Ocean pollution and contamination of the water are serious problems because of its rapid increase and spread, having a negative effect on people, animals and the environment. Due to this, new technologies to monitor and measure environmental parameters are being developed. Remotely Operated Underwater Vehicles (ROVs) have become a commonly used robotic platform in oceanographic monitoring and analysis. The ROVBWSTI, designed by Fraunhofer IOSB-AST Institute, is an underwater modular vehicle capable of fulfilling numerous tasks, especially in the area of environmental sensoring. The motion of the ROV is commanded through a joypad controller, and functional requirements of autonomy are not implemented yet. Motivated by this fact, this master thesis focuses on the modelling of the dynamics of the remotely operated vehicle, considering its motion, existing ocean currents, effects of gravitation and buoyancy. Moreover, the concrete effect of the thrusters on the ROV is analysed and identified. Furthermore, the detailed identification of the dynamic and hydrodynamic parameters required in the model is considered, based on empirical estimations, computational methods and experimental tests. The obtained approach is simulated and optimized, using real motion trials as a reference. After the successful modelling, the design of an essential control system that includes set-point regulation and waypoint tracking is performed and simulated. As a result, it obtains an accurate dynamic model of the remotely operated vehicle that was successfully simulated and compared with real motion tests. On the other hand, the proposed control system applied to the model adequately achieves its purpose of regulation and way point tracking that allows the autonomy of the vehicle. / Tesis

El presente trabajo tiene por objetivo sentar las bases necesarias para el desarrollo, diseño, control e implementación de un sistema multiagente, específicamente sobre un conjunto de robots marítimos. Este tipo de sistema tiene varias aplicaciones. Desde el punto de vista académico, el proceso de establecer un patrón de formación deseado consiste en una tarea laboriosa y desafiante. Por otro lado, la idea de usar estos robots como un conjunto permite a las industrias navales y agencias meteorológicas reducir horas de trabajos de campo e investigación. Sin embargo, para lograr estos propósitos es necesario saber las características que presentan estos sistemas y las herramientas de software y hardware con las que se cuenta, de manera que se pueda elaborar una estrategia de control de formación. Esta información es detallada en la presente tesis, cuya estructura es la siguiente: El capítulo I presenta el Estado del arte de los vehículos autónomos de superficie. Se explica cómo se inició el interés por el estudio de dichos vehículos y los modelos que se han ido desarrollando en esta área de la robótica marítima. Teniendo en cuenta ello, se presenta adicionalmente un resumen de las técnicas y algoritmos empleados para lograr un adecuado control de formación de un sistema constituido por varios robots, en el que se señalan algunas diferencias. En el capítulo II se obtuvo el modelo matemático de un vehículo de superficie. En él se definen los sistemas de referencia necesarios para describir el movimiento del robot marítimo y se obtienen las ecuaciones cinemáticas y dinámicas mediante el uso de una matriz de rotación, la aplicación de las leyes de Newton, y principios de hidrodinámica e hidrostática. Así también, se explican los modelos usados para las perturbaciones que afectan al robot. El proceso de las pruebas experimentales es detallado en el Capítulo III. Se explica brevemente las características de los sensores y actuadores empleados, y además, se presentan los parámetros a tener en cuenta en las simulaciones desarrolladas. En el capítulo IV se presenta el diseño del controlador de formación. Se usan 2 enfoques para poder comparar los resultados obtenidos con cada una de las estrategias. Asimismo, en cada una de ellas se analiza la controlabilidad y estabilidad del esquema de formación deseado. El modelo que permite relacionar las fuerzas requeridas por el sistema con las fuerzas permitidas por los actuadores se explica detalladamente en el capítulo V. El capítulo VI presenta los resultados obtenidos con los controladores diseñados en el entorno de MATLAB-Simulink. Se muestra también el efecto de las perturbaciones sobre la formación y se distinguen las principales diferencias entre una y otra estrategia. Finalmente, se mencionan las conclusiones generales y trabajos futuros planteados, así como también se sugieren algunas recomendaciones. / Tesis

Teniendo en cuenta que a nivel global los fluidos son indispensables para los procesos industriales y por lo tanto el control de nivel en depósitos industriales es una de las necesidades más importantes del mercado, el presente trabajo muestra una aplicación de un sistema de control multivariable en un sistema hidráulico de cuatro tanques acoplados que emula el acoplamiento de nivel de los tanques, lo que representa una problemática típica de la industria. Se realiza un estudio del estado del arte con respecto al proceso que se utiliza incluyendo su dinámica y las soluciones previas con diferentes técnicas de control convencional, control moderno y control avanzado, y se escoge las técnicas de control que se implementan. Luego se desarrolla el modelamiento matemático de un sistema hidráulico de cuatro tanques acoplados para comprender las principales variables físicas involucradas en el proceso y se obtiene un modelo que se utiliza como objetivo de los sistemas de control que se diseñan. A partir del modelo matemático obtenido, se implementan dos sistemas de control predictivos multivariable y con los resultados que se obtienen se cuantifica la eficiencia de funcionamiento de ambos sistemas mediante parámetros estándar de desempeño con el objetivo de escoger el algoritmo de control que mejor desempeño muestra. A partir del algoritmo de control que se selecciona, se desarolla la propuesta de solución para la planta objeto de estudio con un controlador industrial comercial, y se realizan las pruebas experimentales necesarias para validar el funcionamiento del sistema de control seleccionado concluyendo que es posible mejorar el funcionamiento de la planta objeto de estudio mediante el uso de la técnica de control avanzada propuesta. / Tesis

La presente tesis se desarrolla en una empresa estatal del rubro petrolero que tiene como objetivo automatizar su Edificio de Oficinas principal. Se aborda desde la perspectiva del área de proyectos de La Empresa en donde el autor se encuentra laborando durante el desarrollo del presente trabajo. La problemática se basa en la necesidad que tiene La Empresa de automatizar su Edificio de Oficinas Principal debido a la inversión que trae la Ley de Modernización de dicha empresa. En particular, en la presente tesis se aborda El Sistema del Control de Accesos como problemática a resolver siendo parte de la problemática global de la automatización del edificio. El objetivo de la tesis es realizar el diseño del Sistema de Control de Accesos en el edificio de La Empresa que se encuentra en proceso de automatización. Se tiene siempre en cuenta la necesidad de que el Sistema debe estar preparado para integrarse con los demás sistemas del edificio que se instalarán en un futuro. / Tesis

En el presente trabajo de tesis se realizó el estudio y modelamiento matemático del intercambiador de calor presente en el laboratorio de Control y Automatización de la Sección Electricidad y Electrónica de la Pontifica Universidad Católica del Perú (PUCP). Debido a que no se cuenta con información interna del equipo, se planteó realizar el modelamiento mediante pruebas experimentales. Por tanto, se utilizaron los fundamentos brindados por la Identificación de Sistemas para obtener un modelo matemático válido que describa adecuadamente el comportamiento de la planta estudiada. Inicialmente, se utilizó técnicas de Identificación No Paramétrica para obtener características generales de la dinámica de la planta. Posteriormente, se utilizó esta información para planificar el experimento de Identificación Paramétrica. En el experimento de Identificación Paramétrica se utilizó comandos del System Identification Toolbox de MATLAB para realizar el diseño de la señal de entrada, la estimación de modelos paramétricos y su respectiva validación. Asimismo, se realizó el diseño de sistemas de control en lazo cerrado aplicados al modelo obtenido que presenta mayor similitud con el comportamiento de la planta real. Este diseño contempló el uso de dos tipos de controladores: un controlador PID y un controlador PID con Predictor de Smith. Finalmente, se realizaron simulaciones de los sistemas de control empleando los controladores diseñados y se analizaron los resultados obtenidos. / Tesis

Actualmente, es preocupante que el Perú invierta solo el 0.15% del PBI para la investigación y desarrollo tecnológico considerando que el promedio en América Latina es de 0.7% [1]. Es por ello, la importancia de ser un país que no solo exporte materia prima, sino también conocimientos y nuevas tecnologías [2]. Esta tendencia nacional influye en los diferentes sectores empresariales, en este caso, innovación y desarrollo para el uso de vehículos subacuáticos autónomos (AUV). Por tal motivo, se presenta el diseño de un sistema de estabilización para un AUV, el cual es capaz de estabilizar los giros en el eje Y (pitch), los giros en el eje Z (yaw) y la profundidad. Este sistema permite que el AUV mantenga el vector dirección y la profundidad dados por el módulo generador de trayectoria existente en el sistema, controlando así los motores de los timones verticales y horizontales ubicados en la cola del AUV. Esto se logra por medio de un controlador PID, el cual se conseguirá por medio de la simulación de un modelo matemático con los parámetros propios del vehículo. / Tesis

Los sistemas de computación de tiempo real son componentes críticos de la infraestructura tecnológica de cualquier país industrializado. Son de aplicación imprescindible en robótica, aviónica, manufactura automatizada, sistemas de control, etc. Constituyen, como consecuencia, una de las áreas de más rápido crecimiento dentro de la disciplina. Existen diferen-tes componentes (sistemas operativos, lenguajes de progra-mación, arquitecturas) que caracterizan a dichos sistemas. Pero la diagramabilidad, entendida como el cumplimiento de to-das las restricciones temporales del sistema y la asignación de un conjunto de tareas a un conjunto de procesadores cum-pliendo cada una de ellas con las restricciones de recursos, de asignación, de comunicaciones y de precedencia aparece en-tre las más importantes. Cada día más y mejores sistemas de tiempo real, dependen de sistemas basados en multiprocesa-dores. Desdichadamente se conoce poco acerca de la asigna-ción y la diagramación basada en múltiples procesadores. Esto se debe por un lado a que la complejidad de los resultados muestra que la mayoría de estos sistemas son NP-duros y por otro a que la experiencia adquirida en el manejo de estos sis-temas no es mucha. Como consecuencia hay un número redu-cido de heurísticas que emergen como una de las pocas herra-mientas disponibles para resolver el problema. Este consiste en asignar un conjunto de tareas de tiempo real duro, apropia-bles, sobre un conjunto de procesadores heterogéneos, cum-pliendo restricciones de tiempo, ubicación, memoria, comunica-ciones y precedencia. Esta tesis tiene como base trabajos pu-blicados en revistas y actas de congresos de arbitraje riguro-so. El primero de ellos es publicado en el Real Time Systems Journal y se denomina A Heuristic Approach to the Multitask-Multiprocessor Assignment Problem Using The Empty-Slots method and Rate Monotonic Scheduling, el cual usando como premisa esencial todas la restricciones antes enumeradas,des-cribe y compara con otros métodos la heurística de asignación implementada. En esta heurística fue utilizado por razones de velocidad y de mantenimiento en memoria de información útil, el cálculo de las ranuras libres disponibles en un determinado intervalo de tiempo. Estos resultados fueron publicados en el Journal Información Tecnológica bajo el titulo de Sincroniza-ción de tareas en Tiempo Real Duro utilizando el método de las Ranuras Vacías. Sobre la base de estos resultados prelimi-nares obtenidos, se refinaron los métodos heurísticos incorpo-rando parámetros sintonizables que guían el proceso de asig-nación para obtener distintos tipos de soluciones (e.g. con red de comunicación interprocesadores más descargada). El diseño de parámetros que relacionen las restricciones de comunicaciones, tiempo y recursos que vayan sintonizándose durante el proceso heurístico de asignación permiten obtener soluciones orientadas. En el método sintonizado las asignacio-nes de tareas a procesadores se hacen desde una pila de ta-reas a una pila de procesadores, cada una ordenada de acuer-do a un cierto criterio. En lugar de usar criterios únicos, se pueden constituir varias pilas de acuerdo a distintos criterios. A partir de las mismas se forman polinomios cuyos coeficien-tes son los parámetros diseñados y cuyas variables son los ordinales asociados a la posición en cada una de las pilas. El valor de esos polinomios permite construir pilas de tareas y de procesadores, con criterios combinados que posibilitan optimi-zar el proceso de asignación. Está mejora a la heurística base fue publicada en Proc 8th IEEE Euromicro Workshop on Real Time Systems: Tuning Parameters to improve a Heuristic Method, More and Better Solutions to an NP-Hard Real Time Problem. Principalmente se confrontan los resultados obteni-dos con los alcanzados por autores que utilizan Recocido Si-mulado (Simulated Annealing) o bien otro tipo de heurísticas para obtener una solución subóptima al problema de asigna-ción. Como soporte a los algoritmos se diseñó y construyó un generador aleatorio de problemas. El mismo permitió probar y comparar los métodos desarrollados. El generador produce aleatoriamente grafos acíclicos, orientados y con propiedad de clausura transitiva, que representan subconjuntos de tareas con relaciones de precedencia. Obtenido un grafo base, es posible generar aleatoriamente (dentro de cotas preestable-cidas) períodos, tiempos de ejecución, requerimientos de re-cursos y longitud de mensajes intercambiados entre las distin-tas tareas que componen el grafo. La instanciación de diver-sos grafos, cada uno de los cuales se usa como base para la generación de problemas con distintos períodos, factores de utilización, memoria, etc., conduce al planteo de problemas en el orden de miles para poder validar conclusiones estadísticas experimentales. Con los datos obtenidos experimentalmente se construyeron curvas que caracterizan la relación de éxito obtenida por cada método para la resolución del problema ata-cado, utilizando al efecto los problemas generados mediante el dispositivo mencionado anteriormente. La comparación con otros métodos se ve dificultada por el hecho de que no hay una norma de ensayo y cada autor elige la especificación del problema al cual aplica su método. Sin embargo pequeñas va-riaciones en la especificación pueden producir grandes varia-ciones en el resultado. Debe hacerse notar que el grupo de investigación en STR nucleado en el laboratorio de Sistemas Digitales de la Universidad Nacional del Sur, es relativamente reducido y de mucha interacción entre sus integrantes. Debi-do a esto último, los trabajos tienen, la mayoría de las veces, varios autores. Como regla, sin embargo, cada trabajo puede ser usado como apoyo de sólo una tesis y corresponde a algu-no de los dos primeros autores. La tesis esta presentada de la siguiente forma: un capítulo inicial en el que se realiza una introducción a los sistemas distribuidos de tiempo real, plan-teando el problema de asignación de un conjunto de tareas a procesadores distribuidos en un entorno de tiempo real duro y las técnicas de solución mas comúnmente usadas. En el se-gundo capítulo se describe el modelo utilizado y las restriccio-nes a satisfacer para obtener una asignación. En el tercero se describe las heurísticas desarrolladas y el generador de proble-mas utilizado para los ensayos, comparando los algoritmos implementados, con otros existentes (eg: Recocido Simulado) a partir de lo cual se extraen conclusiones.

Los sistemas de Tiempo-Real son de indudable importancia en: ambientes industriales automatizados, aviónica, robótica, medicina, transacciones bancarias e incluso entretenimiento entre otros. Han dejado de ser exclusivos de complejas apli-caciones militares de defensa para convertirse en una realidad cotidiana. Por lo tanto, rápidamente nos volvemos más y más dependientes del buen funcionamiento de los mismos. Una visión de su importancia es expresada acabadamente por Lui Sha [48] en un artículo del cual se transcribe un párrafo: Los sistemas de cómputo en tiempo real son críticos en la infraes-tructura tecnológica de una nación industrializada. Sistemas modernos de telecomunicaciones, fábricas, sistemas de defen-sa, aviones y aeropuertos, navegación espacial, experimentos de física de alta energía no pueden operar sin ellos. Efectiva-mente, los sistemas de cómputo de tiempo real controlan mu-chos de los sistemas que nos hacen productivos, resguardan-do nuestra libertad, permitiéndonos explorar nuevas fronteras de la ciencia y la ingeniería. Debido a que el campo de apli-cación principal de los desarrollos sobre el tema es el indus-trial y el soporte de comunicaciones en entornos multime-diales, se optó por estu-diar el tema considerando las redes normalizadas. Dentro de este marco se analizarán los proto-colos y sus mecanismos de prioridades, atacando el problema crítico de identificar el peor caso de carga de un sistema dado y determinar a priori si el mismo es factible. Por otro lado, el análisis de los sistemas desde el punto de vista de las comu-nicaciones y sus caracte-rísticas temporales, es extendido a otros sistemas de tiempo real tal como la diagramabilidad de tareas de tiempo real en sistemas multitarea-monoprocesador. Se desarrolla un modelo de diagramador aplicable a distintas instancias del modelo mul-tiusuariomonorecurso contemplando aspectos tales como la implementación de diagramadores imperfectos que provocan inversiones de prioridad, restriccio-nes debidas a un número limitado de niveles de prioridad, las sobrecargas impuestas por el diagramador, el comportamiento de sistemas con requerimientos mixtos (usuarios de tiempo real y usuarios no de tiempo real) y las particularidades de los diagramadores distribuidos (caso típico en redes) y de los diagramadores concentrados(S.O. multiusuario monoproce-sador).

El control ambiental en invernaderos permite replicar las zonas de vida o microclimas de cualquier variedad de cultivo. La estructura del invernadero brinda protección al cultivo contra los factores externos y el sistema de control monitorea y regula las variables ambientales en el interior. El cerebro del sistema de control es un microcontrolador, el cual alberga en su memoria un algoritmo que gobierna el comportamiento del invernadero. En este trabajo se propone el diseño e implementación de un sistema de control microclimático de temperatura, humedad e iluminación para la preservación de orquídeas endémicas del Perú en un invernadero ubicado en el distrito de Ate, Lima. Se dispone de un prototipo de invernadero, propiedad de la empresa peruana Incatech S.A.C. Se planteó replicar tres de las principales zonas de vida de orquídeas endémicas del Perú mediante el control de la temperatura y humedad relativa. El algoritmo de control está basado en la lógica difusa para la temperatura y humedad. Se utilizó lógica on/off para el control de la iluminación dentro del invernadero. El sistema de control planteado replicará y mantendrá automáticamente los parámetros de cada zona de vida alrededor de un valor medio establecido con una desviación máxima de ± 3 °C de temperatura y ± 5 % de humedad relativa. Se requiere un sistema de control que establezca la zona de vida en un tiempo menor a 15 minutos al iniciar su funcionamiento o al cambiar de una zona de vida a otra. Para la medición de la temperatura y humedad se seleccionó el sensor DTH22 que provee un rango de medición de - 40 a 100 °C y 0 a 100% respectivamente. La medición de la intensidad luminosa se realiza mediante un fotoresistor (LDR) que permite al sistema diferenciar entre el día y la noche. Se implementó una resistencia calefactora para incrementar la temperatura interior y dos de ventiladores axiales para disminuirla. Para incrementar y disminuir la humedad relativa se utilizó un humidificador ultrasónico y un extractor de aire respectivamente. El sistema de iluminación comprende de 20 leds ultrabrillantes de color blanco distribuidos en 4 arreglos de 5 leds cada uno. Finalmente se desarrolló una interfaz gráfica para el control y monitoreo del invernadero por medio de una computadora. Se realizaron las pruebas del sistema de control e interfaz de usuario en ambos modos. El modo automático logra replicar las tres zonas de vida de las orquídeas endémicas, el modo manual permite al operador activar y variar los actuadores a diferentes potencias. / Tesis

El algodón peruano (también llamado “oro blanco”) es considerado como uno de los mejores materiales en la industria textil del mundo. No obstante, en las últimas décadas, nuestro país ha enfrentado una pérdida de competitividad frente a variedades extranjeras y frente a otros cultivos. Una de las razones de este hecho es la escasa tecnología que existe debido a la poca inversión en estas prácticas agrícolas, específicamente en el control de malezas, las cuales pueden afectar hasta en un 90% la cosecha cuando no se efectúa ningún tipo de medida preventiva o correctiva. Dicha tarea es usualmente realizada a través de una labor manual o de un control químico. El primero exige mucho esfuerzo por parte de los trabajadores y demanda, asimismo, mucho tiempo. El segundo es perjudicial para el medio ambiente y requiere que su uso se realice por expertos, aumentando su costo. Es por ello que en el presente trabajo se planteó el diseño de un sistema mecatrónico con autonomía energética capaz de realizar la tarea de remoción mecánica de malezas en un cultivo con 120 cm de distancia entre surcos y 40 cm de distancia entre plantas. El sistema cuenta con un móvil que se moviliza a través de los surcos del cultivo siguiendo una trayectoria definida por el usuario. El control de seguimiento se logra haciendo uso de un sistema de localización y navegación basado en datos de sensores tipo IMU y GPS. El móvil cuenta con un sistema de suspensión basado en un mecanismo diferencial que permite que las ruedas estén siempre en contacto con el suelo. Finalmente, la detección de plantas, que acciona el removedor de malezas, se logra procesando información de una cámara. La metodología del diseño empezó con la delimitación del trabajo y búsqueda de información para poder desarrollar conceptos de solución y elegir el vehículo óptimo. Se definieron las funciones, las lógicas de control, los sensores y actuadores y la estructura mecánica para poder cumplir con los requerimientos propuestos. Como resultado, se tiene un móvil con un costo bajo (tomando en cuenta que actualmente no existen productos comerciales similares), que utiliza los componentes necesarios para darle una autonomía energética al sistema de aproximadamente 2 horas. Las estrategias de control planteadas permiten que el móvil se traslade por el cultivo sin la necesidad de la supervisión o intervención de un operador. / Tesis