La presente tesis doctoral trata sobre el accionamiento y control del posicionado de aperos agrícolas que configuran aspectos funcionales de máquinas tales como palas cargadoras frontales, máquinas cosechadoras de caña de azúcar (alzadoras y combinadas), etc., siendo el objetivo fundamental desarrollar un sistema que accione y controle dos o más actuadores óleo-hidráulicos de manera simultánea, coordinada y sincronizada que mejore la funcionalidad de elevación de mecanismos tipo péndulo doble.El estudio de la bibliografía consultada nos permite hacer un análisis detallado de los trabajos más importantes sobre los sistemas mecánicos de elevación, inclinación y volteo de tales máquinas, así como, las diferentes alternativas de sincronización.Acorde con lo anterior, los objetivos básicos de la tesis se han centrado en: estudiar el comportamiento de un bloque de sincronización oleohidráulica constituido por dos unidades divisoras de caudal, de relación de partición variable, con compensación de carga así como dos unidades de regulación de presión (frenado y limitación de presión) pilotadas externamente, simular su interacción con las prestaciones del mecanismo de elevación utilizando el método de bond graph, y por último, validar y optimizar el diseño y la metodología empleada a través de ensayos experimentales. La elección del bond graph como método de simulación obedece a dos objetivos básicos: evaluación del comportamiento cinemático y dinámico del mecanismo, así como permitir su interacción con el modelo del bloque de sincronización oleohidráulico. Es decir, disponer de un modelado físico en un sistema multidominio. La explotación sistemática de esta metodología teórico experimental ha permitido colegir las siguientes conclusiones:Desde el punto de vista mecánico/oleohidráulico, a pesar de que el comportamiento cinemático-dinámico del sistema durante los ciclos de subida y bajada son diferentes, es posible utilizar unidades divisoras de caudal de características inherentes idénticas (curva partición de caudal en función de la posición de la aguja). Los valores obtenidos en laboratorio y los obtenidos mediante la simulación numérica difieren en el peor de los casos, en un valor menor del 10 % (caso de bajada).Se ha constatado que, a excepción de que el mecanismo del péndulo doble incluidos los actuadores sea un mecanismo homotético, cualquier otra configuración geométrica del mismo, presenta una relación no lineal entre el cociente de velocidades de los actuadores en función del ángulo de elevación. Relación que limita drásticamente la sincronización. Las configuraciones no homotéticas son una constante en el accionamiento de aperos agrícolas y vienen impuestas, en la mayoría de las veces, por conveniencias estratégicas, tales como: ventajas mecánicas, visibilidad del operario, espacio de trabajo, estabilidad, transportabilidad, etc.Para el prototipo construido y ensayado, los valores de partición de caudal óptimos se corresponden a una posición de aguja de 1.2-1.6, para el ciclo de bajada y de 7-7.1, para el ciclo de subida. Sin embargo, no es posible compensar la no linealidad con válvulas de aguja controladas manualmente.También se ha constatado, experimentalmente y numéricamente, que la bondad del sincronizado es muy sensible a la posición de la aguja que define la partición de caudal.En general, se puede considerar que la solución oleohidráulica ofrece unas buenas prestaciones aunque se ven penalizadas ya que la unidad hidráulica de sincronizado acusa una pérdida de presión excesiva.Habida cuenta la gran sensibilidad de la posición de la aguja frente a la división de caudal mencionada anteriormente, se ha constatado, experimentalmente, una acusada diferencia de comportamiento entre los ciclos de subida y bajada. En algunos casos, estas diferencias han sido acumulativas y, en consecuencia, transcurrido un elevado número de ciclos, se pierde la capacidad de sincronización. / This doctoral thesis deals with the drive and control of the positioning of agricultural implements that form functional aspects of machines such as front-end loaders, sugar cane machines harvesters (gatherers and combined), etc. The main aim is to develop a system that drives and controls two or more hydraulic actuators in a simultaneous, coordinated and synchronised way that improves the elevation functionality of double pendulum type mechanisms.The study of the consulted bibliography allows us to make a detailed analysis of the most important works of the elevation, inclination and turn around mechanical systems of such machines, as well as, the different synchronization alternatives.In agreement with the above, the basic objectives of this thesis have been centered on: the study of the behavior of a hydraulic synchronization block consisting of two variable partition flow divider units with load compensation as well as two externally piloted pressure regulation units (restrained and limitation of pressure); the simulation of their interaction with the elevating mechanism characteristics using the bond graph method, and finally, the validation and optimization the design and the methodology used through experimental tests. The election of the bond graph as a simulation method obeys the two basic objectives: evaluation of the kinematic and dynamic behavior of the mechanism, as well as its interaction with the model of the hydraulic synchronization block. That is to say, to have a physical model in a multidominion system. The systematic operation of this experimental theoretical methodology has lead to the following conclusions:From the mechanical / hydraulic point of view, although the kinematic-dynamic behavior of the system during the cycles of ascent and descent is different, it is possible to use flow divider units of identical inherent characteristics (the flow partition curve as a function of the position of the needle). The values obtained in the laboratory and these obtained by means of the numerical simulation differ in the worst case by a value smaller than 10 % (case of descent).It has been stated that all geometric configurations of the double pendulum mechanisms including actuators (with the exception of a homothetic type) present a nonlinear relationship between the quotients of speeds of the actuators based on the elevation angle. A relationship that limits the synchronization drastically. The nonhomothetics configurations are constant in agricultural drive implements and are imposed, most of the time, by strategic advantages, such as: mechanical advantages, visibility of the worker, space of work, stability, transportability, etc.For the manufactured and tested prototype, the optimal partition of flow values correspond to a position of the needle of 1.2-1.6, for the cycle of descent and 7-7.1, for the cycle of ascent. Nevertheless, it is not possible to manually compensate the nonlinearity with needle valves.It has also been stated, experimentally and numerically, that the synchronous is very sensitive to the position of the needle that defines the flow partition.In general, it is possible to consider that the hydraulic solution offers good performance characteristics although they are penalized as the synchronised hydraulic unit causes an excessive loss of pressure.Taking into account the great sensitivity of the position of the needle as opposed to the flow division previously mentioned, it has been stated experimentally that there is a significant behavior difference between the cycles of ascent and descent. In some cases, these differences have been cumulative and consequently, after a high number of cycles, the synchronization capacity is lost.

.Se desarrolla un Sistema de Gestión de la Inyección Secuencial de Combustible en el Colector de Admisión del motor de ciclo Otto, el cual basa su gestión en tres señales analógicas que definen: la composición de la mezcla aire combustible en el escape, las r.p.m y la posición de la mariposa de gases del motor. La señal utilizada para evaluar la composición de la mezcla aire combustible proviene de una sonda lambda proporcional (UEGO) instalada en el colector de escape justo antes del catalizador. Esta nueva gestión (a diferencia de las contemporáneas) no posee cartografías previamente grabadas, sino estrategias definidas en el software de control para gestionar el motor según su estado de funcionamiento detectado por el sistema.Descripción del Sistema.El sistema está compuesto por tres subsistemas, los cuales se definen como:" Subsistema de Adquisición de Datos." Subsistema de Procesamiento de Datos." Subsistema de Inyección Electrónica.Funcionamiento del Sistema." Generación de Pulsos de Inyección.El ordenador lee continuamente las señales de , r.p.m., par, contaminantes y posición de la mariposa de gases provenientes del motor a través de una tarjeta de adquisición de datos analógica/digital. Seguidamente, por medio de un algoritmo de aproximación instalado en el ordenador del sistema y a partir de una de consigna establecida (variable según el estado del motor) se genera: 1) valor expresado en milisegundos de duración de los pulsos de inyección y 2) valor expresado en grados del instante de la inyección; este último tomando como referencia el PMS en fase abierta, y cuya magnitud puede variar en +/- 180º a partir de esta referencia.Una vez definidos estos valores por el algoritmo de aproximación, son convenientemente codificados digitalmente y enviados a la tarjeta de escritura digital (también instalada en el ordenador); la cual envía estos valores expresados en tiempo hacia la unidad de inyección electrónica, que finalmente es la encargada de enviar estos pulsos de inyección hacia los inyectores del motor.El proceso descrito anteriormente se desarrolla de forma cíclica (retroalimentación continua) de manera que para cualquier estado de funcionamiento del motor se obtenga la composición de la mezcla deseada, en este caso la de consigna." Sincronización de la Inyección.El sistema de inyección instalado es del tipo multipunto secuencial, por lo que el sistema cuenta con un encoder absoluto y programable para garantizar una correcta sincronización de la inyección en cada cilindro.Cuando se genera el valor del pulso de inyección es necesario inyectarlo en el instante justo definido mediante el ángulo de inyección. Para ello se emplea un encoder absoluto programable en el árbol de levas, cuya salida binaria de 5 bits de precisión es convenientemente leída y comparada por el subsistema de inyección electrónica.El encoder genera 32 números por vuelta, de los cuales se definen aquellos que, vistos en una circunferencia, representen los cardinales cada 90º. La electrónica posee un circuito auxiliar capaz de leer y comparar estos números, de manera que cuando coincide con alguno de los cardinales señalados anteriormente activa el inyector correspondiente de acuerdo al orden de inyección, en este caso 1-3-4-2, y cuyo valor del pulso será aquel que el algoritmo de aproximación haya determinado. Durante el tiempo que el encoder genere el resto de los números la electrónica corta la inyección. " Determinación de la Posición de la Mariposa de Gases.El sistema mantiene el accionamiento mecánico de la mariposa, no obstante posee un potenciómetro instalado para informar al sistema de su posición y velocidad de abertura en todo momento. En función de la velocidad de abertura de la mariposa el sistema es capaz de detectar un estado transitorio del motor (positivo o negativo) y variar su estrategia de gestión del motor.Jerarquía de los Estados del Motor durante su Gestión.En estados estacionarios y transitorios de baja velocidad la señal de la sonda prevalece, para el sistema, sobre la señal de posición de la mariposa de gases en la gestión del motor. En estas condiciones, la gestión del motor está basada en la Estrategia de Gestión de Estacionarios del sistema.Mediante la información de la velocidad y magnitud de la abertura de la mariposa de gases, el sistema detecta un estado transitorio del motor, ya sea positivo o negativo. En este momento el sistema cambia hacia la Estrategia de Gestión de Transitorios. Durante este estado, la señal de la posición de la mariposa de gases prevalece sobre la señal de la sonda durante los primeros ciclos de ajuste del motor hacia la de consigna. Este número de ciclos estará en dependencia de la magnitud del transitorio.El resto de los parámetros (par, contaminantes, consumo específico de combustible y ángulo de inyección) se muestran en el ordenador para la evaluación visual del funcionamiento del motor.

En la presente tesis se desarrolla un sistema de control de la mezcla de aire y gasolina en un motor alternativo de cuatro tiempos, basado en redes neuronales. Para que el catalizador logre un grado de depuración aceptable con todos los gases contaminantes simultáneamente, debe mantenerse la proporción de aire y combustible, dentro de una banda muy estrecha. En estado estacionario, este objetivo se cumple sin demasiados problemas, pero el funcionamiento habitual de un vehículo es en régimen muy transitorio, donde los sistemas convencionales no logran evitar desviaciones importantes del punto de consigna. Estos se basan además en una gran cantidad de tablas estáticas, que deben calibrarse de forma experimental, lo cual es bastante costoso tanto en tiempo como en dinero.Para evitar estos problemas se ha diseñado un modelo matemático de un motor, que comprende todo el proceso de formación de la mezcla, sensores, la generación del par motor y la dinámica del vehículo. La realización final se ha realizado en el lenguaje de simulación MatLab/Simulink®. Los datos requeridos son fácilmente obtenibles bien por metrología, bien de forma experimental. Se ha validado con un motor SEAT de 1,6 l y 74 kW.Como primer paso se ha aplicado una estrategia de control convencional bastante simple, consistente en un controlador feedforward estático, más un controlador feedback de tipo PI ó PID. Esto ha permitido el estudio de las principales características del motor desde el punto de vista de control. Con los resultados obtenidos se ha diseñado un observador basado en una red neuronal, que elimine los retardos puros del sistema y que pueda ser utilizado para cerrar el lazo de control. Primero se ha usado una red feedforward, pero vistos los malos resultados, se ha desarrollado una red neuronal recurrente a partir de la red de Elman, que se ha modificado convenientemente para adaptarla a las dificultades propias del problema. El algoritmo de entrenamiento utilizado se basa en el de retropropagación clásico, y modifica no sólo los pesos entre capas, sino también los correspondientes a las neuronas de contexto, las cuales permiten memorizar estados internos. La principal mejora consiste en separar las neuronas de contexto en tantos grupos como entradas tiene la red, y entrenarlos por separado, de modo que cada grupo se adapte a la dinámica particular de la entrada a la que va asociado. Se muestra mediante simulación el comportamiento del conjunto motor más observador en lazo cerrado, y se compara con el esquema convencional. Se prueba asimismo la robustez del sistema frente a distintas consignas, ruido en la planta y defectos de sintonía. / In the present thesis a control system for the air-fuel mixture in a reciprocating four-stroke engine is developed, based on neural networks. The air-fuel ratio has to be kept within a very narrow window so that the catalyst achieves an acceptable degree of purification simultaneously with all the polluting gases. In steady state, this goal can be fulfilled without difficulties, but the usual operation of a vehicle is in a very transient state, where the conventional systems are not able to avoid important excursions from the set point. They also rely on a great number of look-up tables, which have to be tuned experimentally, thus with an enormous investment of money and time.To avoid those problems a mathematical model of an engine has been designed, in such a way that it comprises of the whole mixture formation process, sensors, the torque generation and the vehicle dynamics. Finally it has been implemented in the simulation language MatLab/Simulink®. The required data is easily available both from metrology, and experimental work. It has been validated with a 1,6 litre 74 kW SEAT engine.As a first step, a quite simple conventional control strategy has been applied, consisting of a static feedforward controller, and a PI or PID feedback controller. This has permitted studying the main features of the engine from the control point of view.With the obtained results an observer based on a neural network has been designed, which eliminates the delays of the system and that can be used to close the control loop. First a feedforward network has been used, but due to the bad results, a recurrent neural network has been developed starting from the Elman network, which has been properly modified in order to adapt it to the characteristic difficulties of the problem. The training algorithm used is based on that of classical backpropagation, and it modifies not only the weights interconnecting different layers, but also those corresponding to the context neurons, which allow the memorising of internal states. The main improvement consists in separating the context neurons in as many groups as the network has inputs, and to train them separately, so that each group adapts to the particular dynamics of the input with which it is associated. The behaviour of the engine plus the observer in closed loop is shown by means of simulation, and is compared with the conventional scheme. It is proven the robustness of system response to different set points, noise in the plant and tuning defects.