Las cámaras de envejecimiento se emplean para estudiar la degradación de materiales, especialmente en el contexto del patrimonio histórico peruano, con el objetivo de desarrollar técnicas de conservación. La exposición a condiciones ambientales, como temperatura y humedad, provoca desgaste en los materiales, y esta tesis se centra en diseñar un sistema de control difuso para regular estas condiciones en una cámara de envejecimiento. Para lograrlo, se establecen los principios teóricos que explican el comportamiento del aire en la cámara y se desarrolla un modelo matemático no lineal que representa la cámara de envejecimiento, incluyendo elementos como calentadores, enfriadores, humidificadores y deshumidificadores. Se llevan a cabo simulaciones utilizando el software Simulink de MATLAB y se comparan con datos experimentales. El diseño del sistema de control es un desafío debido a las no linealidades y la interacción entre las variables. Esto requiere técnicas avanzadas de control. Antes de implementar un controlador difuso basado en el modelo no lineal, se realiza un estudio exhaustivo de la teoría del control difuso. Diseñar un sistema de control para acelerar la exposición de materiales es desafiante debido a no linealidades y la interacción entre variables, lo que requiere técnicas de control avanzado. Se lleva a cabo un estudio exhaustivo de la teoría del control difuso antes de diseñar el controlador. Este controlador difuso se compara con un controlador convencional, mostrando menos oscilaciones y una reducción del error acumulado.

El siguiente trabajo presenta la aplicación de la metodología VDI 2206 para el diseño de un sistema buffer para incrementar la capacidad de almacenamiento de un Robotino de la marca Festo teniendo en cuenta su aplicación dentro del laboratorio de automatización en el pabellón O. Para realizar el objetivo planteado, se realizó la búsqueda de información o estado del arte del problema. Posteriormente se planteó la lista de exigencias que debe cumplir el diseño conceptual del sistema. Se procede a abstraer el sistema como una caja negra, de la cual se aprecian solamente las entradas y salidas tanto en materia, información y energía. Luego, se realiza la estructura de funciones, en el cual el sistema es separado en diferentes subsistemas, los cuales son disgregados en funciones específicas las cuales pertenecen cada una a un subsistema. Se describen las relaciones entre dichas funciones al mostrar como la materia, información y energía “viaja” entre ellas. Una vez descrita la estructura de funciones, se plantea la matriz morfológica en la cual se muestra diferentes posibilidades para cada una de las funciones de la estructura de funciones. Realizando diferentes combinaciones de dichas posibilidades se obtiene tres diferentes conceptos de solución, los cuales son evaluados para determinar el concepto de solución óptimo.

El internet de las cosas es la tecnología que permite conectar dispositivos a internet y las plataformas IoT las que permiten a un usuario final el monitoreo y control remoto de dichos dispositivos. Debido a esto, se propone la utilización de una plataforma IoT para monitorear y controlar remotamente los equipos mecánicos de la PUCP, como el banco de psicrometría ubicado en el Laboratorio de energía de la misma, para el desarrollo de laboratorios remotos. Por este motivo, el objetivo principal será el análisis y comparación de tres plataformas IoT que permitan el monitoreo y control remoto de un equipo mecánico: ThingSpeak, ThingsBoard y Kaa IoT. En la investigación, se evidencia que la plataforma que cumple con la mayoría de los requerimientos planteados para el desarrollo de un laboratorio remoto es Kaa IoT.

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

El presente trabajo de investigación tiene como objetivo diseñar conceptualmente un sistema de seguridad para brazos robóticos adaptable a diferentes contextos de operación industrial: traslado de materiales, soldadura y ensamble de piezas; la finalidad del trabajo es dar solución a la creciente necesidad de sistemas de seguridad industrial frente al incremento de tecnologías de brazos robóticos en el mercado local. Los objetivos específicos de este trabajo de investigación son: el estudio del estado del arte de las tecnologías y normativas relacionadas con la seguridad industrial, la definición y esquematización de las funciones del sistema, el diseño de tres soluciones preliminares y la definición de la solución conceptual óptima a través de un análisis técnico-económico. Como principal conclusión del trabajo realizado se diseñó preliminarmente un sistema de seguridad adaptable a al menos tres casos de aplicación industrial planteados con un nivel de desempeño PLb según la norma ISO 13849-1:2015. El sistema cuenta con dispositivos de sensado con tecnología láser: dos escáneres láser y una barrera multihaz. La actuación del corte de energía al brazo se realiza a través de un contactor y la emisión de la alarma, a través de una torreta de luces. Finalmente, el control de todos los elementos del sistema se realiza a través de PLC de seguridad.

Over the last few years autonomous driving had an increasingly strong impact on the automotive industry. This created an increased need for artificial intelligence algo- rithms which allow for computers to make human-like decisions. However, a compro- mise between the computational power drawn by these algorithms and their subsequent performance must be found to fulfil production requirements. In this thesis incremental deep learning strategies are used for the control of a mobile robot such as a four wheel steering vehicle. This strategy is similar to the human approach of learning. In many small steps the vehicle learns to achieve a specific goal. The usage of incremental training leads to growing knowledge-base within the system. It also provides the opportunity to use older training achievements to improve the system, when more training data is available. To demonstrate the capabilities of such an algorithm, two different models have been formulated. First, a more simple model with counter wheel steering, and second, a more complex, nonlinear model with independent steering. These two models are trained incrementally to follow different types of trajectories. Therefore an algorithm was established to generate useful initial points. The incremental steps allow the robot to be positioned further and further away from the desired trajectory in the environ- ment. Afterwards, the effects of different trajectory types on model behaviour are investigated by over one thousand simulation runs. To do this, path planning for straight lines and circles are introduced. This work demonstrates that even simulations with simple network structures can have high performance. / Tesis

Actualmente, en el ámbito internacional, existe una creciente crisis energética la cual implica manejar de forma responsable y óptima los combustibles fósiles poniendo énfasis en los equipos que tienen un alto consumo de esta clase de combustibles, entre los que se encuentran las calderas. En esta tesis se desarrolla una estrategia de control avanzado para el control de la presión de vapor en una caldera pirotubular de una planta de fosfato bicálcico. El fosfato bicálcico es un producto utilizado como suplemento alimenticio de los animales. La presente tesis tiene como objetivo general el diseño de un controlador de matriz dinámica (DMC) para el control efectivo de la presión de vapor en una caldera pirotubular de una planta de producción de fosfato bicálcico, para garantizar un suministro estable de vapor, así como un aumento de la eficiencia del proceso de generación de vapor. En el primer capítulo se describe el estado del arte de los sistemas de control de la combustión en calderas pirotubulares. En el segundo capítulo se desarrolla la identificación de la presión del vapor en la caldera pirotubular objeto de estudio. En el tercer capítulo se diseña un controlador DMC de la presión de vapor, y se realiza un estudio del desempeño del sistema de control mediante simulaciones. En el cuarto capítulo se realiza un estudio comparativo de la robustez y desempeño del controlador DMC diseñado. Los resultados obtenidos en el desarrollo de la tesis revelan que el controlador DMC constituye una poderosa ley de control efectivo y fiable de la presión de vapor en calderas pirotubulares.

Dado el incremento de demanda en energía que se puede observar en los países en desarrollo los últimos años, y siendo el gas natural una fuente confiable y con un costo reducido en comparación a otros hidrocarburos, se percibe una necesidad de aumentar la distribución de este a más regiones del país, pero para realizar esto, se requiere de implementación de ductos que transporten el hidrocarburo hacia zonas cercanas a las urbanizaciones. Por ello, el objetivo en del presente trabajo de investigación es encontrar una forma eficiente y veloz de realizar el proceso de soldadura, al reemplazar el sistema manual usado actualmente en el Perú al desarrollar un vehículo que traslade y posicione automáticamente una máquina de soldadura orbital. Una de las ventajas que se esperan de forma directa es la reducción de los fallos en la realización de uniones por soldadura, los cuales son aproximadamente el 8% de las uniones soldadas (Congreso de la República del Perú, 2006). La metodología usada para evaluar los conceptos de solución que se planteen será una aproximación general a la norma VDI 2206 y la VDI 2221, empleadas para el diseño de sistemas técnicos y productos (Pahl, Beitz, Feldhusen, & Grote, 2013). En este presente documento se abordarán los problemas actuales que presenta el proceso actual, luego se procederá a investigar sobre dispositivos que cumplan funciones similares a las deseadas o que puedan ser acoplados al diseño, luego con toda la información obtenida se busca crear tres posibles soluciones para compararlas y finalmente llegar al concepto óptimo que podría aplicarse para este problema.

Este trabajo tiene como objetivo fundamental el desarrollo de un sistema de supervisión para una planta piloto de transporte de fluidos. El diseño se basó en las funciones básicas de un sistema SCADA, y aprovechar los beneficios que brindan estos sistemas. La planta piloto representa a pequeña escala, una red de tuberías para el transporte de fluidos, la cual ha sido implementada para emular el transporte de petróleo, ésta planta se encuentra ubicada en el Laboratorio de Control y Automatización de la Pontificia Universidad Católica del Perú. En este trabajo se realizaron trabajos experimentales en la instalación de la planta piloto, que permitieron familiarizarse con su instrumentación y funcionamiento, para luego poder identificar su comportamiento dinámico, principalmente la variación del flujo en sus tuberías representado mediante un modelo matemático, posteriormente se diseñó y simuló el sistema de supervisión en correspondencia con los requerimientos establecidos, finalmente se implementó el sistema de supervisión diseñado en la planta piloto. La implementación del sistema diseñado permitió supervisar el transporte de fluidos en la planta piloto, cumpliendo de manera satisfactoria los requerimientos en el contexto de un sistema SCADA. Se alcanzó el objetivo de la tesis, teniendo como resultado que el sistema de supervisión implementado permite controlar la operación de la planta piloto, recopilar información de las variables en tiempo real, así como detectar fallos en la tubería de transporte de fluidos y generar alertas o alarmas al operador.

This Master’s Thesis is devoted to the analysis and design of a control structure for the nanopositioning system LAU based on the dynamic control allocation technique. The objective is to control the vertical displacement with nanometer precision under a control effort distribution criterion among the actuator set. In this case, the pneumatic actuator is used as a passive gravity compensator while the voice coil motor generates the transient forces. The analysis of the system characteristics allows defining the design criterion for the control allocation. In this direction, the proposed dynamic control allocation stage considers a frequency distribution of the control effort. The lower frequency components are assigned to the pneumatic actuator while the higher frequencies are handled by the voice coil drive. The significant actuator dynamics are compensated through a Kalman filter approach. The position controller is based on a feedback linearization framework with a disturbance observer for enhanced robustness. The experimental validation demonstrates the feasibility of the proposed technique. / Diese Masterarbeit widmet sich der Analyse und dem Entwurf einer Regelungsstruktur für das Nanopositioniersystem LAU. Dabei werden Methoden untersucht, welche das notwendige Stellsignal auf zwei Aktoren aufteilen. Ziel ist es, die vertikale Verschiebung des LAU mit Nanometerpräzision zu regeln. In diesem Fall wird der pneumatische Aktor als passiver Schwerkraftkompensator verwendet, während die elktromagnetische Tauchspule die transienten Kräfte erzeugt. Die Analyse der Eigenschaften des LAUSystems ermöglicht die Definition der Entwurfskriterien zur Aufteilung der Stellgröße. In dieser Richtung berücksichtigt die vorgeschlagene dynamische Methode eine Aufteilung der Stellgröße bezüglich der Frequenzanteile. Die niederfrequenten Komponenten werden dem pneumatischen Aktor zugeordnet. Dem elektromagnetische Aktor werden die verbliebenen hochfrequenten Anteile zugeordnet. Die signifikanten Effekte der Aktordynamik in Bezug auf die Bewegungsdynamik werden durch einen Kalman- Filteransatz kompensiert. Nichtlineare Streckenanteile werden basierend auf dem Modell und einem Störbeobachter kompensiert, sodass der verbleibende Anteil des Positionsreglers mit linearen Methoden entworfen werden kann. Die experimentelle Validierung zeigt die Effektivität des untersuchten Konzeptes. / Tesis