Thesis (M.S. in Systems Technology) Naval Postgraduate School, June 1997. / Thesis advisors, Donald v.Z. Wadsworth, John H. Gibson. Includes bibliographical references (p. 89-90). Also available online.

Abstract Smart adaptive systems provide advanced tools for monitoring, control, diagnostics and management of nonlinear multivariate processes. Data mining with a multitude of methodologies is a good basis for the integration of intelligent systems. Small, specialised systems have a large number of feasible solutions, but highly complex systems require domain expertise and more compact approaches at the basic level. Linguistic equation (LE) approach originating from fuzzy logic is an efficient technique for these problems. This research is focused on the smart adaptive applications, where different intelligent modules are used in a smart way. The nonlinear scaling methodology based on advanced statistical analysis is the corner stone in representing the variable meanings in a compact way to introduce intelligent indices for control and diagnostics. The new constraint handling together with generalised norms and moments facilitates recursive parameter estimation approaches for the adaptive scaling. Well-known linear methodologies are used for the steady state, dynamic and case-based modelling in connection with the cascade and interactive structures in building complex large scale applications. To achieve insight and robustness the parameters are defined separately for the scaling and the interactions. The LE based intelligent analysers are useful in the multilevel LE control and diagnostics: the LE control is enhanced with the intelligent analysers, adaptive and model-based modules and high level control. The operating area is extended with the predefined adaptation and specific events activate appropriate control actions. The condition, stress and trend indices are used for the detection of operating conditions. The same overall structure is extended to the scheduling and managerial decision support. The linguistic representation becomes increasingly important when the human interaction is essential. The new scaling approach is used in control and diagnostic applications and discussed in connection with previous multivariate modelling cases. The LE based intelligent analysers are the key modules of the system integration, which produces hybrid systems: fuzzy systems move gradually to higher levels, neural networks and evolutionary computing are used for tuning. The overall system is reinforced with advanced statistical analysis, signal processing, feature extraction, classification and mechanistic modelling. / Tiivistelmä Viisaat mukautuvat järjestelmät sisältävät kehittyneitä työkaluja epälineaaristen monimuuttujaisten prosessien valvontaan, säätöön, diagnostiikkaan ja johtamiseen. Laajaan menetelmäpohjaan perustuva tiedonrikastus on pohjana älykkäiden järjestelmien yhdistämiselle. Pienille erikoistuneille järjestelmille on monia toteutettavissa olevia ratkaisuja, mutta erittäin monimutkaiset järjestelmät vaativat alan asiantuntemusta ja kompakteja lähestymistapoja perustasolla. Sumeaan logiikkaan pohjautuva lingvististen yhtälöiden (linguistic equation, LE) menetelmä on tehokas ratkaisu näissä ongelma-alueissa. Tämä tutkimus kohdistuu viisaisiin mukautuviin sovelluksiin, jossa useita älykkäitä moduuleja käytetään yhdessä viisaalla tavalla. Kehittyneeseen tilastolliseen analyysiin perustuva epälineaarinen skaalausmenetelmä muodostaa ratkaisun kulmakiven: muuttujien merkitykset soveltuvat säädössä ja diagnostiikassa käytettävien älykkäiden indeksien kehittämiseen. Uudet rajoituksien käsittelymenetelmät yhdessä yleistettyjen normien ja momenttien kanssa mahdollistavat rekursiivisen parametriestimoinnin olosuhteisiin mukautuvassa skaalauksessa. Tunnettuja lineaarisia menetelmiä käytetään staattisessa, dynaamisessa ja tapauspohjaisessa mallintamisessa, jossa kaskadi- ja vuorovaikutusrakenteet laajentavat mallit tarvittaessa monimutkaisiin sovelluksiin. Prosessituntemuksen ja järjestelmien robustisuuden varmistamiseksi parametrit määritellään erikseen skaalausta ja vuorovaikutuksia varten. LE-pohjaiset älykkäät analysaattorit ovat hyödyllisiä monitasoisessa säädössä ja diagnostiikassa: LE-säätöä parannetaan älykkäiden analysaattorien, adaptiivisten ja mallipohjaisten moduulien sekä ylemmän tason säädön avulla. Käyttöaluetta laajennetaan ennalta määrätyllä adaptoinnilla sekä tiettyjen tapahtumien aktivoimilla erityisillä säätötoimenpiteillä. Kunto-, rasitus- ja trendi-indeksejä käytetään olosuhteiden tunnistamiseen. Sama rakenne laajennetaan tuotannon ajoitukseen ja päätöksenteontukeen, jossa inhimillisen vuorovaikutuksen käsittely tekee lingvistisen esityksen yhä tärkeämmäksi. Uutta skaalausmenetelmää tarkastellaan säätö- ja diagnostiikkasovelluksissa sekä vertaillaan lyhyesti sen käyttömahdollisuuksia aikaisemmin toteutetuissa monimuuttujamalleissa. LE-pohjaiset älykkäät analysaattorit ovat keskeisiä integroitaessa moduuleja hybridiratkaisuiksi: sumeat järjestelmät siirtyvät vähitellen ylemmille tasoille ja neuro- ja evoluutiolaskennassa keskitytään järjestelmien viritykseen. Kokonaisjärjestelmää vahvistetaan kehittyneellä tilastollisella analyysilla, signaalinkäsittelyllä, piirteiden erottamisella, luokittelulla ja mekanistisella mallintamisella.

Esta tesis está enfocada al diseño y validación de controladores robustos que pueden reducir de una manera efectiva las vibraciones structurales producidas por perturbaciones externas tales como terremotos, fuertes vientos o cargas pesadas. Los controladores están diseñados basados en teorías de control tradicionalamente usadas en esta area: Teoría de estabilidad de Lyapunov, control en modo deslizante y control clipped-optimal, una técnica reciente mente introducida : Control Backstepping y una que no había sido usada antes: Quantitative Feedback Theory. La principal contribución al usar las anteriores técnicas, es la solución de problemas de control estructural abiertos tales como dinámicas de actuador, perturbaciones desconocidas, parametros inciertos y acoplamientos dinámicos. Se utilizan estructuras típicas para validar numéricamente los controladores propuestos. Especificamente las estructuras son un edificio de base aislada, una plataforma estructural puente-camión y un puente de 2 tramos, cuya configuración de control es tal que uno o mas problemas abiertos están presentes. Se utilizan tres prototipos experimentales para implementar los controladores robustos propuestos, con el fin de validar experimentalmente su efectividad y viabilidad. El principal resultado obtenido con la presente tesis es el diseño e implementación de controladores estructurales robustos que resultan efectivos para resolver problemas abiertos en control estructural tales como dinámicas de actuador, parámetros inciertos, acoplamientos dinámicos, limitación de medidas y perturbaciones desconocidas. / This dissertation focuses on the design and validation of robust controllers that can effectively reduce vibrations in structures due to external disturbances such as earthquakes, strong winds or heavy dynamic loads. The design of the controllers is based on control theories traditionally used in structural control: Lyapunov stability theory, Sliding Mode Control and Clipped-Optimal Control, another recently introduced: Backstepping Control and one that had not been used before in this control area: Quantitative Feedback Theory. The main advantage by using these techniques is that some open structural problems such as actuator dynamics, uncertain disturbances, uncertain parameters, measurement limitation and dynamic coupling can be treated. Numerical validation of the controllers proposed is performed on typical structural models. A 10-story base isolated structure, a truck-bridge structural platform and a two-span bridge are used. Their control scheme contains inherit one o more open structural control problems. Three experimental prototypes are used to implement the robust controllers proposed, in order to experimentally verify their viability and effectiveness. The main contribution of the present thesis is obtaining robust structural controllers, numerically and experimentally verified, that account structural control problems such as actuator dynamics, uncertain parameters, dynamic coupling, measurement limitations and unknown disturbances and based on novel control techniques.

This work focuses on the application of neural networks in the areas of modelling, identification, control and optimization of biothechnology processes, mainly fed-batch bioreactors. The basic ideas and techniques of artificial neural networks are presented with the notation familiar to control engineers. The applications of a variety of neural network architectures in control and control schemes are first surveyed. Some especific fed-batch bioreactor processes are mentioned to illustrate particular control cases to be examimined in detail and solved. Especifically, a non-linear multivariable bioreactor control problem is used as a case study for model based control techniques. An implementation of direct and inverse process control models based on neural networks that considers biological, thermal and pH effects for this multivariable fed-batch bioreactor is performed and tested. Multilayer perceptrons and radial basis functions neural networks are considered to model this type of non-linear multi-input multi-output (MIMO) dynamic process. The direct models are successfully tested under steady state, dynamic process operation and when a acid disturbance in the process causes a plant/model mismatch. The inverse process model is also successfully tested at the set-point input with a random series of perturbations around the plant operation state. The RBF architecture with goal 3.0 is the best architecture for the direct model of this multivariable process while the best inverse model is based on a MLP 19-11-7-1 trained including past information of the steady states of the process. On the other hand, optimal control techniques that employ neural networks are studied to optimize the production of invertase in a fed-batch bioreactor. The controlled addition of substrates is used in this bioreactor process to increase productivity when end-product inhibition or catabolite repression are present. Cloned invertase production in Saccharomyces cerevisiae yeast is carried out in fed-batch mode of operation because the enzyme expression is repressed at high glucose concentrations. An optimal glucose feed rate profile is needed to achieve the highest fermentation profit. The controller has to find at each time step an optimal control action that increments the fed-batch bioreactor profitability, even when a disturbance or a set-point change arise. This optimal control action increases the productivity and, within the same optimization process, finds the optimal fermentation ending time. This double optimization is a novelty not met by previous optimization schemes published in the literature. A neuro dynamic programming (NDP) approach coupled with MLP neural networks or fuzzy ARTMAP systems is employed to accomplish these optimization objectives. Fuzzy ARTMAP creates multidimensional category maps by incremental supervised learning. The optimization method utilizes suboptimal control policies as a starting guess. The neural networks are used to build a cost surface in the state space visited by the process. Bellman's iteration is used to improve the cost approximation. The cost surface obtained is implemented into a control system. The controller is tested for different fermentation processes started with different initial fermentation volumes. NDP outperforms other optimization methods employed to find an optimal feeding profile. Besides, it can be used to optimize any fermentation process (starting at different initial conditions) because the future costs (profits) are characterized as a function of system states. The optimal control trajectories found by the controller are similar to the best suboptimal policy for each initial volume. MLP-NDP controllers yield the highest profits, but the manipulated variable trajectories are not smooth. Fuzzy ARTMAP-NDP overcomes this limitation. The best fuzzy ARTMAP-NDP based control system is also tested when an abrupt death of yeast cells occurs. In this case, the controller performance is better than the performance of the fermentation using the best suboptimal policy for the given initial volume.The integration of control science with neural networks in a unified presentation and identification key areas is a path to follow in future research. Artificial neural networks techniques can be succesfully applied to control fed-batch bioreactors. / Optimización y Control de Procesos de Fermentación Fed-batch a través de Sistemas Neuronales ArtificialesLos procesos de fermentación son ampliamente utilizados en la industria química, farmacéutica y alimentaria. La producción de comida para animales, yogures, quesos, cerveza, colorantes para comida, fertilizantes, medicinas terapéuticas y penicilina, entre otros, son algunos ejemplos de procesos biotecnológicos. En una búsqueda rápida en Internet, cerca de 113000 sitios fueron encontrados, todos ellos relacionados con productos de procesos de fermentación.El campo de aplicación de la bioingeniería abarca desde los procesos tradicionales de fermentación de vinos hasta la industrialización de no solo la producción de cerveza, queso y leche; sino también de nuevos productos biotecnólogicos como son los antibióticos, enzimas, hormonas, vitaminas, azucares y ácidos orgánicos. Desde tiempos remotos los microorganismos han sido utilizados por el hombre en la producción de alimentos esenciales, como el pan o el queso. El arte de hacer vino ha pasado de padre a hijo desde el antiguo Egipto. Solo hasta finales del siglo XIX, gracias a los estudios del químico y microbiólogo Louis Pasteur, nació la biotecnología como ciencia. La definición actual de biotecnología, según la OCDE, es la aplicación de la ciencia y la tecnología tanto a organismos vivos como a partes, productos y modelos de ellos, con el propósito de modificar tanto materia viva como la no viva con el fin de producir conocimiento, bienes y servicios.Un proceso de fermentación es un proceso químico en el cual se emplean microorganismos para obtener un producto en particular, aprovechando la selectividad de los microorganismos para producir un determinado compuesto. Los procesos de fermentación son llevados a cabo en un bioreactor. Un bioreactor es un recipiente en el cual microorganismos son cultivados de manera controlada y/o materia prima es convertida o transformada debido a reacciones biológicas.En una fermentación, es necesario un control adecuado de todas las variables de proceso, debido a que cualquier cambio inesperado en el valor de alguna de ellas puede afectar el desarrollo de los microorganismos y en consecuencia disminuir la productividad del bioreactor. El principal objetivo de controlar un proceso de fermentación es maximizar la producción de microorganismos u otros compuestos metabólicos. Avances recientes en ingeniería genética han aumentado la importancia del adecuado control de los procesos biotecnólogicos. El uso de células de mamíferos o microorganismos en la producción de moléculas complejas requiere el análisis y control de todas las variables de proceso, tales como temperatura, concentración de oxigeno y pH.El presente trabajo se centra en la aplicación de redes neuronales artificiales en las áreas de modelado, identificación, control y optimización de procesos biotecnológicos, principalmente en bioreactores del tipo fed-batch. Un bioreactor fed-batch se emplea cuando la producción de determinado compuesto de interés, es inhibida debido a la alta concentración de substrato. En un proceso fed-batch, la fermentación empieza con un volumen, concentración de microorganismos y substrato determinados y, a medida que transcurre el proceso de fermentación, el substrato se añade poco a poco, hasta que se consigue llenar el bioreactor.En este trabajo las ideas y técnicas utilizadas por las redes neuronales artificiales son presentadas con la notación familiar para un ingeniero de control. Diferentes estructuras de redes neuronales artificiales y su posible aplicación a diferentes sistemas de control son resumidas. También son presentados algunos procesos de fermentación fed-batch. Dichos procesos son empleados para ilustrar casos específicos de problemas control. Específicamente, un modelo no lineal y multivariable de un bioreactor es empleado para ilustrar las técnicas de control basadas en el modelo del proceso. Un modelo para la producción de invertasa a través de la levadura Saccharomyces cerevisiae es empleado para ilustrar las técnicas de optimización y control.Dentro de las técnicas de control basadas en el modelo del proceso, se implementó un modelo directo y uno inverso de la fermentación multivariable antes mencionada. Ambos modelos, basados en redes neuronales artificiales, consideran efectos biológicos, térmicos y de pH. Multilayer perceptron y Radial Basis Function son las redes neuronales empleadas para la construcción de los dos modelos. Para ilustrar la fiabilidad de estos modelos, diferentes pruebas les fueron realizadas. El modelo directo del proceso de fermentación, basado en redes neuronales, fue probado en operación en estado estacionario, en estado dinámico y cuando una perturbación en el ácido causa que el pH del proceso sea diferente. El modelo inverso del proceso de fermentación fue probado haciendo cambios aleatorios en el punto de referencia. Con la arquitectura Radial Basis Function se obtuvo el mejor modelo directo. Para el modelo inverso del proceso de fermentación, se encontró que la mejor arquitectura es la multilayer perceptron 11-7-1, entrenada con informacion de los estados estacionarios del proceso.Por otro lado, para la optimización de la producción de invertasa es necesario encontrar el perfil de alimentación optimo, de manera que la productividad del bioreactor sea máxima y el tiempo de fermentación sea mínimo. Este doble objetivo de optimización es una novedad y no ha sido antes obtenido por otros esquemas de optimización previamente publicados. El objeto del controlador debe ser hallar a cada instante de tiempo la acción optima de control, es decir, cada vez encontrar cual es el flujo de alimentación adecuado para cumplir el doble objeto de la optimización. En este trabajo se utiliza la programación dinámica neuronal (NDP) con el fin de implementar dicho controlador. Esta técnica emplea redes multilayer perceptron o fuzzy ARTMAP para realizar la optimizacion del proceso. NDP utiliza perfiles de alimentación subóptimas como suposición inicial. A través de esta suposición, una red neuronal es empleada para construir la superficie de costos en el espacio de los estados del proceso. Esta superficie de costos se mejora a través de la iteración de Bellman. Una vez obtenida una buena aproximación a la superficie de costos óptima, esta es implementada en un sistema de control que hace uso también de la ecuación de Bellman. El controlador es probado en diferentes condiciones de operación del proceso de fermentación, específicamente cuando la fermentación comienza con diferentes volúmenes iniciales. Al comparar la metodología empleada se encontró que esta es mejor que otros métodos de optimización utilizados con el mismo fin, debido a que la metodología NDP puede ser usada en diferentes procesos de fermentación sin necesidad de realizar una optimización on-line. Las trayectorias óptimas encontradas por el controlador son similares a la trayectoria seguida por el mejor de los perfiles subóptimos. Con multilayer perceptron- NDP se obtienen los mas altos rendimientos pero la trayectoria de variable manipulada es muy abrupta. Con fuzzy ARTMAP-NDP no se presenta este problema. El controlador que implementa fuzzy ARTMAP-NDP es probado también cuando hay un cambio brusco en la concentración de células. El 50% mueren. En este caso el desempeño del controlador es mejor que el rendimiento de la fermentación cuando la mejor de los perfiles de alimentación subóptimas es utilizado.Por último se puede decir que la integración de la ingeniería de control con las redes neuronales es un fructífero camino a seguir por futuras líneas de investigación ya que las redes neuronales artificiales pudieron ser empleadas con éxito en el control de bioreactores fed-batch.PublicacionesValencia C., Giralt J., Arenas A., Giralt F., Implementation of a non-linear multivariable (MIMO) process control model of a fed-batch bioreactor with neural networks. Poster Session: Topics in systems and process control, AIChE annual meeting Reno 2001.Valencia C., Giralt J., Arenas A., Giralt F., Non-linear multivariable (MIMO) process control model of a fed-batch bioreactor with neural networks. Submitted to Chemical Engineering Science. 2002Valencia C., Lee J.H., Kaisare N.S., Final time and productivity optimization of a fed-batch bioreactor for invertase production. Presented at Control of Pharmaceutical and Biological Processes Session 347, AIChE annual meeting, Indianapolis 2002.Valencia C., Giralt J., Arenas A., Giralt F., Optimization of invertase production in a fed-batch bioreactor using dynamic programming coupled with fuzzy ARTMAP, to be submitted to Biotechnology and Bioengineering 2002 / Optimització i Control dels Processos de Fermentació Fed-batch a través de Sistemes Neuronals ArtificialsEls processos de fermentació són amplament utilitzats en l'indústria química, farmacèutica i alimentaria. La producció de menjar per a animals, iogurts, formatge, cervesa, colorants per aliments, fertilitzants, medicines terapèutiques i penicil·lina entre altres, són alguns exemples de processos biotecnològics. En una recerca ràpida a Internet, cerca de 113000 llocs van ser trobats, tots ells relacionats amb productes de processos de fermentació.El camp d'aplicació de la bioenginyeria avarca des d'els tradicionals processos de fermentació de vi fins a l'industrialització de no solament la producció de cervesa, formatge i llet; sinó també de noves productes biotecnològics com són els antibiòtics, enzims, hormones, vitamines, sucres i àcids orgànics. Des de temps remots els microorganismes van ser utilitzats per l'home en la producció d'aliments bàsics, com el pa o el formatge. L'art de fer vi a passat de pares a fills des d'l antic Egipte. Només fins a finals del segle XIX, gràcies als estudis del químic i microbiòleg Louis Pasteur, va nàixer la biotecnologia com a ciència. La definició moderna de biotecnologia, segons la OCDE, és l'aplicació de la ciència i la tecnologia tant als organismes vius com a les seves parts, productes i models d'ells, amb el propòsit de modificar tant la matèria viva com la no viva amb l'objecte de produir coneixements, bens i serveis.Un procés de fermentació és un procés químic que fa servir microorganismes per a obtenir un producte en particular, aprofitant la selectivitat dels microorganismes per a produir un determinat compost. Els processos de fermentació es realitzen en un bioreactor. Un bioreactor és un vaixell on els microorganismes són cultivats de forma controlada i/o matèria primera és convertida o transformada per reacciones biològiques.En una fermentació, es necessita un adequat control de totes les variables de procés, per tal que qualsevol canvi inesperat en el valor d'alguna de elles pot afectar el desenvolupament de els microorganismes i en conseqüència disminuir la productivitat del bioreactor. El principal objectiu de controlar un procés de fermentació, és maximitzar la producció de microorganismes o altres compostos metabòlics. Recents avanços en enginyeria genètica han augmentat la importància de l'adequat control dels processos biotecnològics. L'ús de cèl·lules de mamífers o microorganismes en la producció de molècules complexes necessita de l'anàlisi i el control de totes las variables de procés, tal com temperatura, concentració d'oxigen i pH.El present treball es centra en l'aplicació de xarxes neuronals artificials en les àrees de modelat, identificació, control i optimització de processos biotecnològics, principalment en bioreactors de tipus fed-batch. Un bioreactor fed-batch es fa servir quan la producció d'un determinat compost d'interès, és inhibida per l'alta concentració de substrat. En un procés fed-batch, la fermentació comença amb un volum, concentració de microorganismes i substrat determinats i a mida que transcorre el procés de fermentació, el substracte s'agrega poc a poc, fins que el bioreactor és ple.En aquell treball les idees i tècniques utilitzades per las xarxes neuronals artificials són presentades amb la notació familiar per a un enginyer de control. Diferents estructures de xarxes neuronals artificials i la seva possible aplicació a diferents sistemes de control van ser resumides. També s'han presentat alguns processos de fermentació fed-batch. Aquests processos es fan servir per il·lustrar casos específics de problemes de control. Específicament, un model no lineal i multivariable d'un bioreactor es fa servir per il·lustrar les tècniques de control basades en el model del procés. Un model per a la producció de invertasa a través del llevat Saccharomyces cerevisiae es fa servir per il·lustrar les tècniques d'optimització i control.Dins les tècniques de control basades en el model del procés, es va a implementar un model directe i un invers de la fermentació multivariable. Els dos models, basats en xarxes neuronals artificials, consideren efectes biològics, tèrmics i de pH. Multilayer perceptron i Radial Basis Function són las xarxes neuronals que es van a fer servir per a la construcció d'ambdós models. Per il·lustrar la fiabilitat d'aquests models, diferent proves van ser realitzades. El model directe del processo de fermentació, basat en xarxes neuronals, va ser provat quan el procés opera en estat estacionari, en estat dinàmic i quan una perturbació en l'àcid causa que el pH del procés sigui un altre. El model invers del procés de fermentació també va ser provat fent canvis aleatoris del punt de consigna. L'arquitectura Radial Basis Function va a ser el millor model directe que es va a trobar. Pel model invers del procés de fermentació, es va a trobar que la millor arquitectura es la Multilayer Perceptron 11-7-1, que va ser entrenada amb informació dels estats estacionaris del procés.Per una altre banda, per a l'optimització de la producció de invertasa es necessita trobar el perfil d'alimentació òptim, de manera que la productivitat del bioreactor sigui màxima i el temps de fermentació sigui mínim. Aquest doble objectiu de optimització constitueix una novetat i no ha estat obtingut per altres mètodes d'optimització prèviament publicats. L'objectiu del controlador és trobar a cada instant de temps l'acció òptima de control, és dir, cada vegada trobar quin és el flux d'alimentació correcte per complir el doble objecte de l'optimització. Aquest treball va fer servir la programació dinàmic neuronal (NDP) amb l'objectiu de implementar aquell controlador. Aquesta tècnica fa servir xarxes multilayer perceptron o fuzzy ARTMAP. Aquest mètode d'optimització utilitza perfils d'alimentació subòptimes com a suposició inicial. A través d'ella, una xarxa neuronal es utilitzada per construir la superfície de costos en l'espai dels estats del procés. Aquesta superfície de costos es millora a través de la iteració de Bellman. Una vegada obtinguda una bona aproximació a la superfície de costos òptima, aquesta es implementada en un sistema de control que fa ús de l'equació de Bellman. Aquest controlador és provat dins diferentes condiciones d'operació del procés de fermentació, específicament quan la fermentació comença amb diferents volums inicials. S'ha trobat que la metodologia emprada és millor que altres mètodes de optimització ja que es pot utilitzar en altres processos de fermentació sense la necessitat de fer una optimització on-line. Les trajectòries òptimes trobades pel controlador son similars a la trajectòria seguida pel millor dels perfils subòptims. Amb Multilayer Perceptron- NDP s'han obtingut els millores rendiments, però la trajectòria de variable manipulada és força abrupta. Amb Fuzzy ARTMAP-NDP no es presenta aquest problema. El controlador que implementa fuzzy ARTMAP-NDP és provat també quan es presenta un canvi brusc en la concentració de cèl·lules. El 50% moren. En aquell cas el desenvolupament del controlador és millor que el rendiment de la fermentació quan el millor dels perfils d'alimentació subòptimes es fan servir.Per últim es pot dir que la integració de l'enginyeria de control amb les xarxes neuronals és un camí a seguir per futures línees d'investigació. Las xarxes neuronals artificials poden, amb èxit, fer-se servir en el control de bioreactors fed-batch.

Tesi per compendi de publicacions / Society is gradually becoming aware that the current energy industry, based on the use of fossil fuels, is inefficient, highly polluting and has a finite supply. Within the scientific community, there are indications that hydrogen (H2) as an energy vector, obtained from renewable energy sources, can represent a viable option to mitigate the problems associated with hydrocarbon combustion. In this context, the change from the current energy industry to a new structure with a significant involvement of H2 facilitates the introduction of fuel cells as elements of energy conversion. Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells (PEMFC) are gaining increased attention as viable energy conversion devices for a wide range of applications from automotive, stationary to portable. In order to optimize performance, these systems require active control and thus in-depth knowledge of the system dynamics which include fluid mechanics, thermal dynamics and reaction kinetics. One of the main issues, with respect to proper control of these systems, is the understanding of the water transport mechanisms through the membrane and the liquid water distribution. The thesis is based on the publication of nine international journal articles that are divided into 4 sub-topics: Dynamic fuel cell modeling, fuel cell system control-oriented analysis, identification of parameters and performance indicators and finally, fault and failure detection and system diagnosis. In the sub-topic of Dynamic Fuel cell modeling, experimentally validated Computational Fluid Dynamics (CFD) modeling is used to relate the effects of the physical phenomena associated with fluid mechanics and thermal dynamics, that occur inside the fuel cell [Alonso, 2009][Strahl, 2011], to water distribution. However, since these CFD models cannot be directly used for control, control-oriented models [Kunusch, 2008][Kunusch, 2011] have been developed in parallel. As well, another study is done in [Serra, 2006] which includes a controllability analysis of the system for future development and application of efficient controllers. The results of the above mentioned studies are limited because either they do not incorporate an electrochemical model or the model is not experimentally validated. Moreover, these models do not take into account the voltage losses due to liquid water inside the fuel cell. Therefore, there is a need to properly relate the relevant effects of fluid mechanics and thermal dynamics, including liquid water, to the fuel cell voltage. Primarily, methodologies are needed to determine the relevant indicators associated to the effect of water on the fuel cell performance. The works published in [Husar, 2008] and [Husar, 2011] treats experimental parameter identification, mainly focused on water transport through the membrane and fuel cell voltage loss indicators respectively. The implementation of the indicators indirect measurement methodology provides an experimental way for the isolation of three main types of voltage losses in the fuel cell: activation, mass transport and ohmic losses. Additionally since these voltage loss indicators relate the fuel cell operating conditions to the fuel cell voltage, they can be utilized to calibrate and validate CFD models as well as employed in novel control strategies. On the other hand, to develop reliable systems, the controller should not only take into account performance variables during standard operation but should also be able to detect failures and take the appropriate actions. A preliminary study on failure indicators is presented in [Husar 2007] and fault detection methodologies are described in [de Lira 2011]. As a whole, the compilation of articles represented in this thesis applies a comprehensive experimental approach which describes the implementation of novel methodologies and experimental procedures to characterize and model the PEMFC and their associated systems taking into consideration control oriented goals. / La societat s'està adonant que la indústria energètica actual, basada en l'ús de combustibles fòssils, és ineficient, molt contaminant i té un subministrament limitat. Dins de la comunitat científica, hi ha indicis que el hidrogen (H2) com vector energètic, obtingut a partir de fonts d'energia renovables, pot representar una opció viable per a mitigar els problemes associats amb la combustió d'hidrocarburs. En aquest context, el canvi de la indústria energètica actual a una nova estructura amb una important participació de el hidrogen exigeix la introducció de les piles de combustible com elements de conversió d'energia. Les piles de combustible de membrana polimèrica (PEMFC) estan tenint cada vegada més atenció com a dispositius viables de conversió d'energia per a una àmplia gamma d'aplicacions com automoció, estacionàries o portàtils. Amb la finalitat d'optimitzar el seu rendiment, les piles PEM requereixen un control actiu i per tant un coneixement profund de la dinàmica del sistema, que inclou la mecànica de fluids, la dinàmica tèrmica i la cinètica de les reaccions. Un dels temes principals relacionat amb el control adequat d'aquests sistemes és la comprensió dels mecanismes de transport d'aigua a través de la membrana i la distribució d'aigua líquida. Aquesta tesi es basa en nou articles publicats en revistes internacionals que es divideixen en 4 subtemes: la modelització dinàmica de piles de combustible, l'anàlisi orientada al control del sistema, la identificació de paràmetres i d’indicadors de funcionament i, finalment, la detecció de fallades i la diagnosi dels sistemes. En el sub-tema de la modelització dinàmica de piles PEM, la modelització basada en la Dinàmica de Fluids Computacional (CFD) amb validació experimental s'ha utilitzat per a relacionar els efectes dels fenòmens físics de la mecànica de fluids i de la dinàmica tèrmica que es produeixen dintre de la pila [Alonso, 2009] [ Strahl, 2011] amb la distribució d'aigua. No obstant això, com aquests models CFD no poden ser utilitzats directament per al control, s'han desenvolupat models orientats a control [Kunusch, 2008] [Kunusch, 2011] en paral·lel. A més, en un altre estudi [Serra, 2006] s'inclou una anàlisi de control·labilitat del sistema per al desenvolupament i aplicació futurs de controladors eficaços. Però els resultats dels estudis esmentats anteriorment són limitats, ja sigui perquè no incorporen un model electroquímic o bé perquè no han estat validats experimentalment. A més, cap dels models té en compte les pèrdues de tensió degudes a l'aigua líquida dins de la pila de combustible. Per tant, hi ha una necessitat de relacionar adequadament els efectes rellevants de la mecànica de fluids i de la dinàmica tèrmica, incloent l'aigua líquida, amb el voltatge de la pila de combustible. Principalment, són necessàries metodologies per a determinar els indicadors rellevants associats a aquest efecte de l'aigua sobre el rendiment de la pila de combustible. Els treballs publicats en [Husar, 2008] i [Husar, 2011] tracten la identificació experimental de paràmetres, centrada en el transport d'aigua a través de la membrana i els indicadors de pèrdua de tensió, respectivament. L'aplicació d'una proposta de metodologia de mesura indirecte dels indicadors permet l'aïllament dels tres tipus principals de pèrdues de voltatge en la pila de combustible: l'activació, el transport de massa i les pèrdues ohmiques. Aquests indicadors de pèrdua de tensió relacionen les condicions d'operació amb el voltatge de la pila de combustible i per tant poden ser utilitzats per a calibrar i validar models CFD, així com per a definir noves estratègies de control. D'altra banda, per a aconseguir sistemes fiables, el controlador no només ha de considerar els indicadors de funcionament de l'operació normal, sinó que també ha de detectar possibles fallades per a poder prendre les accions adequades en cas de fallada. Un estudi preliminar sobre indicadors de fallades es presenta en [Husar 2007] i una metodologia de detecció de fallades completa es descriu en [Lira de 2011]. En el seu conjunt, el compendi d'articles que formen aquesta tesi segueix un enfocament experimental i descriu la implementació de noves metodologies i procediments experimentals per a la caracterització i el modelatge de piles PEM i els sistemes associats amb objectius orientats al control eficient d'aquests sistemes. / La sociedad se ésta dando cuenta de que la industria energética actual, basada en el uso de combustibles fósiles, es ineficiente, muy contaminante y tiene un suministro limitado. Dentro de la comunidad científica, hay indicios de que el hidrógeno (H2) como vector energético, obtenido a partir de fuentes de energía renovables, puede representar una opción viable para mitigar los problemas asociados con la combustión de hidrocarburos. En este contexto, el cambio de la industria energética actual a una nueva estructura con una importante participación de H2 exige la introducción de pilas de combustible como elementos de conversión de energía. Las pilas de combustible de membrana polimérica (PEMFC) están ganando cada vez más atención como dispositivos viables de conversión de energía para una amplia gama de aplicaciones como automoción, estacionarias o portátiles. Con el fin de optimizar su rendimiento, las pilas PEM requieren un control activo y por lo tanto un conocimiento profundo de la dinámica del sistema, que incluye la mecánica de fluidos, la dinámica térmica y la cinética de las reacciones. Uno de los temas principales relacionado con el control adecuado de estos sistemas, es la comprensión de los mecanismos de transporte de agua a través de la membrana y la distribución de agua líquida. Esta tesis se basa en la publicación de nueve artículos en revistas internacionales que se dividen en 4 sub-temas: el modelado dinámico de pilas de combustible, el análisis orientado a control del sistema, la identificación de parámetros e indicadores de desempeño y, por último, la detección de fallos y la diagnosis. En el sub-tema de la modelización dinámica de pilas PEM, el modelado basado en Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) con validación experimental se ha utilizado para relacionar los efectos de los fenómenos físicos de la mecánica de fluidos y la dinámica térmica que se producen dentro de la pila [Alonso, 2009] [ Strahl, 2011] con la distribución de agua. Sin embargo, como estos modelos CFD no pueden ser utilizados directamente para el control, modelos orientados a control [Kunusch, 2008] [Kunusch, 2011] se han desarrollado en paralelo. Además, en otro estudio [Serra, 2006] se incluye un análisis de controlabilidad del sistema para el futuro desarrollo y aplicación de controladores eficaces. Pero los resultados de los estudios mencionados anteriormente son limitados, ya sea porque no incorporan un modelo electroquímico o bien porque no son validados experimentalmente. Además, ninguno de los modelos tiene en cuenta las pérdidas de tensión debidas al agua líquida dentro de la pila de combustible. Por lo tanto, hay una necesidad de relacionar adecuadamente los efectos relevantes de la mecánica de fluidos y la dinámica térmica, incluyendo el agua líquida, con la tensión de la pila de combustible. Principalmente, son necesarias metodologías para determinar los indicadores relevantes asociados al efecto del agua sobre el rendimiento de la pila de combustible. Los trabajos publicados en [Husar, 2008] y [Husar, 2011] tratan la identificación experimental de parámetros, centrada en el transporte de agua a través de la membrana y los indicadores de pérdida de tensió, respectivamente. La aplicación de una metodología propuesta de medición indirecta de los indicadores permite el aislamiento de los tres tipos principales de pérdidas de tensión en la pila de combustible: la activación, el transporte de masa y las pérdidas óhmicas. Éstos indicadores de pérdida de tensión relacionan las condiciones de operación con la tensión de la pila de combustible y por lo tanto pueden ser utilizados para calibrar y validar modelos CFD, así como para definir nuevas estrategias de control. Por otro lado, para conseguir sistemas fiables, el controlador no sólo debe considerar los indicadores de desempeño de la operación regular, sino que también debe detectar posibles fallos para poder tomar las acciones adecuadas en caso de fallo. Un estudio preliminar sobre indicadores de fallos se presenta en [Husar 2007] y una metodología de detección de fallos completa se describe en [Lira de 2011]. En su conjunto, el compendio de artículos que forman esta tesis sigue un enfoque experimental y describe la implementación de nuevas metodologías y procedimientos experimentales para la caracterización y el modelado de pilas PEM y los sistemas asociados con objetivos orientados al control eficiente de estos sistemas.

[ES] A pesar de la tendencia actual hacia la electrificación del transporte por carretera, los motores de combustión interna alternativos han sido esenciales en este sector y se espera que sigan siendo una tecnología con notable presencia durante las próximas décadas. Los vehículos de pasajeros actuales basados en motores de combustión interna son más ecológicos que los utilizados hace años, aunque todavía queda trabajo por hacer. Los sistemas de postratamiento están enfocados a minimizar tanto como sea posible el impacto de los motores de combustión interna en términos de emisiones contaminantes. En el caso de los motores de encendido provocado, los catalizadores de tres vías representan la tecnología más extendida en las últimas décadas, debido a su compacidad y buena relación precio-prestaciones. Estos convertidores son capaces de oxidar hidrocarburos y monóxido de carbono al mismo tiempo que reducen los óxidos de nitrógeno. No obstante, para lograr su mejor eficiencia, el dosado debe controlarse con precisión en torno a condiciones estequiométricas. En este sentido, los sistemas electrónicos de gestión del motor son esenciales para aprovechar las características de estos convertidores. En particular, las estrategias de control y diagnóstico desempeñan un papel clave para lograr una reducción efectiva de las emisiones en el amplio rango de condiciones de operación que se dan en condiciones de funcionamiento reales. El desarrollo de estas estrategias es fundamental, especialmente teniendo en cuenta el bajo nivel de emisiones permitido por las normativas de emisiones actuales y la tendencia hacia cero emisiones. El propósito de esta tesis doctoral es analizar el comportamiento del sistema de postratamiento en condiciones específicas pero a la vez muy comunes en conducción real, y desarrollar estrategias que proporcionen una reducción adicional de las emisiones en sistemas basados en catalizador de tres vías. Con la popularización de pequeños motores turboalimentados de encendido provocado, ha aumentado el uso de estrategias de barrido de la cámara de combustión para mitigar los típicos problemas de falta de par a bajo régimen. Esta tesis analiza el impacto de los pulsos de cortocircuito en el catalizador y en las sondas ¿. El proceso de cortocircuito de aire fresco al escape tiene un impacto importante en la dinámica intraciclo de la composición de los gases de escape. En particular, los pulsos de monóxido de carbono e hidrógeno seguidos por los pulsos de aire fresco perturban el normal funcionamiento del sensor de oxígeno. Por lo tanto, se ha propuesto un nuevo método para estimar la tasa de cortocircuito abordo. Este método permite corregir la desviación sufrida por el sensor y, por lo tanto, ayuda a reducir la penalización en emisiones de este tipo de estrategias. Para mejorar la eficiencia del catalizador en condiciones transitorias, no solo se requiere un control preciso del dosado aguas arriba del catalizador, sino que también resulta imprescindible considerar el comportamiento dinámico del convertidor en sí mismo. Por ejemplo, el almacenamiento de oxígeno es un buen indicador del estado del catalizador, pero no se puede medir directamente mediante sensores. Por lo tanto, el desarrollo de modelos es clave en las estrategias de control actuales, para poder estimar abordo diferentes parámetros relacionados con el estado del catalizador. Varios modelos de catalizador se han desarrollado en esta tesis doctoral para lidiar con diferentes cuestiones, desde la predicción de los efectos de la condensación de agua en la evolución de la temperatura del catalizador justo después del arranque en frío, a la cuantificación del nivel de envejecimiento, pasando por el control óptimo de purga del catalizador. / [CA] Malgrat la tendència actual cap a l'electrificació del transport per carretera, els motors de combustió interna alternatius han sigut essencials en aquest sector i s'espera que continuen sent una tecnologia amb notable presència durant les pròximes dècades. Els vehicles de passatgers actuals basats en motors de combustió interna són més ecològics que els utilitzats fa anys, encara que hi ha treball per fer. Els sistemes de post-tractament estan enfocats a minimitzar tant com siga possible l'impacte dels motors de combustió interna en termes d'emissions contaminants. En el cas dels motors d'encés provocat, els catalitzadors de tres vies representen la tecnologia més estesa en les últimes dècades, pel fet que són compactes i posseeixen bona relació preu-prestacions. Aquests convertidors són capaços d'oxidar hidrocarburs i monòxid de carboni al mateix temps que redueixen els òxids de nitrogen. No obstant això, per a aconseguir la seua millor eficiència, el dosatge ha de controlar-se amb precisió entorn de condicions estequiomètriques. En aquest sentit, els sistemes electrònics de gestió del motor són essencials per a aprofitar les característiques d'aquests convertidors. En particular, les estratègies de control i diagnòstic exerceixen un paper clau per aconseguir una reducció efectiva de les emissions en l'ampli rang de condicions d'operació que es donen en condicions de funcionament reals. El desenvolupament d'aquestes estratègies és fonamental, especialment tenint en compte el baix nivell d'emissions permès per les normatives actuals i la tendència cap a zero emissions. El propòsit d'aquesta tesi doctoral és analitzar el comportament del sistema de post-tractament en condicions específiques però alhora molt comunes en conducció real, i desenvolupar estratègies que proporcionen una reducció addicional de les emissions en sistemes basats en catalitzador de tres vies. Amb la popularització de xicotets motors amb sobrealimentació d'encés provocat, ha augmentat l'ús d'estratègies de curtcircuit per a mitigar els típics problemes de falta de parell a baix règim. Aquesta tesi analitza l'impacte dels polsos de curtcircuit en el catalitzador i en les sondes ¿. El procés de curtcircuit d'aire fresc té un impacte important en la dinàmica intra-cicle de la composició dels gasos. En particular, els polsos de monòxid de carboni i hidrogen seguits pels polsos d'aire fresc pertorben el normal funcionament del sensor d'oxigen. Per tant, s'ha proposat un nou mètode per a estimar la taxa de curtcircuit del motor. Aquest mètode permet corregir la desviació patida pel sensor i, per tant, ajuda a reduir la penalització en emissions d'aquest tipus d'estratègies. Per a millorar l'eficiència del catalitzador en condicions transitòries, no solament es requereix un control precís del dosatge aigües amunt del catalitzador, sinó que també resulta imprescindible considerar el comportament dinàmic del convertidor en si mateix. Per exemple, l'emmagatzematge d'oxigen és un bon indicador de l'estat del catalitzador, però no es pot mesurar directament mitjançant sensors. Per tant, el desenvolupament de models és clau en les estratègies de control actuals, per poder estimar els diferents paràmetres relacionats amb l'estat del catalitzador. Diversos models de catalitzador s'han desenvolupat en aquesta tesi doctoral per a tractar diferents qüestions, des de la predicció dels efectes de la condensació d'aigua en l'evolució de la temperatura del catalitzador just després de l'arrencada en fred, a la quantificació del nivell d'envelliment, passant pel control òptim de porga del catalitzador. / [EN] In spite of the current tendency towards the electrification of the road transport, internal combustion engines have been essential in this sector and it is expected to continue being a technology with a noticeable presence during next decades. Current passenger cars based on internal combustion engines are greener than those used years ago, although it is still a developing process. Aftertreatment systems are aimed to minimize as much a possible the impact of internal combustion engines in terms of pollutant emissions. In case of spark-ignited engines, three-way catalytic converters represent the most widespread technology during last decades, due to their compactness and cost-performance. These converters are capable to oxidise hydrocarbons and carbon monoxide while simultaneously reducing nitrogen oxide. Nonetheless, to achieve their best efficiency, the air-to-fuel ratio must be accurately controlled close to stoichiometric conditions. In this sense, electronic engine management systems are essential to take advantage of the features of these converters. In particular, control and diagnosis strategies play a key role to achieve an effective emissions reduction under the wide range of operating conditions that arise in real driving conditions. The further development of this strategies is fundamental, especially taking into account the low emissions level allowed by current regulatory procedures and the trend towards zero emissions. The purpose of this dissertation is to analyse the behaviour of the aftertreatment system under very specific but at the same time very common conditions, and developing strategies that provide a further emissions reduction for systems based on three-way catalyst. With the popularization of small turbocharged spark-ignited engines, the use of scavenging strategies to solve the typical low-end torque issues has increased. This dissertation analyses the impact of the short-circuit pulses on both three-way catalyst and ¿ sensors. The short-circuit process has an important effect on the in-cycle dynamics of the exhaust gas composition. In particular, the carbon monoxide and hydrogen pulses followed by fresh air pulses cause a sensor bias. Thus a new method to on-line estimate the short-circuit rate has been proposed. This method allows to correct the sensor bias and, therefore, help to reduce the emissions penalty. To improve the TWC efficiency under transient conditions, not only an accurate air-to-fuel ratio control upstream of the converter is required, but also to consider the dynamic behaviour of the converter itself. For example, the oxygen storage is the main responsible for the converter dynamics, and thus, a good indicator of the catalyst state, but it cannot be directly measured. Hence the development of models is key in current control strategies, to on-line track different parameters related with the state of the converter. Several models have been derived in this dissertation in order to fulfil different requirements, from the prediction of water condensation effects on the temperature evolution inside the converter just after cold-start, to the quantification of the ageing level, through the optimal catalyst purge control, or the air-to-fuel ratio disturbances rejection. / Real Minuesa, M. (2020). Modelling, control and diagnosis of aftertreatment systems based on three-way catalyst in spark-ignited engines [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/137040

Tesis por compendio / [ES] Con esta tesis se pretende dar solución a algunos de los problemas más habituales que aparecen en los Sistemas de control basados en red (NCS) como son los retardos variables en el tiempo, las pérdidas y el desorden de paquetes, y la restricción de ancho de banda y de recursos computacionales y energéticos de los dispositivos que forman parte del sistema de control. Para ello se ha planteado la integración de técnicas de control multifrecuencial, de control basado en paquetes, de control basado en predictor y de control basado en eventos. Los diseños de control realizados se han simulado utilizando Matlab-Simulink y Truetime, se ha analizado su estabilidad mediante LMIs y QFT, y se han validado experimentalmente en un péndulo invertido, un robot cartesiano 3D y en robots móviles de bajo coste. El artículo 1 aborda el control basado en eventos, el cual minimiza el ancho de banda consumido en el NCS mediante un control basado en eventos periódicos y presenta un método para obtener sus parámetros óptimos para el sistema específico en que se utilice. Los artículos 2, 4 y 6 añaden el control basado en paquetes, así como el control multifrecuencia, que aborda problemas de falta de datos por bajo uso del sensor y los retardos, pérdidas y desórdenes de paquetes en la red. También afrontan, mediante tecnicas de predicción basadas en un filtro de Kalman multifrecuencia variable en el tiempo, los problemas de ruido y perturbaciones, así como la observación de los estados completos del sistema. El artículo 7 hace frente a un modelo no lineal que utiliza las anteriores soluciones junto con un filtro de Kalman extendido para presentar otro tipo de estructura para un vehículo autónomo que, gracias a la información futura obtenida mediante estas técnicas, puede realizar de forma remota tareas de alto nivel como es la toma de decisiones y la monitorización de variables. Los artículos 3 y 5, presentan una forma de obtener y analizar la respuesta en frecuencia de sistemas SISO multifrecuencia y estudian su comportamiento ante ciertas incertidumbres o problemas en la red haciendo uso de procedimientos QFT. / [CA] Amb aquesta tesi es pretén donar solució a alguns dels problemes més habituals que apareixen als Sistemes de Control Basats en xarxa (NCS) com son els retards d'accés i transferència variables en el temps, les pèrdues y desordenament de paquets, i la restricció d'ampli de banda així com de recursos computacionals i energètics dels dispositius que foment part del sistema de control. Per tal de resoldre'ls s'ha plantejat la integració de tècniques de control multifreqüencial, de control basat en paquets, de control basat en predictor i de control basat en events. Els dissenys de control realitzats s'han simulat fent ús de Matlab-Simulink i de TrueTime, s'ha analitzat la seua estabilitat mitjançant LMIs i QFT, i s'han validat experimentalment en un pèndul invertit, un robot cartesià 3D i en robots mòbils de baix cost. L'article 1 aborda el control basat en events, el qual minimitza l'ampli de banda consumit a l'NCS mitjançant un control basat en events periòdics i presenta un mètode per a obtindré els seus paràmetres òptims per al sistema específic en el qual s'utilitza. Els articles 2, 4 i 6 afegeixen el control basat en paquets, així com el control multifreqüència, que aborda problemes de falta de dades per el baix us del sensor i els retards, pèrdues i desordre de paquets en la xarxa. També afronten, mitjançant tècniques de predicció basades en un filtre de Kalman multifreqüència variable en el temps. Els problemes de soroll i pertorbacions, així com la observació dels estats complets del sistema. L'article 7 fa referència a un model no lineal que utilitza les anteriors solucions junt a un filtre de Kalman estès per a presentar altre tipus d'estructura per a un vehicle autònom que, gracies a la informació futura obtinguda mitjançant aquestes tècniques, pot realitzar de manera remota tasques d'alt nivell com son la presa de decisions i la monitorització de variables. Els articles 3 y 5 presenten la manera d'obtindre i analitzar la resposta en frequencia de sistemes SISO multifreqüència i estudien el seu comportament front a certes incerteses o problemes en la xarxa fent us de procediments QFT. / [EN] This thesis attempts to solve some of the most frequent issues that appear in Networked Control Systems (NCS), such as time-varying delays, packet losses and packet disorders and the bandwidth limitation. Other frequent problems are scarce computational and energy resources of the local system devices. Thus, it is proposed to integrate multirate control, packet-based control, predictor-based control and event-based control techniques. The control designs have been simulated using Matlab-Simulink and Truetime, the stability has been analysed by LMIs and QFT, and the experimental validation has been done on an inverted pendulum, a 3D cartesian robot and in low-cost mobile robots. Paper 1 addresses event-based control, which minimizes the bandwidth consumed in NCS through a periodic event-triggered control and presents a method to obtain the optimal parameters for the specific system used. Papers 2, 4 and 6 include packet-based control and multirate control, addressing problems such as network delays, packet dropouts and packet disorders, and the scarce data due to low sensor usage in order to save battery in sensing tasks and transmissions of the sensed data. Also addressed, is how despite the existence of measurement noise and disturbances, time-varying dual-rate Kalman filter based prediction techniques observe the complete state of the system. Paper 7 tackles a non-linear model that uses all the previous solutions together with an extended Kalman filter to present another type of structure for an autonomous vehicle that, due to future information obtained through these techniques, can remotely carry out high level tasks, such as decision making and monitoring of variables. Papers 3 and 5, present a method for obtaining and analyzing the SISO dual-rate frequency response and using QFT procedures to study its behavior when faced with specific uncertainties or network problems. / This work was supported by the Spanish Ministerio de Economía y Competitividad under Grant referenced TEC2012-31506. / Alcaina Acosta, JJ. (2020). Design and implementation of event-based multi-rate controllers for networked control systems [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/159884 / Compendio

Цель исследования – оценка возможности использования электронного аудита в процедурах внешнего и внутреннего финансового контроля и аудита для повышения эффективности, результативности и точности этих процессов. Научная новизна работы заключается в следующем: систематизированы основные преимущества использования систем электронного аудита; проведен количественный анализ применения систем электронного аудита в российских компаниях; рассчитан предполагаемый экономический эффект от внедрения электронного программного обеспечения в деятельность служб внутреннего аудита в среднестатистической российской компании. Практическая значимость исследования заключается в возможности использования результатов анализа и предложений службами внутреннего аудита компаний, в любых государственных органах финансового контроля и мониторинга. Эффективность рекомендаций – предложенные автором рекомендации позволят обеспечить экономический эффект для средней организации - производителя около 4 % от ее выручки; для организаций, оказывающих услуги в области бухгалтерского учета и консультирования экономический эффект может выражаться в росте выручки на 20 %. / The purpose of the study is to assess the possibility of using electronic audit in the procedures of external and internal financial control and audit to improve the efficiency, effectiveness, and accuracy of these processes. The scientific novelty of the work is as follows: the main advantages of using electronic audit systems are systematized; carried out a quantitative analysis of the use of electronic audit systems in Russian companies; the expected economic effect from the introduction of electronic software in the activities of internal audit services in an average Russian company is calculated. The practical significance of the study lies in the possibility of using the results of the analysis and proposals by the internal audit services of companies, in any state bodies of financial control and monitoring. Efficiency of recommendations - the recommendations proposed by the author will provide an economic effect for an average organization - a manufacturer of about 4% of its revenue; for organizations providing services in the field of accounting and consulting, the economic effect can be expressed in a 20% increase in revenue.

Cette thèse est divisée en trois parties. Dans la première partie, nous commençons par décrire des résultats très connus en théorie du contrôle géométrique tels que le théorème de Chow-Rashevsky, la condition de rang de Kalman, l'application Entrée-Sortie et le test linéaire. De plus, nous définissons et nous étudions brièvement la contrôlabilité locale au voisinage d'un contrôle de référence au premier et au second ordre. Dans la deuxième partie, nous donnons une preuve élémentaire du lemme de Franks linéaire pour les flots géodésiques qui utilise des techniques basiques de théorie du contrôle géométrique. Dans la dernière partie, étant donnée une variété Riemanienne compacte, nous prouvons un lemme de Franks uniforme au second ordre pour les flots géodésiques et on applique le résultat à la théorie de la persistance. Dans cette partie, nous introduisons avec plus de détails les notions de contrôlabilité locale au premier et au second ordre. En effet, nous donnons un résultat de contrôlabilité au second ordre dont la preuve est longue et technique. / This thesis is devided into three parts. In the first part we begin by describing some well known results in geometric control theory such as the Chow Rashevsky Theorem, the Kalman rank condition, the End-Point Mapping and the linear test. Moreover, we define and study briefly local controllability around a reference control at first and second order. In the second part we provide an elementary proof of the Franks lemma for geodesic flows using basic tools of geometric control theory. In the last part, given a compact Riemannian manifold, we prove a uniform Franks' lemma at second order for geodesic flows and apply the result in persistence theory. In this part we introduce with more details notions of local controllability at first and second order. In fact, we provide a second order controllability result whose proof is long and technical.

No description available.