La detección y localización de fugas en ductos de transporte de crudo de petróleo es un tema de suma relevancia debido a que estos eventos conllevan a cuantiosas pérdidas a nivel económico, contaminación ambiental y conflictos sociales. Este estudio propone el diseño de un sistema de detección y localización de fugas basado en el Filtro de Kalman Extendido aplicado a un modelo no lineal en tiempo discreto con ruido de medición y proceso correlacionado. Se desarrolla la solución numérica del modelo matemático para el transporte de crudo de petróleo en el Tramo I del Oleoducto Norperuano (ONP), considerando; el perfil hidráulico, las características físicas del ducto y las propiedades del crudo transportado, empleando el método de características (MOC), método que facilita la implementación del modelo sobre un controlador industrial. La simulación del algoritmo de detección de fugas considera las mediciones de los sensores de presión y flujo en los extremos del oleoducto, y junto al filtro diseñado garantizan un error porcentual en la ubicación de fuga igual a 0.918 % (169.27 metros) y un error porcentual en la magnitud igual a 1.028 % (4.53 xx 10-3 mm3/ss). Asimismo, se realizaron pruebas para magnitudes de fuga repentina del 1%, 2%, 5% y 10% con respecto al flujo nominal transportado en diferentes ubicaciones dentro del recorrido. Se concluye el trabajo con una propuesta de implementación del sistema de detección de fugas sobre un controlador PLC CompactLogix, de Allen Bradley, y las consideraciones para la interconexión con el sistema SCADA existente en la operación del Oleoducto Norperuano (ONP).

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

Actualmente, en el ámbito internacional, existe una creciente crisis energética la cual implica manejar de forma responsable y óptima los combustibles fósiles poniendo énfasis en los equipos que tienen un alto consumo de esta clase de combustibles, entre los que se encuentran las calderas. En esta tesis se desarrolla una estrategia de control avanzado para el control de la presión de vapor en una caldera pirotubular de una planta de fosfato bicálcico. El fosfato bicálcico es un producto utilizado como suplemento alimenticio de los animales. La presente tesis tiene como objetivo general el diseño de un controlador de matriz dinámica (DMC) para el control efectivo de la presión de vapor en una caldera pirotubular de una planta de producción de fosfato bicálcico, para garantizar un suministro estable de vapor, así como un aumento de la eficiencia del proceso de generación de vapor. En el primer capítulo se describe el estado del arte de los sistemas de control de la combustión en calderas pirotubulares. En el segundo capítulo se desarrolla la identificación de la presión del vapor en la caldera pirotubular objeto de estudio. En el tercer capítulo se diseña un controlador DMC de la presión de vapor, y se realiza un estudio del desempeño del sistema de control mediante simulaciones. En el cuarto capítulo se realiza un estudio comparativo de la robustez y desempeño del controlador DMC diseñado. Los resultados obtenidos en el desarrollo de la tesis revelan que el controlador DMC constituye una poderosa ley de control efectivo y fiable de la presión de vapor en calderas pirotubulares.

Este trabajo tiene como objetivo fundamental el desarrollo de un sistema de supervisión para una planta piloto de transporte de fluidos. El diseño se basó en las funciones básicas de un sistema SCADA, y aprovechar los beneficios que brindan estos sistemas. La planta piloto representa a pequeña escala, una red de tuberías para el transporte de fluidos, la cual ha sido implementada para emular el transporte de petróleo, ésta planta se encuentra ubicada en el Laboratorio de Control y Automatización de la Pontificia Universidad Católica del Perú. En este trabajo se realizaron trabajos experimentales en la instalación de la planta piloto, que permitieron familiarizarse con su instrumentación y funcionamiento, para luego poder identificar su comportamiento dinámico, principalmente la variación del flujo en sus tuberías representado mediante un modelo matemático, posteriormente se diseñó y simuló el sistema de supervisión en correspondencia con los requerimientos establecidos, finalmente se implementó el sistema de supervisión diseñado en la planta piloto. La implementación del sistema diseñado permitió supervisar el transporte de fluidos en la planta piloto, cumpliendo de manera satisfactoria los requerimientos en el contexto de un sistema SCADA. Se alcanzó el objetivo de la tesis, teniendo como resultado que el sistema de supervisión implementado permite controlar la operación de la planta piloto, recopilar información de las variables en tiempo real, así como detectar fallos en la tubería de transporte de fluidos y generar alertas o alarmas al operador.

This Master’s Thesis is devoted to the analysis and design of a control structure for the nanopositioning system LAU based on the dynamic control allocation technique. The objective is to control the vertical displacement with nanometer precision under a control effort distribution criterion among the actuator set. In this case, the pneumatic actuator is used as a passive gravity compensator while the voice coil motor generates the transient forces. The analysis of the system characteristics allows defining the design criterion for the control allocation. In this direction, the proposed dynamic control allocation stage considers a frequency distribution of the control effort. The lower frequency components are assigned to the pneumatic actuator while the higher frequencies are handled by the voice coil drive. The significant actuator dynamics are compensated through a Kalman filter approach. The position controller is based on a feedback linearization framework with a disturbance observer for enhanced robustness. The experimental validation demonstrates the feasibility of the proposed technique. / Diese Masterarbeit widmet sich der Analyse und dem Entwurf einer Regelungsstruktur für das Nanopositioniersystem LAU. Dabei werden Methoden untersucht, welche das notwendige Stellsignal auf zwei Aktoren aufteilen. Ziel ist es, die vertikale Verschiebung des LAU mit Nanometerpräzision zu regeln. In diesem Fall wird der pneumatische Aktor als passiver Schwerkraftkompensator verwendet, während die elktromagnetische Tauchspule die transienten Kräfte erzeugt. Die Analyse der Eigenschaften des LAUSystems ermöglicht die Definition der Entwurfskriterien zur Aufteilung der Stellgröße. In dieser Richtung berücksichtigt die vorgeschlagene dynamische Methode eine Aufteilung der Stellgröße bezüglich der Frequenzanteile. Die niederfrequenten Komponenten werden dem pneumatischen Aktor zugeordnet. Dem elektromagnetische Aktor werden die verbliebenen hochfrequenten Anteile zugeordnet. Die signifikanten Effekte der Aktordynamik in Bezug auf die Bewegungsdynamik werden durch einen Kalman- Filteransatz kompensiert. Nichtlineare Streckenanteile werden basierend auf dem Modell und einem Störbeobachter kompensiert, sodass der verbleibende Anteil des Positionsreglers mit linearen Methoden entworfen werden kann. Die experimentelle Validierung zeigt die Effektivität des untersuchten Konzeptes. / Tesis

El presente trabajo se centró en la necesidad de desarrollar sistemas estándares para la prueba de componentes rotativos pertenecientes a equipos de maquinaria pesada y tuvo como objetivos los de investigar acerca de las necesidades, requerimientos y características necesarias de un sistema de simulación dinámica de funcionamiento de ruedas, para posteriormente plantear y definir un concepto de solución adecuado para un banco de pruebas automatizado de ruedas delanteras de camiones mineros que pueda satisfacer las pautas planteadas y permita comprobar el correcto funcionamiento de estos componentes. Luego de definir las exigencias del contexto en el que se propuso para el sistema automatizado, se procedió a definir los diferentes conceptos de solución disponibles para la propuesta, para los cuales se realizó primero una definición del estado de las tecnologías relacionadas con las que se cuentan actualmente. Para el desarrollo de los conceptos de solución y selección del modelo final, se adaptó la metodología de sistemas técnicos y productos (VDI 2221). Finalmente, se realizó un análisis técnico-económico para elegir a la solución que sea la más óptima, siendo esta considerada como la opción que cuente con un balance homogéneo entre beneficios técnicos y económicos.

El presente trabajo tiene por intención sentar las bases necesarias para el desarrollo de sistemas de control y su implementación en los canales de riego más representativos del Perú. Partiendo de la problemática actual en que los recursos hídricos están siendo cada vez más escasos y en el futuro cercano el Perú será uno de los países más afectados de Latinoamérica por los cambios climáticos, lo que ocasionará un estrés hídrico permanente. Ello implica que se requiera la utilización de técnicas adecuadas para una distribución eficiente del agua de acuerdo a las demandas establecidas por los regantes. En este contexto se plantea una solución desde el punto de vista de la Ingeniería de Control y Automatización; con el desarrollo de un controlador neuro-difuso con predictor de Smith (NDPS), a partir de un modelo obtenido mediante técnicas de identificación de sistemas, tomando como base un tramo del canal principal “Imperial de Aragón”, ubicado en la confederación hidrográfica del río Ebro en España. Dicho planteamiento podría luego extenderse mediante su adecuación a otras estructuras hidráulicas como por ejemplo a la primera etapa del Proyecto Chavimochic en la Región la Libertad – Perú. En el capítulo 1, se desarrolló el estado del arte a nivel internacional, el cual consistió en la descripción de los canales principales de riego, sus partes, elementos empleados en la regulación de flujo de agua y de los sistemas de control de la distribución de agua en canales principales de riego. Se aborda en el ámbito nacional la problemática actual que afronta el Perú en cuanto a infraestructuras hidráulicas adecuadas y carencia de sistemas de medición y control de la distribución de agua. En el capítulo 2, se obtuvo un modelo matemático que describe el comportamiento dinámico de un tramo de canal de riego. Para ello se consideraron diversas estructuras de modelos de caja negra y validación para la determinación del mejor modelo. Finalmente se realizó la transformación del modelo obtenido en tiempo discreto a tiempo continuo. En el capítulo 3 se desarrolló el diseño de un controlador neuro-difuso con predictor de Smith para controlar la apertura de la compuerta equivalente aguas arriba de un tramo de un canal principal de riego. Para ello se estableció un modelo discreto en espacio-estado equivalente y en base a las variables de estado establecidas la determinación de un rango de variabilidad para la construcción de una base de reglas. Posteriormente la incorporación de dichas reglas dentro de una estructura neuro-difusa. Además, la incorporación de un predictor de Smith para compensar el retardo de tiempo presente en la dinámica de la planta, con realimentación proporcionada por las salidas estimadas de un filtro de Kalman. Finalmente la comparación del controlador NDPS con un PI con predictor de Smith y evaluación de sus comportamientos. En el capítulo 4 se realizó la propuesta de implementación práctica del controlador desarrollado con la selección de instrumentos para la medición de variables de nivel y posición, la selección de un controlador local y un sistema de monitoreo. Además la selección de los protocolos de comunicación entre los distintos elementos. / Tesis

La presente tesis tiene por finalidad el diseño de un sistema para comandar un brazo robótico de asistencia que estará montado sobre una silla de ruedas automatizada, y cuya operación será por medio de señales EEG, con el objetivo de asistir a pacientes postrados con limitaciones de discapacidad muscular en miembros superiores, esclerosis lateral amiotrófica, lesión de la médula espinal, entre otros. El trabajo se enfoca en la implementación de un sistema basado en el procesamiento de señales cerebrales producto de estímulos visuales modulados a frecuencias específicas, con las cuales será posible clasificar y definir comandos de movimientos básicos sobre el brazo robótico. Todo ello con el objetivo de reducir fatigas mentales producto del uso de otras técnicas, como las cognitivas, que requieren mayor esfuerzo de concentración y muchas horas de entrenamiento previo para su correcto funcionamiento. Así mismo, la investigación muestra los criterios para la implementación del sistema de generación de estímulos visuales y resultados de los experimentos durante la adquisición, el procesamiento y clasificación de las señales recolectadas a partir de un dispositivo BCI portátil, con características limitadas en precisión y ancho de banda. / Tesis

En esta tesis de maestría, se aborda el problema de identificar los parámetros de ponderación en las funciones de coste definidas por un problema de control óptimo. Debido a la naturaleza del problema, abordado como un problema inverso, el enfoque de este trabajo es asegurar el buen planteamiento de los problemas de control óptimo inverso, un aspecto crucial que garantiza la viabilidad, unicidad y estabilidad de las funciones de coste estimadas. El estudio emplea la metodología del regulador cuadrático lineal (LQR) dentro de un sistema lineal. Un aspecto central de esta investigación es la determinación de los parámetros Q y R en el enfoque LQR, que desempeñan un papel fundamental en la definición de la eficiencia y la eficacia del sistema de control. La tesis examina cómo pueden elegirse óptimamente estos parámetros y el impacto que tienen en el rendimiento del sistema. Además, el estudio explora el uso de restricciones para mejorar la respuesta transitoria del sistema, un factor importante en el diseño de sistemas de control, garantizando que el sistema alcance rápida y eficazmente los requisitos de diseño deseados. En este trabajo se propone un enfoque de dos niveles para resolver el problema de control óptimo inverso. Se trata de utilizar programación semidefinida para recuperar los parámetros de la función de coste y evaluar la optimalidad de la solución. Además, se aborda el problema para encontrar las condiciones para minimizar la función de coste, estimando los parámetros Q y R a partir de las leyes de control observadas, y aplicando restricciones para la optimización. Se concluye con resultados que demuestran la mejora de la respuesta del sistema y un método alternativo que reduce la dependencia de la matriz de ganancia K. / In this master thesis, we address the problem to identify the weighting parameters in the cost functions defined by an optimal control problem. Due to the nature of addressed problem as an inverse problem, the focus of this work is to ensure the well-posedness of inverse optimal control problems, a crucial aspect that guarantees the feasibility, uniqueness, and stability of the estimated cost functions. The study employs the Linear Quadratic Regulator (LQR) methodology within a linear system. Central to this research is the determination of the parameters Q and R in the LQR approach, which play a pivotal role in defining the efficiency and effectiveness of the control system. The thesis examines how these parameters can be optimally chosen and the impact they have on system performance. Additionally, the study explores the use of constraints to enhance the transient response of the system, a significant factor in control system design, ensuring that the system quickly and effectively reaches its desired design requirements. A two-level approach to solving the inverse optimal control problem is proposed in this work. It involves using semidefinite programming to recover cost function parameters and evaluating the optimality of the solution. Also, we address the problem to finding conditions for minimizing the cost function, estimating parameters Q and R from observed control laws, and applying constraints for well-posedness. It concludes with results demonstrating improved system response and an alternative method that reduces dependence on the K-gain matrix. / In dieser Masterarbeit befassen wir uns mit dem Problem der Identifizierung der Gewichtungsparameter in den Kostenfunktionen, die durch ein optimales Kontrollproblem definiert werden. Da es sich bei dem behandelten Problem um ein inverses Problem handelt, liegt der Schwerpunkt dieser Arbeit auf der Sicherstellung der Wohlgeformtheit von inversen Optimalsteuerungsproblemen, einem entscheidenden Aspekt, der die Machbarkeit, Eindeutigkeit und Stabilität der geschätzten Kostenfunktionen garantiert. In der Studie wird die Methode des linearen quadratischen Reglers (LQR) in einem linearen System angewandt. Im Mittelpunkt dieser Untersuchung steht die Bestimmung der Parameter Q und R im LQR-Ansatz, die eine zentrale Rolle bei der Definition der Effizienz und Effektivität des Steuerungssystems spielen. In der Arbeit wird untersucht, wie diese Parameter optimal gewählt werden können und welchen Einfluss sie auf die Systemleistung haben. Darüber hinaus untersucht die Studie die Verwendung von Nebenbedingungen zur Verbesserung des Einschwingverhaltens des Systems, einem wichtigen Faktor beim Entwurf von Regelsystemen, um sicherzustellen, dass das System die gewünschten Entwurfsanforderungen schnell und effektiv erreicht. In dieser Arbeit wird ein zweistufiger Ansatz zur Lösung des inversen optimalen Steuerungsproblems vorgeschlagen. Dazu gehört die Verwendung der semidefiniten Programmierung, um die Parameter der Kostenfunktion zu ermitteln und die Optimalität der Lösung zu bewerten. Außerdem befassen wir uns mit dem Problem, Bedingungen für die Minimierung der Kostenfunktion zu finden, die Parameter Q und R aus den beobachteten Kontrollgesetzen zu schätzen und Einschränkungen für die Wohlgeformtheit anzuwenden. Abschließend werden Ergebnisse vorgestellt, die eine verbesserte Systemantwort und eine alternative Methode zeigen, die die Abhängigkeit von der K-Gain-Matrix verringert.

Actualmente, la empresa Plástico Ramos S.R.L cuenta con un proceso de producción de fólderes de plástico manual, lo que implica elevados porcentajes de error y costos de producción. El proyecto, con la referida empresa, consiste en automatizar el citado proceso con la finalidad de mejorar su eficiencia y rentabilidad, lo que permite obtener un aumento de su competitividad en el mercado peruano. Para ello se creará un prototipo de máquina que fabrique los fólderes de plástico de manera automática y se deberá implementar en las instalaciones de la planta de producción de la empresa. Consecuentemente, el objetivo de esta tesis es diseñar la electrónica de control de uno de los subsistemas de este prototipo, que realice las operaciones de corte y habilitado de una de las piezas del producto: la pieza luna; a través de la identificación de los requerimientos clave del proceso de fabricación para la selección de los componentes electrónicos que serán acoplados al diseño mecánico. Esto comprende enderezar el PVC rígido (material base de la pieza), por medio del sensado y control de temperatura; así como, cortarlo de la forma adecuada para su traslado y ensamble al producto final. Los resultados de las simulaciones y pruebas realizadas, correspondientes al diseño y la lógica de funcionamiento propuesto, demuestran que se cumplen los requerimientos mínimos mecánicos de temperatura, torque, velocidad, posición, que permitirán su futura implementación reduciendo pérdidas en mermas y porcentajes de error, así como mejorando la calidad del producto final y la productividad del proceso actual.