Ingeniería de Control y Automatización
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Item Robust estimation of vertical wheel forces via modulation-based sensor fusion(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019-11-05) Segura Rojas, Juan de Dios; Reger, Johann; Pérez Zúñiga, Carlos GustavoSince its introduction by Shinbrot, numerous variations of parameter identification based on the Modulating Function Technique (MFT) have been developed. Recently researches have achieved to estimate also states through this method. In this thesis, the MFT is utilized for the estimation, of both parameters and states, that lead to observe the behaviour of the vertical suspension forces on a vehicle over time. In order to deal with the frequency disturbances present by perturbations as measurement noise and vibrations, the Fourier Modulating Function (FMF) as a kernel is proposed. Furthermore, this method is implemented with the concept of sensor fusion. The estimation that results after the implementation of an adaptive observer during the present work is going to show the robustness of the studied technique.Item Control de la posición de un cañón para tiro antisuperficie abordo de una corbeta misilera(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019-10-11) Iriarte Chávez, Pedro José Pablo; Sotomayor Moriano, Juan JavierLos cañones de artillería de las corbetas misileras con que cuenta la Marina de Guerra del Perú, poseen un sistema de control de tiro con tecnología analógica de los años 80´s, que actualmente presentan una serie de desventajas respecto al gran avance tecnológico de los sistemas electrónicos y digitales, quedando en desuso y con gran obsolescencia técnica. El tiro antisuperficie se realiza con el cañón 76 mm. instalado a proa de la cubierta principal de las corbetas misileras; el cual lo ejecuta en forma automática de acuerdo al seguimiento que efectúe el radar de control de tiro, y la solución al problema de tiro que efectúe el calculador del sistema de control. El sistema de control de tiro recibe las señales provenientes de los diversos sistemas periféricos del buque, así como de las tablas de tiro, para realizar el cálculo y determinar el ángulo de elevación y el ángulo de ronza con que debe posicionarse el cañón para ejecutar el disparo. En la presente tesis se realiza una introducción a la corbeta misilera y sus características, armamento y sensores; se explica en qué consiste el tiro antisuperficie y sus particularidades; asimismo, se analiza la problemática con que se cuenta para controlar la posición del cañón y realizar el tiro adecuadamente. Finalmente, se plantean técnicas de control para determinar la posición del cañón a fin de realizar tiro antisuperficie. El trabajo consta de la simulación de un sistema de control con calculador que determine cuál es el ángulo de elevación y ángulo en ronza del cañón para ejecutar el tiro en la posición deseada donde se encuentre el blanco. El principal aporte de la presente tesis es el desarrollo del sistema de control de la posición de un cañón, que permite alcanzar los requerimientos para ejecutar un tiro antisuperficie, el cual podría ser implementado en base a tecnología actual.Item Diseño de un sistema de control difuso de posición e implementación de un generador de órdenes para un cañon 76/62 mm de una corbeta misilera clase pr-72p en aplicaciones de tiro contra costa(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019-10-11) Sánchez Malpartida, Jose Luis; Pérez Zúñiga, Carlos GustavoEn la actualidad las Corbetas Misileras clase PR-72P, tienen como artillería principal los montajes 76/62mm, los cuales cuentan con el sistema de control de tiro Vega II, que posee un Calculador balístico híbrido “BCH”, con interfaces analógicas, el cual a través de tarjetas impresas y sistemas sincrónicos resuelven el problema de tiro. Este sistema y sus componentes ya no se fabrican en la actualidad, siendo su reparación muy onerosa y poco confiable, debido a que tienen una antigüedad de más de 35 años. El tiro contra costa se realiza con el montaje antes mencionado, con la finalidad de brindar fuego naval de apoyo, para batir blancos en tierra, lo cual en la actualidad demanda de mucha precisión, con la finalidad de evitar daños colaterales, motivo por el cual demanda de mucha fidelidad de sus sistema de control. El sistema original contempla dos métodos de tiro contra costa: el método cronométrico y el método de punto de referencia, ambos son usados estimando la posición real del buque, originando que mientras más tiempo pase se incremente el error. Actualmente existe el sistema de posicionamiento satelital (GPS), el cual es aprovechado para tener en tiempo real la posición del buque, con lo cual se reduce considerablemente el error. Asimismo, existen técnicas de control avanzado, las cuales permiten compensar errores y perturbaciones, causadas por desgaste de componentes o ruidos, aumentando la confiabilidad y precisión del sistema. Es por eso que, se obtiene el modelo matemático del cañón y se diseña un sistema de control difuso para un cañón 76/62mm en aplicaciones de tiro contra costa, el cual se compara con el sistema actual, evidenciando mejoras en las respuestas y en la robustez. Finalmente, se implementa un generador de órdenes al cañón, el cual está basado en un software y su implementación en una computadora industrial modular PXI de National Instruments, que permita realizar funciones de captura de sensores y procesamiento de datos en tiempo real para la solución del problema de control de tiro contra blancos terrestres, presentación gráfica de los principales datos importantes para el operador y pruebas dinámicas al montaje mediante un SCADA.Item Diseño de un controlador neuronal para la estabilidad del movimiento lateral de una aeronave(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019-09-23) Calderón Calderón, José Luis; Morán Cárdenas, Antonio ManualEl principal objetivo del presente trabajo de tesis es diseñar un controlador inteligente, basado en redes neuronales que permita un vuelo autónomo lateralmente estable de una aeronave, para el entrenamiento de los pesos del neurocontrolador se utiliza el algoritmo Dynamic Back Propagation (DBP). El controlador de estabilidad lateral mantiene estable la velocidad de guiñada r y ángulo de resbalamiento β de una aeronave. La velocidad de guiñada está relacionada con mantener el balance de la aeronave en la posición de alas niveladas y el ángulo de resbalamiento tiene que ver con disminuir la presencia de velocidades laterales sobre la aeronave. Para el diseño del neurocontrolador primero se desarrolla un modelo dinámico de la aeronave con seis grados de libertad, basado en leyes físicas, la dinámica del cuerpo rígido y la aerodinámica; como segundo paso, se aproxima la aeronave a un modelo matemático linealizado del movimiento lateral y se utiliza en el desarrollo de las funciones para la actualización de pesos utilizando el algoritmo Dynamic Back Propagation; luego se realiza el entrenamiento de dos neurocontroladores considerando el modelo de la aeronave de seis grados de libertad, el primer neurocontrolador manipula el timón y el segundo los alerones; finalmente se prueba el desempeño de los neurocontroladores para diferentes condiciones de vuelo, incluido perturbaciones debidas al viento, variaciones de la masa de la aeronave, variación de la densidad del aire y variación de parámetros en el modelo de seis grados de libertad. Los resultados de las simulaciones muestran que los neurocontroladores logran estabilidad asintótica aceptable para la velocidad de guiñada r y el ángulo de resbalamiento β para varias condiciones de vuelo y perturbaciones externas, además operan adecuadamente a pesar de errores en el modelado, lo que verifica que se ha logrado entrenar adecuadamente los pesos de los neurocontroladores. Los neurocontroladores han sido entrenados de tal forma que permiten realizar una acción de seguimiento sobre la velocidad de guiñada r, los resultados de las simulaciones muestran que logran realizar un giro coordinado adecuado incluso ante la ocurrencia de perturbaciones externas.Item Diseño de un sistema de control predictivo multivariable aplicado a un proceso hidráulico de cuatro tanques acoplados(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019-02-27) Sánchez Zurita, Victor Andrés; Pérez Zúñiga, Carlos GustavoTeniendo 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.Item Irregularly sampled data in the design of a soft sensor system: some preliminary results(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019-01-21) Griesing-Scheiwe, Fritjof; Pérez Zúñiga, Carlos GustavoIn modern industrial applications, sensors are an expensive part of installed systems. Nevertheless, many system variables cannot be measured sufficiently frequently or accurately. Thus, soft sensors have been developed to estimate those variables without the expense of additional hardware. The use of a soft sensor with a bias update term has shown to perform well for disturbed systems with time delays and multirate sampling times. In industrial application, the time delay and sampling times often vary. Yet, the case of variation of the time delay and sampling time in the bias update term has not been considered in previous publications. This thesis tests a soft sensor with bias update term in simulation and gives a modification yielding better performance. It is shown that the tested method gives unstable results. Hence, a more general method with a bias update term that considers all possible sampling times in each step is proposed, giving stable results in simulation. Furthermore, the stability of the general method is proven mathematically by building a state space representation and applyingItem Control de un sistema de posicionamiento magnético de dos dimensiones usando aprendizaje profundo por refuerzo(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2018-10-30) Bejar Espejo, Eduardo Alberto Martín; Morán Cárdenas, Antonio ManuelLos sistemas de posicionamiento magnético son preferidos respecto a sus contrapartes mecánicas en aplicaciones que requieren posicionamiento de alta precisión como en el caso de la manufactura de circuitos integrados. Esto se debe a que los actuadores electromagnéticos no sufren los efectos de la fricción seca o desgaste mecánico. Sin embargo, estos sistemas poseen fuertes no linealidades que dificultan la tarea de control. Por otro lado, el aprendizaje por refuerzo se ha posicionado como una técnica de entrenamiento de redes neuronales prometedora que está permitiendo resolver varios problemas complejos. Por ejemplo, el aprendizaje por refuerzo fue capaz de entrenar redes neuronales que han logrado vencer al campeón mundial de Go, derrotar a varios jugadores profesionales de ajedrez y aprender a jugar varios videojuegos de la consola Atari. Asimismo, estas redes neuronales están permitiendo la manipulación de objetos por brazos robóticos, un problema que era muy difícil de resolver por medio de técnicas tradicionales. Por esta razón, el presente trabajo tiene como objetivo diseñar un controlador neuronal entrenado por refuerzo para el control de un sistema de posicionamiento magnético de dos dimensiones. Se utiliza una variación del algoritmo Deep Deterministic Policy Gradient (DDPG) para el entrenamiento del controlador neuronal. Los resultados obtenidos muestran que el controlador diseñado es capaz de alcanzar varios setpoints asignados y de realizar el seguimiento de una trayectoria dada.Item Contributions to ida-pbc with adaptive control for underactuated mechanical systems(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2018-10-17) Popayán Avila, Jhossep Augusto; Reger, Johann; Morán Cárdenas, Antonio ManuelThis master thesis is devoted to developing an adaptive control scheme for the well- known Interconnection and Damping Assignment Passivity-Based Control (IDA-PBC) technique. The main objective of this adaptive scheme is to asymptotically stabilize a class of Underactuated Mechanical Systems (UMSs) in the presence of uncertainties (not necessarily matched). This class of UMSs is characterized by the solvability of the Partial Differential Equation (PDE) resulting from the IDA-PBC technique. Two propositions are stated in this work to design the adaptive IDA-PBC. One of the main properties of these propositions is that even though the parameter estimation conver- gence is not guaranteed, the adaptive IDA-PBC achieves asymptotic stabilization. To illustrate the effectiveness of these propositions, this work performs simulations of the Inertia Wheel Inverted Pendulum (IWIP) system, considering a time-dependent input disturbance, a type of physical damping, i.e., friction (not considered in the standard IDA-PBC methodology), and parameter uncertainties in the system (e.g., inertia).Item Autonomous obstacle avoidance and positioning control of mobile robots using fuzzy neural networks(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2018-10-17) Grebner, Anna-Maria Stephanie; Reger, JohannNavigation and obstacle avoidance are important tasks in the research field of au- tonomous mobile robots. The challenge tackled in this work is the navigation of a 4- wheeled car-type robot to a desired parking position while avoiding obstacles on the way. The taken approach to solve this problem is based on neural fuzzy techniques. Earlier works resulted in a controller to navigate the robot in a clear environment. It is extended by considering additional parameters in the training process. The learning method used in this training is dynamic backpropagation. For the obstacle avoidance problem an additional neuro-fuzzy controller is set up and trained. It influences the results from the navigation controller to avoid collisions with objects blocking the path. The controller is trained with dynamic backpropagation and a reinforcement learning algorithm called deep deterministic policy gradient.Item Optimal control for polynomial systems using the sum of squares approach(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2018-10-16) Vilcarima Sabroso, Carlos Alberto; Reger, JohannThe optimal control in linear systems is a widely known problem that leads to the solution of one or two equations of Ricatti. However, in non-linear systems is required to obtain the solution of the Hamilton-Jacobi-Bellman equation (HJB) or variations, which consist of quadratic first order and partial differential equations, that are really difficult to solve. On the other hand, many non-linear dynamical systems can be represented as polynomial functions, where thanks to abstract algebra there are several techniques that facilitate the analysis and work with polynomials. This is where the sum-of-squares approach can be used as a sufficient condition to determine the positivity of a polynomial, a tool that is used in the search for suboptimal solutions of the HJB equation for the synthesis of a controller. The main objective of this thesis is the analysis, improvement and/or extension of an optimal control algorithm for polynomial systems by using the sum of squares approach (SOS). To do this, I will explain the theory and advantages of the sum-of-squares approach and then present a controller, which will serve as the basis for our proposal. Next, improvements will be added in its performance criteria and the scope of the controller will be extended, so that rational systems can be controlled. Finally an alternative will be presented for its implementation, when it is not possible to measure or estimate the state-space variables of the system. Additionally, some examples that validated the results are also presented.