Doctora en Ingeniería Eléctrica / El presente trabajo aborda el problema del análisis de estabilidad, convergencia y desempeño de los sistemas adaptables fraccionarios, utilizando el enfoque de los modelos de error, problema que no ha sido abordado ni reportado en la literatura técnica hasta la fecha. Los modelos de error fraccionarios surgen al introducir las derivadas de orden fraccionario en los esquemas adaptables clásicos, ya sea describiendo la planta a controlar o identificar, o bien en las leyes de ajuste de los parámetros. Como parte del desarrollo del trabajo, se estudiaron los cuatro modelos de error conocidos hasta el momento, pero desde el punto de vista fraccionario. En todos los casos, el primer paso fue realizar exhaustivos estudios por simulación, que permitieron tener un nivel de comprensión inicial del desempeño de estos modelos de error, en cuanto a estabilidad y convergencia de los errores. Para analizar la estabilidad de estos modelos de error, fue preciso generar resultados matemáticos generales, los que también constituyen un importante aporte de esta Tesis Doctoral. Estos resultados permitieron completar el análisis de los Modelos de Error Fraccionarios 1 y 4 en su totalidad, y para ciertos casos particulares de los Modelos de Error Fraccionarios 2 y 3. En relación a la demostración de convergencia del error de salida a cero, se obtuvieron resultados analíticos para casos particulares en el Modelo de Error Fraccionario 1, y se expusieron de manera concreta las principales dificultades que han impedido, hasta el momento, generalizar estos resultados a los demás casos. También se obtuvieron otros resultados analíticos válidos para los cuatro modelos de error, que permiten afirmar que el promedio del cuadrado de la norma del error de salida, tiene una tendencia decreciente. Esto puede resultar de utilidad en algunas aplicaciones desde el punto de vista práctico. Respecto de la convergencia del error paramétrico, se logró determinar que ella está relacionada con alguna forma de excitación persistente, particular para los sistemas adaptables fraccionarios, pero no se logró dar cabal respuesta a esta interrogante. Sin embargo, se obtuvieron resultados analíticos parciales para el caso del Modelo de Error Fraccionario 1 escalar, quedando los restantes casos como parte del trabajo futuro a desarrollar en esta línea de investigación. No obstante, se expusieron las conclusiones intuitivas al respecto, obtenidas de los estudios por simulación. Finalmente, este trabajo se complementó con el diseño, implementación y análisis de dos aplicaciones de controladores fraccionarios. El primero corresponde al control por referencia a modelo de orden fraccionario para un regulador automático de voltaje, mientras que el segundo es un compendio de tres estrategias de control fraccionario para el control de posición en un sistema de levitación magnética, conocido como Anillo de Thomson.

Se presenta el diseño del controlador adaptivo aplicado a la Planta Modelo de Presión desarrollado en base a Controladores Adaptivos de Auto-sintonización – STR con Identificación Recursiva en Línea. Este algoritmo de control está basado en el método de asignación de polos y del algoritmo de identificación recursivo de mínimos cuadrados – RLS y mínimos cuadrados extendidos RELS. El control es tal que permite que el proceso esté a una referencia deseada, manteniendo siempre la regulación deseada. Además el control es capaz de hacer frente a las perturbaciones existentes en el proceso por ser altamente no lineal. El diseño incluyó etapas de identificación, control y simulación del sistema de control, las cuales se utilizaron para hallar las soluciones a los requerimientos de funcionamiento, asimismo se realizo la implementación del controlador en MatLab – Simulink. Palabras Claves: Controladores Adaptivos de Auto-sintonización – STR. Identificación Recursiva de Mínimos Cuadrados – RLS, Identificación Recursiva de Mínimos Cuadrados Extendidos – RELS, asignación de polos. / Tesis

This work raises a solution for the development of the sucking reflex in premature infants. This solution is based on a computer that uses a system of control of negative pressure applied directly in a pacifier common through a dock. In turn, this process is performed using a generator of waves that controls the frequency of suction as well as the kind of stimulation granted. The systems of stimulation of suction in preterm infants are presented as the solution, in the face of scarce stimulators of language, and the presence of latent problem. Currently, there are many researches [2] that have collaborated with the development process of the language, which would not only be measured patterns engines of non-nutritive sucking, but also produce a stimulator natural and harmless with the proper frequency response. The pacing system suction proposes stimulation based on control of a pneumatic motor and sensing constant on a variety of parameters, which provide an effective and natural exercise, for newborns in addition to cost reduction in the case of a treatment of short duration. Therefore, this thesis aims to design a stimulator system based on the generation of vacuum and inflated through a valve pneumatic, and sensing constant on a variety of parameters in order to stimulate the newborn premature to assist in the development of non-nutritive sucking, which directly affects their language . The main conclusion it should be mentioned that it is possible to obtain all the patterns engines of the suction non-nutritious to then use these in the construction of the signal generator of stimulation in the system that was developed in laboratory conditions. And it is important the contribution of this multidisciplinary work where unite two areas: neuroscience and electronics, resulting in initiating investigations in the field of the neurocognitive language disorder in children. [2]. FINAN, DS., BARLOW, SM., The actifier: a device for neurophysiological studies of orofacial control in human infants, Journal Speech Hear Research., vol. 39(4), pp. 833-8, Aug 1996. / El presente trabajo plantea una solución para el desarrollo del reflejo de succión en recién nacidos prematuros. Dicha solución está basada en un equipo que usa un sistema de control de presión negativa aplicada directamente en un chupón común mediante un acople. A su vez, este proceso se realiza usando un generador de ondas que controla la frecuencia de succión así como el tipo de estimulación otorgada. Los sistemas de estimulación de succión en recién nacidos prematuros se presentan como la solución, ante la escasez de estimuladores del lenguaje, y la presencia latente del problema. Actualmente, existen muchos trabajos de investigación [2] que han colaborado con el proceso desarrollo del lenguaje, lo cual no solo mediría los patrones motores de la succión no nutritiva, sino también producir un estimulador natural e inocuo con una apropiada frecuencia de respuesta. El sistema de estimulación de succión propone una estimulación basada en el control de un motor neumático y el sensado constante de diversos parámetros, los cuales proveen un eficaz y natural ejercicio, para los recién nacidos además reducción de costos al tratarse de un tratamiento de corta duración. Por lo tanto, este trabajo de tesis tiene como objetivo diseñar un sistema estimulador basado en la generación de vacío e inflado mediante una válvula neumática, y el sensado constante de diversos parámetros con la finalidad de estimular al recién nacido prematuro para ayudar en el desarrollo de la succión no nutritiva, la cual afecta directamente su lenguaje. Como conclusión principal se debe mencionar que es posible obtener los patrones motores de la succión no-nutritiva para luego usar estos en la construcción de la señal generadora de estimulación en el sistema desarrollado en condiciones de laboratorio. Y es importante el aporte de este trabajo multidisciplinario donde se unen dos áreas: neurociencias y electrónica, dando como resultado iniciar investigaciones en el campo neurocognitivo del trastorno del lenguaje en el niño. / Tesis

Esta tesis presenta el siguiente objetivo: Desarrollar un sistema de control avanzado de la variación de la presión del vapor en el cuerpo de una caldera de tubos de fuego, que posibilite un funcionamiento efectivo y fiable del proceso de combustión, así como una disminución del actual consumo de combustible y de los gases contaminantes del medio ambiente. / Tesis

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

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

En la tesis se aborda el estudio de las técnicas de Control Adaptativo, así como de los algoritmos necesarios para el diseño de un controlador de este tipo y de los requerimientos que se deben cumplir en la implementación del mismo en el caso monovariable. En la tesis se incluye, además de una introducción al diseño e implementación de los sistemas de control adaptativo, la presentación de una serie de algoritmos de control determinista (entre ellos figuran: control robusto, control predictivo.) de identificación (mínimos cuadrados) y de supervisión (de la estimación de parámetros, de diseño del controlador y del comportamiento en bucle cerrado).En cada caso se incluyen simulaciones o control en tiempo real con plantas externas al computador para probar métodos de diseño propuestos, como en el caso del control robusto, métodos de supervisión del control adaptativo para la resolución de problemas en la identificación y el diseño..., así como realizar comparaciones entre los mismos.Se incluyen asimismo técnicas de filtrado de perturbaciones, filtrado de outliers o implicaciones aritméticas, entre otras, para la resolución de problemas de interface o implementación que se pueden presentar.

This work raises a solution for the development of the sucking reflex in premature infants. This solution is based on a computer that uses a system of control of negative pressure applied directly in a pacifier common through a dock. In turn, this process is performed using a generator of waves that controls the frequency of suction as well as the kind of stimulation granted. The systems of stimulation of suction in preterm infants are presented as the solution, in the face of scarce stimulators of language, and the presence of latent problem. Currently, there are many researches [2] that have collaborated with the development process of the language, which would not only be measured patterns engines of non-nutritive sucking, but also produce a stimulator natural and harmless with the proper frequency response. The pacing system suction proposes stimulation based on control of a pneumatic motor and sensing constant on a variety of parameters, which provide an effective and natural exercise, for newborns in addition to cost reduction in the case of a treatment of short duration. Therefore, this thesis aims to design a stimulator system based on the generation of vacuum and inflated through a valve pneumatic, and sensing constant on a variety of parameters in order to stimulate the newborn premature to assist in the development of non-nutritive sucking, which directly affects their language . The main conclusion it should be mentioned that it is possible to obtain all the patterns engines of the suction non-nutritious to then use these in the construction of the signal generator of stimulation in the system that was developed in laboratory conditions. And it is important the contribution of this multidisciplinary work where unite two areas: neuroscience and electronics, resulting in initiating investigations in the field of the neurocognitive language disorder in children. [2]. FINAN, DS., BARLOW, SM., The actifier: a device for neurophysiological studies of orofacial control in human infants, Journal Speech Hear Research., vol. 39(4), pp. 833-8, Aug 1996. / El presente trabajo plantea una solución para el desarrollo del reflejo de succión en recién nacidos prematuros. Dicha solución está basada en un equipo que usa un sistema de control de presión negativa aplicada directamente en un chupón común mediante un acople. A su vez, este proceso se realiza usando un generador de ondas que controla la frecuencia de succión así como el tipo de estimulación otorgada. Los sistemas de estimulación de succión en recién nacidos prematuros se presentan como la solución, ante la escasez de estimuladores del lenguaje, y la presencia latente del problema. Actualmente, existen muchos trabajos de investigación [2] que han colaborado con el proceso desarrollo del lenguaje, lo cual no solo mediría los patrones motores de la succión no nutritiva, sino también producir un estimulador natural e inocuo con una apropiada frecuencia de respuesta. El sistema de estimulación de succión propone una estimulación basada en el control de un motor neumático y el sensado constante de diversos parámetros, los cuales proveen un eficaz y natural ejercicio, para los recién nacidos además reducción de costos al tratarse de un tratamiento de corta duración. Por lo tanto, este trabajo de tesis tiene como objetivo diseñar un sistema estimulador basado en la generación de vacío e inflado mediante una válvula neumática, y el sensado constante de diversos parámetros con la finalidad de estimular al recién nacido prematuro para ayudar en el desarrollo de la succión no nutritiva, la cual afecta directamente su lenguaje. Como conclusión principal se debe mencionar que es posible obtener los patrones motores de la succión no-nutritiva para luego usar estos en la construcción de la señal generadora de estimulación en el sistema desarrollado en condiciones de laboratorio. Y es importante el aporte de este trabajo multidisciplinario donde se unen dos áreas: neurociencias y electrónica, dando como resultado iniciar investigaciones en el campo neurocognitivo del trastorno del lenguaje en el niño.

Nanopositioning and nanomeasuring machines are playing an increasingly important role in the evolution of modern technologies in various fields. The Institute of Process Measure ment and Sensor Technology at Ilmenau University of Technology has been researching for more tan one decade high precisión machines. In this direction, the general objective of this master tesis is the development of aderivative-free model reference adaptive control (DFMRAC) algorithm for the vertical axisofa nanopositioning and nanomeasuring machine. Firstly, a nonlinear unknown friction term is included in the adaptation process of a standard model reference adaptive control (MRAC) and the DFMRAC. Then, the MRAC and DFMRAC algorithms are developed theoretically, in which the DFMRAC stability análisis requiresa Lyapunov-Krasovskii functional to prove that the error signal and the weightpa- rameters are uniformly ultimately bounded (UUB). Thanks to this characteristic, the DFMRAC algorithm does not have the problema of the weight drifting parameters, as MRAC does. Overall, the new adaptive controllers have significantly better results and fine-tuning in the machine. Regarding the sine reference experimental tests with afixed amplitude of 1mm and a frequency from 0.25 Hz to 2 Hz, a reduction of the máximum error and root mean square error (RMSE) of about 95% is achieved in comparison to a simple PI state-feed back controller and the previously applied MRAC with an adaptation weight matrix of lower order. Referring to the step reference tests, with a step height of 10mm and different transition times (which are related to the máximum reached velocity from 1mm/s to 5mm/s) the máximum error and the RMSE are reduced approximately by 60% and 75%, respectively. Furthermore, the corresponding extensions to the unknown input matrix case are developed for the adaptive proposals, however it does not significantly improve the experimental results. The new controllers out performed the previous ones with DFMRAC being the best one because it does not have the drifting weight parameters problem and it is easier to implement (no need to implement any projection method). Finally, eventhough, the new adaptive algorithms have extended the size of the weight matrix and added nonlinearities to the computer calculations, the execution time is only increased by around 1 μs.

Se presenta el diseño del controlador adaptivo aplicado a la Planta Modelo de Presión desarrollado en base a Controladores Adaptivos de Auto-sintonización – STR con Identificación Recursiva en Línea. Este algoritmo de control está basado en el método de asignación de polos y del algoritmo de identificación recursivo de mínimos cuadrados – RLS y mínimos cuadrados extendidos RELS. El control es tal que permite que el proceso esté a una referencia deseada, manteniendo siempre la regulación deseada. Además el control es capaz de hacer frente a las perturbaciones existentes en el proceso por ser altamente no lineal. El diseño incluyó etapas de identificación, control y simulación del sistema de control, las cuales se utilizaron para hallar las soluciones a los requerimientos de funcionamiento, asimismo se realizo la implementación del controlador en MatLab – Simulink. Palabras Claves: Controladores Adaptivos de Auto-sintonización – STR. Identificación Recursiva de Mínimos Cuadrados – RLS, Identificación Recursiva de Mínimos Cuadrados Extendidos – RELS, asignación de polos. / Tesis