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Modelling and essential control of an oceanographic monitoring remotely operated underwater vehicleRojas Mendoza, Jorge Enrique 14 October 2017 (has links)
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
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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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Diseño de un sistema de control predictivo multivariable aplicado a un proceso hidráulico de cuatro tanques acopladosSánchez Zurita, Victor Andrés 27 February 2019 (has links)
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
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Diseño de un sistema de control de accesos orientado a un edificio de oficinas en proceso de automatizaciónNoriega Chávez, Luis Ariel 09 May 2011 (has links)
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
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Identificación del modelo de planta para el diseño de un sistema de control en lazo cerrado de un intercambiador de calorEstrada Obregón, Franco Gustavo 15 February 2017 (has links)
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
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Diseño de un sistema de estabilización para un vehículo submarino autónomoZevillanos Begazo, Christian Giovanni 09 December 2015 (has links)
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
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Asignación y diagramabilidad de sistemas distribuidos de tiempo real duroFerro, Edgardo 28 April 1999 (has links)
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.
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Factibilidad de sistemas de tiempo-realOrozco, Javier Darío 18 December 1998 (has links)
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).
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Diseño e implementación de un sistema de control microclimático para la preservación de orquídeas endémicas del Perú en invernaderoLara Jáuregui, Kevin Arthur 20 February 2017 (has links)
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
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Diseño de un sistema automático de control mecánico de malezas en cultivos de algodónBenavides Hatakeda, Joel Emmanuel 21 May 2016 (has links)
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
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