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Desarrollo de un sistema de detección y localización de fugas basado en filtro de Kalman extendido para sistemas de transporte de petróleo crudo aplicado al tramo I del Oleoducto NorperuanoSalas Camacho, Franklin Andree 06 September 2022 (has links)
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).
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Diseño y simulación de un sistema de control de formación de vehículos autónomos marítimos de baja velocidadDurand Cárdenas, José Alfredo 30 May 2016 (has links)
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
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Desarrollo de un controlador DMC para el control de la presión del vapor de una caldera pirotubular de una planta de fosfato bicálcicoRojas Valdez, Raúl David 22 June 2021 (has links)
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.
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Desarrollo e implementación de un sistema de supervisión para una planta piloto de transporte de fluidosAvila Córdova, Edwin 21 February 2023 (has links)
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.
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Control of an over-actuated nanopositioning system by means of control allocationSeminario Reategui, Renzo Andre 26 March 2021 (has links)
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
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Diseño conceptual de sistema automatizado de prueba para ruedas delanteras de camiones eléctricos de 300 toneladas de carga para mineríaBalvín Bellido, Álvaro Javier 13 May 2021 (has links)
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.
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Desarrollo de un sistema de control neuro-difuso de la distribución de agua en un tramo de un canal principal de riegoCalderón Mendoza, Edwin Milton 10 September 2014 (has links)
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
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Diseño del sistema de control de un brazo robótico de asistencia a personas discapacitadasAchic Alarcón, Fred Solio 20 June 2016 (has links)
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
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A study of well-posedness in inverse optimal controlCanelo Solórzano, César Aldo 04 June 2024 (has links)
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.
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Diseño de la electrónica de control del subsistema de habilitado de pieza para una máquina de ensamblado de fólderes de plásticoLarrañaga Palacios, Marta Isabel 26 May 2023 (has links)
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.
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