some basic facilities are required to be available in this proposed framework: ·

The Spanish system of food controls - its administration and enforcement

Following a number of major food safety problems in Europe, including in particular the issues of BSE and dioxin, consumers have become increasingly concerned about food safety. This has led authorities in Europe to revise their systems of food control. The establishment of the European Food Safety Authority (EFSA) is one of the main structural changes made at the moment within the European Union, and similar action at national level has been or is being taken by many EU member states. In Spain a law creating the Spanish Agency of Food Safety has been approved. This has general objectives that include the promotion of food security and offering guarantees and the provision of objective information to consumers and food businesses in the Spanish agrifood sector. This paper reviews the general structure of the current food control system in Spain. At a national level this involves three different Ministries. Spain however also has a devolved system involving Autonomous Communities the paper considers Castilla y Leon as an example. In conclusion the paper recognises that Spain has a complex system for food control. and considers that it will take time before a full evaluation of the new system is possible. (C) 2003 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Simplifying Bode's maximum available feedback design

Bode's method for obtaining 'maximum obtainable feedback' is a good example of a nontrivial feedback system design technique, but it is largely overlooked. This paper shows how the associated mathematics can be simplified and linear elements used in its implementation, so as to make it accessible for teaching to undergraduates.

Use of a continuous culture fermentation system to investigate the effect of GanedenBC30 (Bacillus coagulans GBI-30, 6086) supplementation on pathogen survival in the human gut microbiota

Single-stage continuous fermentation systems were employed to examine the effects of GanedenBC30 supplementation on the human gastrointestinal microbiota in relation to pathogen challenge in vitro. Denaturing gradient gel electrophoresis analysis demonstrated that GanedenBC30 supplementation modified the microbial profiles in the fermentation systems compared with controls, with profiles clustering according to treatment. Overall, GanedenBC30 supplementation did not elicit major changes in bacterial population counts in vitro, although notably higher Bcoa191 counts were seen following probiotic supplementation (compared to the controls). Pathogen challenge did not elicit significant modification of the microbial counts in vitro, although notably higher Clit135 counts were seen in the control system post-Clostridium difficile challenge than in the corresponding GanedenBC30-supplemented systems. Sporulation appears to be associated with the anti-microbial activity of GanedenBC30, suggesting that a bi-modal lifecycle of GanedenBC30 in vivo may lead to anti-microbial activity in distal regions of the gastrointestinal tract.

Autonomous ship collision free trajectory navigation and control algorithms

A new autonomous ship collision free (ASCF) trajectory navigation and control system has been introduced with a new recursive navigation algorithm based on analytic geometry and convex set theory for ship collision free guidance. The underlying assumption is that the geometric information of ship environment is available in the form of a polygon shaped free space, which may be easily generated from a 2D image or plots relating to physical hazards or other constraints such as collision avoidance regulations. The navigation command is given as a heading command sequence based on generating a way point which falls within a small neighborhood of the current position, and the sequence of the way points along the trajectory are guaranteed to lie within a bounded obstacle free region using convex set theory. A neurofuzzy network predictor which in practice uses only observed input/output data generated by on board sensors or external sensors (or a sensor fusion algorithm), based on using rudder deflection angle for the control of ship heading angle, is utilised in the simulation of an ESSO 190000 dwt tanker model to demonstrate the effectiveness of the system.

Hardware development of the Yorick series of active vision systems

This paper presents a review of the design and development of the Yorick series of active stereo camera platforms and their integration into real-time closed loop active vision systems, whose applications span surveillance, navigation of autonomously guided vehicles (AGVs), and inspection tasks for teleoperation, including immersive visual telepresence. The mechatronic approach adopted for the design of the first system, including head/eye platform, local controller, vision engine, gaze controller and system integration, proved to be very successful. The design team comprised researchers with experience in parallel computing, robot control, mechanical design and machine vision. The success of the project has generated sufficient interest to sanction a number of revisions of the original head design, including the design of a lightweight compact head for use on a robot arm, and the further development of a robot head to look specifically at increasing visual resolution for visual telepresence. The controller and vision processing engines have also been upgraded, to include the control of robot heads on mobile platforms and control of vergence through tracking of an operator's eye movement. This paper details the hardware development of the different active vision/telepresence systems.

Enhancing model predictive control using dynamic data reconciliation

The use of data reconciliation techniques can considerably reduce the inaccuracy of process data due to measurement errors. This in turn results in improved control system performance and process knowledge. Dynamic data reconciliation techniques are applied to a model-based predictive control scheme. It is shown through simulations on a chemical reactor system that the overall performance of the model-based predictive controller is enhanced considerably when data reconciliation is applied. The dynamic data reconciliation techniques used include a combined strategy for the simultaneous identification of outliers and systematic bias.

Queue-based agent communication architecture for intelligent human-like computer interfaces

Human-like computer interaction systems requires far more than just simple speech input/output. Such a system should communicate with the user verbally, using a conversational style language. It should be aware of its surroundings and use this context for any decisions it makes. As a synthetic character, it should have a computer generated human-like appearance. This, in turn, should be used to convey emotions, expressions and gestures. Finally, and perhaps most important of all, the system should interact with the user in real time, in a fluent and believable manner.

Inverting recurrent neural networks for internal model control of nonlinear systems

In this paper, we show how a set of recently derived theoretical results for recurrent neural networks can be applied to the production of an internal model control system for a nonlinear plant. The results include determination of the relative order of a recurrent neural network and invertibility of such a network. A closed loop controller is produced without the need to retrain the neural network plant model. Stability of the closed-loop controller is also demonstrated.

Incorporating HACCP into national food control systems - Analyzing progress in the United Arab Emirates

Today governments and other parties involved in food control are under constant pressure to find more efficient and effective mechanisms to carry out their mandates for food control. This has led to international recognition of the importance of the HACCP system as a food control tool and guidance on the role of government agencies in the application of such a system has been developed. Based on this international guidance, four main elements identified as key activities have been used in this study to evaluate the progress of HACCP implementation in the UAE. The internal Strengths and Weaknesses, as well as the external Opportunities and Threats that the government is facing towards the implementation of a HACCP-based food control system have been identified. The analysis shows that the government’s dedicated role has been an essential driving force to encourage the implementation of a HACCP-based food control system. Some areas of difficulty, including the dependence on high levels of food imports, are highlighted.

Coping with delays for real-time gaze control (The Fall and Rise of the Smiths Regulator)

In this paper we describe how to cope with the delays inherent in a real time control system for a steerable stereo head/eye platform. A purposive and reactive system requires the use of fast vision algorithms to provide the controller with the error signals to drive the platform. The time-critical implementation of these algorithms is necessary, not only to enable short latency reaction to real world events, but also to provide sufficiently high frequency results with small enough delays that controller remain stable. However, even with precise knowledge of that delay, nonlinearities in the plant make modelling of that plant impossible, thus precluding the use of a Smith Regulator. Moreover, the major delay in the system is in the feedback (image capture and vision processing) rather than feed forward (controller) loop. Delays ranging between 40msecs and 80msecs are common for the simple 2D processes, but might extend to several hundred milliseconds for more sophisticated 3D processes. The strategy presented gives precise control over the gaze direction of the cameras despite the lack of a priori knowledge of the delays involved. The resulting controller is shown to have a similar structure to the Smith Regulator, but with essential modifications.

Robust eigenstructure assignment in quadratic matrix polynomials: nonsingular case

Feedback design for a second-order control system leads to an eigenstructure assignment problem for a quadratic matrix polynomial. It is desirable that the feedback controller not only assigns specified eigenvalues to the second-order closed loop system but also that the system is robust, or insensitive to perturbations. We derive here new sensitivity measures, or condition numbers, for the eigenvalues of the quadratic matrix polynomial and define a measure of the robustness of the corresponding system. We then show that the robustness of the quadratic inverse eigenvalue problem can be achieved by solving a generalized linear eigenvalue assignment problem subject to structured perturbations. Numerically reliable methods for solving the structured generalized linear problem are developed that take advantage of the special properties of the system in order to minimize the computational work required. In this part of the work we treat the case where the leading coefficient matrix in the quadratic polynomial is nonsingular, which ensures that the polynomial is regular. In a second part, we will examine the case where the open loop matrix polynomial is not necessarily regular.