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Control predictivo generalizado multivariable de un bastior de osmosis inversa de una planta desalinizadora de agua de marMoreno Rosario, Dennys Eduardo 10 February 2017 (has links)
La problemática de la escasez de agua en el Perú y en el mundo ha fundamentado el
desarrollo de técnicas de desalinización que permiten el aprovechamiento del recurso
acuífero más abundante en el planeta: el agua de mar. Los esfuerzos en el control de las
plantas desalinizadoras de agua de mar por ósmosis inversa están enfocadas en maximizar el
rendimiento de los bastidores de ósmosis inversa de tal manera que estos produzcan una
determinada cantidad de agua por hora con una calidad aceptable para uso humano.
Un funcionamiento inadecuado de los sistemas de control se traduce en pérdidas
económicas y operaciones ineficientes de la planta. En este trabajo se propone el diseño de
un controlador predictivo generalizado (GPC) que hace uso de un modelo matemático de una
unidad de ósmosis inversa y que permite controlar con mayor efectividad el proceso de
desalinización. Además se incluye el algoritmo para desarrollar este controlador en procesos
monovariables y multivariables.
El desempeño del controlador diseñado ha sido comparado con otros controladores
de tipo convencional y también de tipo avanzado bajo diferentes escenarios de operación y
de acuerdo a índices que permiten cuantificar el desempeño de los mismos. Por último, se
presenta una propuesta de implementación de una unidad de ósmosis inversa así como una
propuesta de programación del controlador GPC en un controlador lógico programable. / Tesis
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Modelamiento y diseño de un sistema de control de las variables críticas de un molino semiautógeno mediante un sistema experto basado en control MPC y lógica difusaAlfaro Rosas, Guillermo Alonso 17 December 2021 (has links)
Un molino SAG, equipo principal en el circuito de molienda de minerales tiene como
objetivo reducir el tamaño de su mineral alimentado del área de chancado y adaptarlo
para etapa de flotación buscando la mayor eficiencia y optimización de cada una de sus
variables de control y mejorando las habilidades de sus operadores de sala de control.
Esta tesis se centrará en el desarrollo de un modelo matemático comprendiendo las
principales variables del molino y ajustando su respuesta según datos tomados de
distintas plantas a nivel mundial.
Posteriormente se configurará y enlazará un sistema de control básico con el
modelamiento previamente creado y sintonizado, dicho sistema presentará el sistema
de control primario encargado de evaluar las condiciones básicas de arranque y parada
del molino y sus grupos de control involucrados, así como también los lazos de control
básicos para su operación. Además, se diseñará e integrará el sistema de supervisión
respectivo para el control de operador y supervisor de dicho proceso modelado.
El sistema de control avanzado diseñado implementa estrategias de control de
optimización en tiempo real para el proceso de molienda primaria.
La lógica de control considerada se basa en decisiones secuenciales que ejecutarán
controladores predictivos basados en modelos o lógica difusa orientando el proceso a
buscar estabilidad y luego optimización de cada variable crítica, esto se conseguirá
extrayendo las variables de proceso del sistema de control primario y calculando su
respectiva acción según cada objetivo; este sistema considera la evaluación de las
variables críticas del molino SAG cuando el sistema experto esté encendido y haciendo
el seguimiento respectivo cuando esté apagado.
Finalmente se realizará la evaluación y comparación de variables críticas del molino
considerando dos escenarios, cuando el sistema experto se encuentre encendido
teniendo este control sobre los actuadores del molino SAG y cuando el sistema experto
se encuentre apagado y se pueda operar cada actuador de forma manual.
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Generación y control de trayectoria para embarcaciones marinas en aguas poco profundas y espacios confinadosCáceres Mendoza, Cayetano Juan 01 June 2016 (has links)
El capítulo 1, presenta una introducción y estado del arte del planeamiento y
seguimiento de trayectorias en espacios con nados. En el capítulo 2, se presenta
el desarrollo completo del modelo matemático general de una embarcación marina,
considerando los 6 grados de libertad para posteriormente particularizar este
modelo a un modelo de 3 grados de libertad que es el que se va analizar en esta
tesis.
El propósito del capítulo 3, consiste en realizar el diseño mediante simulación
de un sistema de planeamiento, guía y seguimiento de trayectoria para una embarcaci
ón marina subactuada con dos hélices, a partir del modelo matemático
de barco de 3 grados de libertad, obtenido en el capítulo 2. En este capítulo se
divide en 3 partes, el planeamiento de trayectoria, estrategia de control y síntesis
de planeamiento y seguimiento de trayectoria para embarcaciones marinas en
espacios con nados. En la primera parte, se da a conocer la estrategia utilizada
para realizar el planeamiento de trayectoria partiendo de un espacio determinado
caracterizado por su geometría y obstáculos. Para esta tarea se hace uso del
diagrama de Voronoi, el algoritmo de Dijkstra, y un algoritmo de tal manera
que ltramos algunos puntos para evitar los cambios de dirección innecesarios,
también consideramos una tolerancia de tal manera que la embarcación pueda
circular por lugares estrechos con cierta holgura. En la segunda parte, se presenta
la teoría de control backstepping , que es aplicada para sistemas dinámicos
no lineales, se comenta sus ventajas respecto a la técnica de feedback linearization
. Se muestra el desarrollo de la técnica aplicada al control de embarcaciones
marinas, considerando la dinámica del barco. Se desarrolla el sistema de guía del
barco para lograr el seguimiento de trayectoria, con las consideraciones especiales
que implican controlar un sistema subactuado.
En el capítulo 4, se desarrolla la simulación para dos entornos diferentes,
el primero corresponde a un canal en forma senoidal por el cual el barco se
desplazará, se realizará el planeamiento y control de la ruta, el segundo entorno
corresponde a una aplicación más real, pues se toma como mapa referencia el mar
Báltico, al cual se le aplican las técnicas desarrolladas en esta tesis. / Tesis
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Desarrollo de un controlador de posición avanzado para endoscopio blando en cirugía laparoscópicaAcosta Gonzales, Renzo Rogger 17 November 2023 (has links)
El presente estudio se desarrolla en el marco de brindar asistencia al cirujano en la
laparoscopia, la cual es una cirugía utilizada para tratar problemas de salud en la zona
abdominal. El procedimiento utiliza una cámara conectada a un tubo delgado flexible llamado
endoscopio, el cual permite observar al interior de la zona abdominal del paciente; las
imágenes obtenidas por el instrumento son utilizadas por el cirujano durante el tratamiento
del paciente. Para garantizar un procedimiento correcto, se debe mover correctamente el
endoscopio en el interior del abdomen, siendo esta tarea específicamente la que se busca
facilitar su control y con ello dar apertura a una serie de posibilidades como el movimiento
asistido, la operación remota y la automatización completa de la tarea.
Con el fin de proponer una solución, actualmente, con el avance en el campo de la robótica
blanda se han diseñado y fabricados manipuladores o actuadores blandos que puedan ser
usados como endoscopios, los cuales tienen la capacidad de deformarse y ser forzados a
moverse para alcanzar diferentes posiciones deseadas dentro de sus límites de operación.
El cuerpo del manipulador o actuador blando en estudio presenta cuatro cámaras internas,
las cuales pueden ser deformadas regulando la cantidad de presión de aire al interior de cada
cámara. Para controlar y alcanzar la posición deseada del efector final del endoscopio, donde
una cámara será conectada, en el presente trabajo se realiza el modelamiento de la dinámica
del cuerpo del endoscopio y el diseño del controlador de posición.
La tarea de modelamiento consiste en definir las características de la estructura de una red
neuronal recurrente con realimentación a la salida y luego realizar su entrenamiento usando
el algoritmo DBP (Dynamic Back-Propagation) para obtener los pesos de conexión entre las
neuronas de la red. El diseño del controlador consiste de dos etapas. En la primera etapa se
definen las características de la estructura de una red neuronal prealimentada (feed-forward).
Para el entrenamiento de la red se utiliza el algoritmo DBP bajo un enfoque dinámico donde
se considera el sistema en lazo cerrado, el cual comprende tanto al controlador como al
modelo del sistema. El controlador de posición obtenido es válido solamente dentro de un
rango de movimiento; por ello, se definen un conjunto de controladores para cada rango de
operación. En la segunda etapa, se utiliza el método difuso Takagi Sugeno para la integración
de los controladores locales y la obtención de un controlador global valido en todo el rango
de operación. El controlador obtenido se implementa y prueba mediante simulación con el
objetivo de validar su desempeño para diferentes posiciones deseadas del endoscopio. / The present study is carried out within the framework of providing assistance to the surgeon
in laparoscopy, which is a surgery used to treat health problems in the abdominal area. The
procedure uses a camera connected to a thin flexible tube called endoscope, which allows
seeing inside the patient's abdominal area; the images obtained are used by the surgeon
during the patient's treatment. An essential and correct procedure consists of moving the
endoscope correctly inside the abdomen. This task is seeking to facilitate its control and open
up a series of possibilities such as assisted movement, remote operation and complete
automation of tasks.
In order to propose a solution, currently, with advances in the field of soft robotics, soft
manipulators or actuators have been designed and manufactured to be used as endoscopes,
which have the ability to deform and be forced to move and reach different desired positions
within its operation limits. The soft manipulator body or actuator under study has four internal
chambers, which can be deformed by regulating air pressure of each chamber. In order to
control and reach the desired position of endoscope final effector, where a camera will be
connected, in the current work the endoscope body modeling and the position controller
design are carried out as main tasks.
The modeling task consists of defining the characteristics of a recurrent neural network with
output feedback and then training it using the DBP (Dynamic Back-Propagation) algorithm to
obtain its connection weights between network neurons. The controller design consists of two
stages. In the first stage, the characteristics of a feed forward neural network are defined. For
network training, the DBP algorithm is used under a dynamic approach where the closed-loop
system is considered, which includes both the controller and the system model. The obtained
position controller is valid only within a range of motion; therefore, a set of controllers is defined
for each range of operation. In the second stage, the fuzzy Takagi Sugeno method is used to
integrate the local controllers and obtain a global controller for complete endoscope operating
range. The controller obtained is implemented and tested by simulation in order to validate its
performance for different desired positions of endoscope final effector.
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Diseño de un sistema de detección y compensación de fallas eléctricas tipo islanding en smargridsPaucará Prado, Jhonatan David 04 October 2017 (has links)
Este trabajo de tesis presenta la estructura de control de un sistema detector y
compensador de fallas eléctricas de tipo corte abrupto de energía en una SmartGrid. Para
la detección de la falla se ha implementado un algoritmo basado en la inyección y detección
de una perturbación en la tensión de la carga. Para la compensación de la falla, el control
realiza un cambio en la señal de referencia y pasa al modo desconectado de la red.
Asimismo, se ha mejorado el control de frecuencia para el proceso de resincronización con
la red eléctrica, una vez que ésta ha sido reestablecida. Finalmente, el inversor es
reconectado a la red eléctrica y se pasa al modo conectado a la red, donde la referencia
pasa a ser nuevamente la señal con perturbación.
Como parte de este trabajo se han desarrollado artículos científicos, de los cuales 2 han
sido aceptados en congresos internaciones (PEPQA, Colombia 2017 y CCE, México 2017)
y se encuentran publicados en el IEEE Explorer. / Tesis
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Diseño de un sistema de control predictivo generalizado multivariable para el control de siete niveles de pulpa de un banco de celdas de flotación de minerales de cobre de una planta de procesamiento de mineralesMena Acha, Mario Zoser 02 December 2020 (has links)
Todas las etapas de una planta de procesamiento de minerales tienen un gran
impacto en el uso energético como en la naturaleza. Teniendo claro cada etapa del
proceso, permitirán tomar las medidas de control y el uso de las nuevas tecnologías
a fin de optimizar el uso de recursos reduciendo los tiempos de producción, costos
en el uso de explosivos, reactivos, traslado de mineral y finalmente reducir el impacto
sobre el medio ambiente.
El proceso de flotación es el método de concentración de minerales metálicos que
permite extraer y separar los minerales valiosos de la ganga a través de la diferencia
de propiedades superficiales, es en esta etapa del proceso donde realmente se da la
recuperación del mineral valioso después de la extracción, chancado y trituración a
cierto tamaño de partícula. Es a través de la utilización de las celdas de flotación
donde se recupera el mineral valioso.
Lograr controlar eficientemente el nivel de pulpa de las celdas de flotación permitirá
optimizar el proceso de flotación y reducir el arrastre de partículas no valiosas
mediante el rechazo a las perturbaciones de proceso debido a la mineralogía,
cambios de flujo de alimentación, interacciones entre celda y celda entre otros, por
lo tanto, se tiene por objetivo fundamental desarrollar un sistema de control predictivo
generalizado multivariable que cumpla con esta tarea.
Partiremos con la toma de datos en un banco de celdas rougher-scavenger de una
planta de concentración de minerales con el propósito de obtener un modelo
matemático (un modelo por cada celda) mediante la metodología de identificación de
sistemas que permita describir el modelo de proceso de cada una de ellas. Con los
modelos de proceso se diseñará el controlador predictivo generalizado multivariable
basado en un modelo que permitirá controlar los niveles de un banco de celdas.
Para controlar los niveles de forma eficiente se realizará la sintonía del controlador
multivariable y se comparará con la estrategia de control actual que manejan las
celdas que es el controlador PID. De las pruebas realizadas, bajo los mismos
parámetros de diseño de los controladores PID, se evidenció que el controlador
predictivo presenta una ligera ventaja, pero a medida que se presentaron cambios
en las perturbaciones y el modelo de proceso (situación común en el ambiente
industrial) la eficiencia sobre el controlador PID es muy marcada.
Finalmente, como parte de una solución en el campo industrial se presenta la
propuesta de implementación que consiste en la instalación de dos servidores, uno
que permite la conectividad con el sistema de control distribuido y otro donde se
desarrollará la lógica de control del controlador predictivo generalizado multivariable. / Tesis
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Desarrollo de un sistema de control avanzado para un vehículo submarino autónomo tipo planeador con actuadores internosQuiroz Velásquez, Diego Eduardo 01 November 2020 (has links)
En los últimos años, la ingeniería marina ha desarrollado una serie de vehículos submarinos con el fin de observar y caracterizar los ecosistemas marinos ante la creciente demanda por sus recursos como fuente de energía y alimento. Estos vehículos, denominados vehículos submarinos autónomos (AUVs), son capaces de recorrer el ambiente submarino y recolectar información medida por un arreglo de sensores que llevan a bordo. En particular, los planeadores submarinos pueden realizar exploraciones por periodos de tiempos extensos, por lo cual son un gran beneficio para la ingeniería marina. Debido a la naturaleza de dichos vehículos, y la dificultad de transmitir datos de forma inalámbrica en un ambiente submarino, se han desarrollado algoritmos de navegación autónoma empleando varias técnicas de control, mejorando el desempeño de dichos vehículos ante entornos desconocidos y el seguimiento de trayectorias deseadas. Sin embargo, en muchos casos, la investigación se ha enfocado en el desarrollo de algoritmos clásicos empleando modelos simplificados que no consideran, o minimizan los efectos hidrodinámicos sobre la dinámica del vehículo en movimiento.
Es por ello, que se desea desarrollar un algoritmo de control que permita que un planeador submarino permanezca en una trayectoria predefinida considerando los efectos de las fuerzas hidrodinámicas sobre el movimiento. El presente trabajo considera la aplicación de algoritmos avanzados que garanticen la estabilidad del vehículo durante todo su recorrido, en particular en los cambios de planeado descendiente a ascendiente donde los puntos críticos deseados varían según el ángulo de planeado y dirección, así como los limitantes físicos de posición y velocidad para los actuadores internos del vehículo. Durante el desarrollo de la investigación se obtuvo un modelo del planeador submarino que relacione el estado de los actuadores internos del vehículo con su posición, orientación y velocidad durante el planeado. A partir de ello se desarrolla un total de tres controladores, primero un controlador MIMO (múltiple entrada, múltiple salida) empleando la ley de control proporcional-integrativo debido a la naturaleza intrínseca multivariable del planeador submarino. Segundo, se desarrolló un sistema óptimo basado en un regulador cuadrático lineal, el cual permite optimizar el consumo energético con el fin de extender el tiempo de recorrido. Finalmente se obtuvo un controlador no lineal basado en la técnica backstepping adaptativo, el cual considera la naturaleza desconocida de los parámetros hidrodinámicos para estimar su efecto sobre el vehículo y obtener la señal de control que lo estabiliza. El desempeño de los tres algoritmos es comparado mediante simulaciones, determinando que el algoritmo no lineal basado en backstepping adaptativo presenta un mejor comportamiento. Finalmente, se procede a implementar un planeador submarino basado en tecnologías de prototipado rápido, para evaluar el funcionamiento del algoritmo desarrollado en un sistema real. Los resultados de las pruebas realizadas demuestran que efectivamente, el sistema de control es capaz de estabilizar el vehículo sin tener conocimiento previo sobre los parámetros hidrodinámicos y la magnitud de su efecto sobre la dinámica del vehículo. / Tesis
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Control of autonomous multibody vehicles using artificial intelligenceRoder, Benedikt 26 March 2021 (has links)
The field of autonomous driving has been evolving rapidly within the last few years and
a lot of research has been dedicated towards the control of autonomous vehicles, especially
car-like ones. Due to the recent successes of artificial intelligence techniques, even
more complex problems can be solved, such as the control of autonomous multibody vehicles.
Multibody vehicles can accomplish transportation tasks in a faster and cheaper way
compared to multiple individual mobile vehicles or robots.
But even for a human, driving a truck-trailer is a challenging task. This is because of the
complex structure of the vehicle and the maneuvers that it has to perform, such as reverse
parking to a loading dock. In addition, the detailed technical solution for an autonomous
truck is challenging and even though many single-domain solutions are available, e.g. for
pathplanning, no holistic framework exists. Also, from the control point of view, designing
such a controller is a high complexity problem, which makes it a widely used benchmark.
In this thesis, a concept for a plurality of tasks is presented. In contrast to most of the existing
literature, a holistic approach is developed which combines many stand-alone systems
to one entire framework. The framework consists of a plurality of modules, such as modeling,
pathplanning, training for neural networks, controlling, jack-knife avoidance, direction
switching, simulation, visualization and testing. There are model-based and model-free
control approaches and the system comprises various pathplanning methods and target
types. It also accounts for noisy sensors and the simulation of whole environments.
To achieve superior performance, several modules had to be developed, redesigned and
interlinked with each other. A pathplanning module with multiple available methods optimizes
the desired position by also providing an efficient implementation for trajectory following.
Classical approaches, such as optimal control (LQR) and model predictive control
(MPC) can safely control a truck with a given model. Machine learning based approaches,
such as deep reinforcement learning, are designed, implemented, trained and tested successfully.
Furthermore, the switching of the driving direction is enabled by continuous
analysis of a cost function to avoid collisions and improve driving behavior.
This thesis introduces a working system of all integrated modules. The system proposed
can complete complex scenarios, including situations with buildings and partial trajectories.
In thousands of simulations, the system using the LQR controller or the reinforcement
learning agent had a success rate of >95 % in steering a truck with one trailer, even with
added noise. For the development of autonomous vehicles, the implementation of AI at
scale is important. This is why a digital twin of the truck-trailer is used to simulate the full
system at a much higher speed than one can collect data in real life. / Tesis
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Planeamiento de trayectoria y control de un robot móvil marítimo aplicando optimización por colonia de hormigasUriol Cabrera, Ronald Humberto 02 June 2016 (has links)
El presente trabajo desarrolla un algoritmo de planeamiento de trayectoria
basado en Optimización por Colonia de Hormigas, en conjunto con un
controlador óptimo, para el desplazamiento de un barco robot. Se presenta el
modelo matemático estándar usado para vehículos marinos desarrollado por
Thor Fossen. Asimismo se presentan las principales ideas detrás del marco metaheurístico
desarrollado por Marco Dorigo, llamado Optimización por Colonia de
hormigas. El problema a resolver consiste en encontrar el camino más corto
entre dos puntos dentro de un entorno (mapa) con obstáculos. Ambos
algoritmos, tanto el de planeamiento de trayectoria como el de control óptimo,
se implementaron en el entorno MatLab. Para poner a prueba el
funcionamiento conjunto de estos dos algoritmos se usaron seis mapas distintos
que buscan explorar el comportamiento de ambos algoritmos ante diversas
variaciones de un caso base de comparación. El tiempo de convergencia de los
algoritmos y los parámetros que ajustan sus desempeños fueron analizados. / Tesis
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Diseño de controladores PID avanzado para el control robusto de una unidad de ósmosis inversa de una planta desalinizadora de agua de marRojas Carbajal, Diana Elizabeth 02 June 2016 (has links)
Partiendo de la problemática que implica el incremento significativo de la
demanda de agua potable en los últimos años, así como su inminente escasez
debido a las reservas limitadas de agua dulce, se plantea el aprovechamiento de
las reservas de agua salada a través del proceso de desalinización mediante
ósmosis inversa.
El presente trabajo tiene como propósito establecer las bases para el desarrollo
de un sistema de control y su implementación en una unidad de ósmosis inversa
de una planta desalinizadora de agua de mar. Se requiere de un control efectivo
de dichas plantas para producir agua potable en la cantidad y calidad requerida,
por lo cual es necesario utilizar técnicas adecuadas de control.
Dentro de este contexto se plantea una solución desde el punto de vista de la
Ingeniería de Control y Automatización, desarrollando controladores PID
avanzado basados en el método MIGO para el control robusto de las variables
críticas de una unidad de ósmosis inversa.
Para alcanzar éste propósito se realizó una revisión del estado de arte de los
controladores PID y de los sistemas de control de plantas de ósmosis inversa.
Después de analizar dichos sistemas de control y debido a que los controladores
convencionales no ofrecen un control efectivo, se propone el desarrollo de un
controlador PID avanzado mediante el método MIGO para su aplicación en una
unidad de ósmosis inversa. Para ello se estudiaron modelos matemáticos que
caractericen el comportamiento dinámico de las variables críticas de una unidad
de ósmosis inversa y luego se procedió al diseño de los controladores PID
avanzado.
Se diseñaron los controladores PID avanzado basados en el método MIGO luego
de haber realizado el desacoplamiento de una unidad de ósmosis. Se simuló el
sistema de control con el PID-MIGO en Matlab/Simulink, bajo diferentes
condiciones de operación nominal, en presencia de perturbaciones y de señales
ruidosas, obteniendo buenos resultados de control y robustez, superando a los
controladores PID convencionales. Finalmente se realizó una propuesta de
implementación práctica del sistema de control desarrollado, basada en la
aplicación de un PLC, una PC y un cliente/servidor OPC. / Tesis
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