Actualmente, la necesidad de proteger los recursos hídricos debido a la explotación indiscriminada y altos índices de contaminación ha obligado a la comunidad científica a buscar soluciones que posibiliten mitigar estas prácticas. El agua potable constituye un recurso vital que se encuentra en crisis. Para su protección se han creado organizaciones que fiscalizan su uso en las industrias, agricultura y minería. Se busca alternativas de solución de este problema para evitar pérdidas de vidas humanas y económicas, y/o conflictos sociales. En esta tesis se investiga la problemática relacionada con el control efectivo del proceso de neutralización del pH en los efluentes residuales de una planta concentradora de minerales polimetálicos, lo cual posibilita reutilizar el agua, evitando la contaminación de los lagos y/o lagunas cercanas con las aguas resultantes del proceso minero. Se desarrolla el diseño de un controlador predictivo generalizado (GPC) basado en un modelo con arquitectura adaptativa de inferencia neuro-difusa (ANFIS - Adaptive Neuro Fuzzy Inference System), es decir un controlador GPC-ANFIS. Considerando la alta no linealidad que presenta el comportamiento dinámico de la planta objeto de estudio, la arquitectura ANFIS posibilita obtener una cierta cantidad de modelos lineales en todo el rango de operación de dicha planta, es decir se divide el comportamiento dinámico de la planta en determinados modelos lineales, y cada uno de estos modelos forma parte de la estructura del controlador GPC-ANFIS. El controlador que se diseña presenta restricciones en el incremento de la señal de control, para lo cual se utiliza un algoritmo de programación cuadrática sujeta a restricciones, lo que posibilita el funcionamiento de la planta dentro de los límites de variación del pH requeridos (entre 7 – 8). Finalmente, se realiza un análisis de robustez del controlador diseñado, así como una propuesta de su implementación práctica. / Tesis

La elevada producción de minerales que está generando actualmente la minera Gabriela Mistral al sur de Chile, se debe a la eficiencia en su transporte de material por medio de camiones mineros Komatsu con desplazamiento autónomo, permitiendo interactuar con las distintas áreas de la mina por medio de un sistema GPS y sensores de ultrasonido ubicados alrededor del camión, para evitar obstáculos y vehículos alrededor de la mina. Por este motivo es que se busca en la presente tesis, el diseño de un controlador para la conducción autónoma de un camión articulado o de dos cuerpos, donde el sistema de control es más complejo debido al tipo de sistema a controlar y por la mayor cantidad de material a transportar. Por este motivo se obtiene y se presenta el modelo del camión minero articulado, el cual es utilizado para diseñar un controlador difuso y un controlador neurodifuso, permitiendo comparar ambos resultados mediante la simulación de la velocidad y dirección que otorga el camión articulado en las áreas más comunes de la minera Cerro Verde. La maniobrabilidad del sistema es obtenida a través de una base de reglas adquirida de los operadores de camiones Caterpillar 740, la cual es afinada posteriormente para conseguir un comportamiento deseado del camión a través de la variación de la velocidad ante eventos reales presentados en ruta, como es la evasión de obstáculos. La simulación se realiza en el software Matlab, y el área de los lugares que interactúa el camión articulado se obtiene a través de fotografías satelitales. La comparación de los resultados obtenidos por medio de las simulaciones gráficas y numéricas, nos permitirán indicar que el controlador neurodifuso es el adecuado para la conducción autónoma del camión minero articulado. Por este motivo es que se presenta de manera adicional, algunos alcances de la aplicación del controlador neurodifuso diseñado en el camión articulado Caterpillar 740. / Tesis

En la actualidad la influencia que existe por parte de los sistemas de control sobre las diversas ramas de la ingeniería ha ido en aumento; por lo que se esta convirtiendo en un elemento útil y de necesidad primordial para su difusión y enseñanza. Una manera óptima de reflejar estos conocimientos hacia los estudiantes es mediante el uso de módulos educativos de sistemas de control. Un caso particular, son los módulos de control de temperatura, los cuales cuentan con diversas características técnicas y científicas, a su vez proporcionan a los docentes una herramienta didáctica y práctica para la enseñanza. Los sistemas de control de temperatura cuentan con sensores dispuestos en la planta los cuales proveen de señales eléctricas a un interfaz conectada a un controlador, este a su vez, se encargará de procesar los datos y enviará señales hacia los actuadores instalados también en la planta. Su practicidad se basara en contar con un diseño el cual permita su conexión con controladores PC’s, a su vez la reducción de costos para el desarrollo e implementación se basaría en aplicar criterios de selección adecuados sobre los elementos que componen el sistema. La presente tesis tiene como objetivo el diseño del subsistema mecánico y eléctrico correspondiente a la planta diseñada y su interconexión con un interfaz hacia una computadora personal mediante una tarjeta de adquisición de datos. El documento se compone de cuatro capítulos. En el primer capítulo se establece el Estado del Arte de los módulos de Control de Temperatura. En el segundo capítulo se muestra la Descripción del Sub-sistema Mecánico y Eléctrico que forman parte del Sistema de Control. En el tercer capítulo se propone el diseño de cada subsistema. Y en el cuarto capítulo, se realizan pruebas y simulaciones de los diseños propuestos. Se concluye que la propuesta de diseño cumple con los requerimientos para las distintas etapas que componen el sistema, y a un menor precio que los del mercado internacional. / Tesis

La poca disponibilidad en el mercado nacional, alto costo y sobredimensionamiento de actuadores electrónicos para el control de temperatura en hornos eléctricos, conlleva a plantear el diseño e implementación de un sistema que se desempeñe de manera eficiente bajo las mismas condiciones de operación. . El objetivo es de diseñar e implementar un actuador electrónico para regular la potencia eléctrica AC hasta 2000 W. El método seguido considera, primero investigar sobre los actuadores electrónicos para control de temperatura disponibles en el mercado, estudiar la tecnología y tendencias sobre regulación de potencia. Luego se identifica los requisitos para el diseño del sistema. Se plantea una posible solución, con la posterior selección de componentes y simulaciones para corroborar la funcionalidad y eficiencia del diseño. Finalmente, se realizara la implementación del circuito, realizando mediciones con un multímetro, un osciloscopio y un vatímetro; de esta forma se corrobora el diseño y simulaciones realizadas previamente. Los resultados demuestran el correcto funcionamiento del sistema, logrando dosificar la potencia AC hacia una carga resistiva de manera proporcional a una señal de control. Se concluye que la propuesta presentada en este trabajo de tesis cumple con la funcionalidad y requisitos de un actuador electrónico de 2000W orientado al control de temperatura en hornos eléctricos. / Tesis

Resumo não disponível

Os servoatuadores pneumáticos são relativamente baratos, leves, não poluentes e de fácil montagem e operação. Eles também apresentam uma relação força/peso que os torna bastante atraentes para aplicações em robótica. Entretanto, as grandes não-linearidades presentes nos sistemas pneumáticos e a dificuldade de obter modelos acurados têm impossibilitado a sua aplicação prática em problemas de controle preciso de posição. As deficiências dos controladores tradicionais quando ap licados a um servoatuador pneumático foram examinadas. Elas consistem principalmente na dificuldade do ajuste dos ganhos, na falta de robustez a variações da carga e em uma grande sensibilidade aos efeitos do atrito. O principal objetivo desta tese é verificar a possibil idade de superar estas dificuldades através do projeto adequado de algoritmos não-lineares de controle.Para tanto, desenvolveu-se inicialmente um modelo não-linear para um servoatuador pneumático com atrito. Neste modelo, as relações não-lineares da vazão mássica na servoválvula com as pressões e com a tensão de controle são modeladas através de um equacionamento empírico baseado na fó rmula de passagem de fluidos cornpressíveis em orifícios. O atrito foi equacionado com base em um modelo recente (denominado Lugre), cuja estrutura, além de levar em conta os principais comportamentos macroscópicos não lineares do atrito, é adequada para uso em esquemas robustos de observação e compensação em tempo real. Com base na modelagem desenvolvida, e a partir de uma di scussão das dificuldades de controle dos sistemas pneumáticos de posicionamento, propõe-se uma estratégia de controle em cascata com compensação do atrito para superar diversas dificuldades dinâmicas estruturais destes sistemas de posicionamento. Esta estratégia em cascata, sem a compensação do atrito, foi aplicada com êxito por outros pesquisadores em robôs elétricos e no controle de atuadores hidráulicos. Tal estratégia consiste em dividir o sistema completo em dois subsistemas - um subsistema mecânico e um pneumático. São apresentadas as propriedades de estabilidade decorrentes dessa estratégia e a sua comprovação através de simulações e de resultados experimentais. / Pneumatic actuators are relatively simple to operate, cheap, clean, lightweight, and easy assembling devices. They also present a force/weight ratio that makes them quite attractive for applications in robotics. However, in precise position contrai systems applications, the nonlinearities of the pneumatic systems and the difficulties of obtaining precise pneumatic models have been hindering the practical use of these systems. lt has been verified that the standard controllers deficiencies, when applied to a servopneumatic drive, consist of gains tuning difficulties, robustness lack under payload variations and great sensibility to the friction effects. The main objective of this thesis is to verify whether it is possible to overcome these difficulties through feedback contrai with the appropriate synthesis o f nonlinear contrai algorithms. In arder to accomplish this task, we initially developed a nonlinear accurate model of a pneumatic servo drive with friction. To deal with the nonlinear airflow relationship between the pneumatic valve's driving voltage and the upstream/downstream pressures, an empírical model based on the flow nozzle formula is developed. A suitable model structure for friction (the so called Lugre model) is used as basis for the friction forces identification. This friction model takes into account the major known macroscopic friction nonlinear behavior, and its structure is suitable to be used in model based robust on-line friction observation and compensation schemes. Using the appropriate system model and the available knowledge on pneumatic servodrives contrai problems, we propose a cascade contrai strategy to overcome the severa! structural dynamics problems of the pneumatic system, including the friction effects. Other researchers have successfully used this cascade strategy, without friction compensation, in electrical robots and in hydraulic actuators contrai. Such strategy consists in dividing the whole model into two subsystems - a mechanical subsystem and a pneumatic one. We present the cascade control stability properties with friction compensation and its confirmation through simulation and experimental results.

El presente trabajo de investigación tiene como principal objetivo además de cumplir con los requisitos que exige la escuela de ingeniería de sistemas y computación de la USAT, ofrecer una alternativa eficiente a las empresas industriales en uno de sus procesos más importantes: la cloración del agua. La situación problemática que llevó a la presente propuesta fue: el alto índice de error en las mediciones de cloro, la demora en el proceso así, como los costos que la misma implica. Además de problemas de índole legal al no almacenar los resultados de las mediciones por dos años, como indican las leyes del país. Debido a esta situación problemática se optó por implementar un sistema de visión artificial con redes neuronales que permita la automatización de las mediciones de nivel de cloro dentro del proceso de cloración. La metodología que se utilizó para el desarrollo fue la metodología de visión artificial, propuesta por (Kong y Nilsson 2005). Esta propuesta estuvo justificada desde el punto de vista científico, porque se llevó a cabo una contrastación de hipótesis que permitió verificar el logro de los indicadores, desde un punto de vista tecnológico porque se aplicó una tecnología emergente y automatizable para un proceso industrial, desde el punto de vista social dado indirectamente mejora la calidad de los productos que serán ingeridos por personas, y económicamente dado que representa un ahorro en el proceso de cloración. Lográndose los objetivos de: reducción de tiempo en las mediciones, disminución del error de las mediciones, almacenamiento permanente de los resultados, disminución del esfuerzo humano y minimización de costos del proceso. / Tesis

Uma das atribuições da engenharia de automação é o desenvolvimento de solução de automação e controle de processos contínuos industriais. Para tanto, a principal ferramenta emprega para este controle é a ação de controle Proporcional-Integral-Derivativo (PID). Nas últimas décadas diversas empresas fabricantes de equipamentos de automação industrial têm desenvolvido e aprimorado seus controladores industriais. Estes, além de realizarem o controle de processo por lógica de intertravamento, também possuem a ação de controle PID com a finalidade de executar o controle de processo contínuo como controle de velocidade, controle de pressão, controle de nível, etc. Porém, devido a grande variedade de controladores industriais por conseqüência, a grande variedade de implementações instrução PID, implica, muitas vezes, em falta padronização da programação e operação do algoritmo da equação PID implementados nos mais diversos controladores industriais. Tal fato dificulta a engenharia de automação industrial em desenvolver controle de processos contínuos através de instruções PID. Este trabalho de pesquisa aborda o desenvolvimento de metodologia \"MAFPID\" como ferramenta de engenharia de automação para aferir o funcionamento da instrução de controle PID implementada em equipamentos de controle e automação. Esta metodologia é constituída de três Etapas de testes. A primeira Etapa constitui o estudo do equipamento testado a partir das documentações fornecidas pelo fabricante. A segunda Etapa constitui de teste dos parâmetros proporcional, integral e derivativo, realizados no controlador industrial isolado de qualquer processo. A terceira Etapa constitui de teste do controlador interagindo com um circuito analógico. Este circuito simula o comportamento de alguns processos industriais, fornecendo ao controlador aferido sinais de entradas e de saída semelhantes aos processos reais. Este trabalho também apresenta dois estudos de caso, nos quais foi aplicada a metodologia MAFPID. / One of attributions of the automation engineering is the development of automation solution and control of industrial continuous processes. For in such a way, the main tool uses for this control is the action of Proportional-Integral-Derivative control (PID). In the last diverse decades companies equipment manufacturers of industrial automation have developed and improved its industrial controllers. These, besides carrying through the control of process for interlocking logic, also possess the action of control PID with the purpose to execute the control of continuous process as control of speed, control of pressure, control of level, etc. However, due to great variety of industrial controllers for consequence, the great variety of implementations instruction PID, it implies in lack standardization of the programming and operation of the algorithm of equation PID implemented in the most diverse industrial controllers. Such fact, it makes difficult the engineering of industrial automation in developing control of continuous processes through instructions PID. This work of research approaches the development of methodology MAFPID as tool of engineering of automation to survey the functioning of the instruction of control PID implemented in control equipment and automation. This methodology is constituted of three stages of tests. The first stage constitutes the study of the equipment tested from the documentations supplied for the manufacturer. The second stage constitutes of test of the parameters proportional, integral and derivative, carried through in the isolated industrial controller of any process. The third stage constitutes of test of the controller interacting with an analogical circuit. This circuit simulates the behavior of some industrial processes, supplying signals of input and output to the surveyed controller of similar to the real processes. This work also presents two studies of case, in which was applied methodology MAFPID.

Uma das atribuições da engenharia de automação é o desenvolvimento de solução de automação e controle de processos contínuos industriais. Para tanto, a principal ferramenta emprega para este controle é a ação de controle Proporcional-Integral-Derivativo (PID). Nas últimas décadas diversas empresas fabricantes de equipamentos de automação industrial têm desenvolvido e aprimorado seus controladores industriais. Estes, além de realizarem o controle de processo por lógica de intertravamento, também possuem a ação de controle PID com a finalidade de executar o controle de processo contínuo como controle de velocidade, controle de pressão, controle de nível, etc. Porém, devido a grande variedade de controladores industriais por conseqüência, a grande variedade de implementações instrução PID, implica, muitas vezes, em falta padronização da programação e operação do algoritmo da equação PID implementados nos mais diversos controladores industriais. Tal fato dificulta a engenharia de automação industrial em desenvolver controle de processos contínuos através de instruções PID. Este trabalho de pesquisa aborda o desenvolvimento de metodologia \"MAFPID\" como ferramenta de engenharia de automação para aferir o funcionamento da instrução de controle PID implementada em equipamentos de controle e automação. Esta metodologia é constituída de três Etapas de testes. A primeira Etapa constitui o estudo do equipamento testado a partir das documentações fornecidas pelo fabricante. A segunda Etapa constitui de teste dos parâmetros proporcional, integral e derivativo, realizados no controlador industrial isolado de qualquer processo. A terceira Etapa constitui de teste do controlador interagindo com um circuito analógico. Este circuito simula o comportamento de alguns processos industriais, fornecendo ao controlador aferido sinais de entradas e de saída semelhantes aos processos reais. Este trabalho também apresenta dois estudos de caso, nos quais foi aplicada a metodologia MAFPID. / One of attributions of the automation engineering is the development of automation solution and control of industrial continuous processes. For in such a way, the main tool uses for this control is the action of Proportional-Integral-Derivative control (PID). In the last diverse decades companies equipment manufacturers of industrial automation have developed and improved its industrial controllers. These, besides carrying through the control of process for interlocking logic, also possess the action of control PID with the purpose to execute the control of continuous process as control of speed, control of pressure, control of level, etc. However, due to great variety of industrial controllers for consequence, the great variety of implementations instruction PID, it implies in lack standardization of the programming and operation of the algorithm of equation PID implemented in the most diverse industrial controllers. Such fact, it makes difficult the engineering of industrial automation in developing control of continuous processes through instructions PID. This work of research approaches the development of methodology MAFPID as tool of engineering of automation to survey the functioning of the instruction of control PID implemented in control equipment and automation. This methodology is constituted of three stages of tests. The first stage constitutes the study of the equipment tested from the documentations supplied for the manufacturer. The second stage constitutes of test of the parameters proportional, integral and derivative, carried through in the isolated industrial controller of any process. The third stage constitutes of test of the controller interacting with an analogical circuit. This circuit simulates the behavior of some industrial processes, supplying signals of input and output to the surveyed controller of similar to the real processes. This work also presents two studies of case, in which was applied methodology MAFPID.

Tese de mestrado integrado. Engenharia Civil (Especialização em Construções Civis). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009