Ingeniería de Control y Automatización
Permanent URI for this collectionhttp://98.81.228.127/handle/20.500.12404/767
Browse
12 results
Search Results
Item Desarrollo e implementación de un sistema de control avanzado no lineal de brazos y cabeza para un robot móvil(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2023-10-16) Gomez Quispe, Juan Manuel; Pérez Zuñiga, Carlos GustavoEn el contexto de la pandemia de COVID-19 entre los años 2020-2021 se ha podido observar un crecimiento en los casos de enfermedades mentales como la depresión y ansiedad producto del aislamiento obligatorio a los que se tuvieron que someter muchos pacientes por la infección viral lo cual no permitía el contacto directo con los especialistas de la salud mental para el tratamiento de estas enfermedades. Así es como el proyecto del robot teleoperado para el tratamiento de afecciones mentales busca llevar la consulta del especialista hacia los pacientes a través de una videoconferencia y a la vez llevar toda la comunicación incorporada del robot a partir de los gestos que pueda realizar y que entable una conexión emotiva entre robot y paciente que permita facilitar la consulta teleoperada. En el marco de la tesis presentada, se resolverá el control necesario para la generación de los gestos que debe realizar el robot a través de sus brazos y cabeza y lograr de esta manera la conexión emocional con el paciente durante su consulta, lo cual conlleva a una realización de movimientos de manera natural y muy próximas a las que realizaría una persona cuando se comunica utilizando todo el cuerpo para expresar emociones. Para lograr este control sofisticado será necesario el uso de un controlador no lineal diseñado a partir del modelo matemático de los brazos y cabeza del robot. Se realizará tanto el diseño a partir de simulaciones de movimientos del robot, así como la implementación desde un prototipo inicial donde se probarán todas las rutinas validades por especialistas de la salud mental. Finalmente, la tesis obtendrá como resultado, una comparativa de los principales controladores no lineales como producto de la elección del controlador más adecuado para este proyecto. También explicará a detalle la implementación de los algoritmos necesarios para el control de las extremidades del robot y se mostrarán técnicas de programación que permitan el control y la obtención de datos de servomotores en tiempo real para su posterior análisis.Item 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 difusa(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-12-17) Alfaro Rosas, Guillermo Alonso; Pérez Zúñiga, Carlos GustavoUn 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.Item Sintonización de un controlador PID utilizando algoritmos genéticos aplicada a una planta concentradora de cobre(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-05-04) Martínez Ordoñez, Renato Javier; Morán Cárdenas, Antonio ManuelEl objetivo principal de esta tesis es establecer un método para el modelamiento del proceso en un lazo cerrado de control PID (Controlador Proporcional integrativo y derivativo) y con este poder encontrar los parámetros óptimos usando sintonización basada en algoritmos genéticos. En primer lugar, se explica cuál es la problemática que actualmente se tiene en la industria para realizar la sintonización de los lazos de control PID y se detalla el estado del arte de la sintonización de los controladores PID. En segundo lugar, se evalúa cual es el método de identificación en lazo cerrado que mejor representa la respuesta real del proceso de inyección de agua cruda al cajón de alimentación de las bombas de ciclones. En tercer lugar, se realiza la sintonía basada en algoritmos genéticos con el modelo obtenido con la identificación y se evalúa cual es la función de aptitud más adecuada para poder encontrar los parámetros del controlador PID. Finalmente, se presenta los resultados de la sintonización del controlador PID obtenidos para el proceso de inyección de agua cruda al cajón de alimentación de las bombas de ciclones y el proceso de control de nivel de espuma de una celda de flotación Rougher.Item Desarrollo de un sistema de control avanzado para un vehículo submarino autónomo tipo planeador con actuadores internos(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2020-01-14) Quiroz Velásquez, Diego Eduardo; Cuéllar Córdova, Francisco FabiánEn 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.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 Diseño de un sistema de detección y compensación de fallas eléctricas tipo islanding en smargrids(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-10-04) Paucará Prado, Jhonatan David; Sal y Rosas Celi, Damian E.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.Item Control predictivo generalizado multivariable de un bastior de osmosis inversa de una planta desalinizadora de agua de mar(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-02-10) Moreno Rosario, Dennys Eduardo; Rivas Pérez, RaúlLa 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.Item Diseño de controladores PID avanzado para el control robusto de una unidad de ósmosis inversa de una planta desalinizadora de agua de mar(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2016-06-02) Rojas Carbajal, Diana Elizabeth; Rivas Pérez, RaúlPartiendo 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.Item Desarrollo de un controlador inteligente para un bastidor de osmosis inversa de una planta desalinizadora de agua de mar(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2016-06-02) Ugarte Díaz, Diego Paúl; Sotomayor Moriano, Juan JavierEn la actualidad, la desalinización de agua constituye una respuesta prometedora a la escasez de agua mundial. Por este motivo, es necesario presentar alternativas de solución y uso eficiente de nuevas tecnologías que permitan desalinizar agua de mar para hacer frente a la escasez que vendrá en los próximos años. En el proceso de desalinización de agua de mar se utilizan varias técnicas como son la destilación flash multietapa, destilación por múltiple efecto, destilación por compresión de vapor y la osmosis inversa, siendo esta última la que ha ganado mayor terreno en la industria de la desalinización ya que opera rechazando normalmente el 99% de las sales del agua de alimentación. Por otro lado, a pesar de que la osmosis inversa es la técnica que menos energía consume, en muchos casos no se ha trabajado con una estrategia de control adecuada, generando un funcionamiento deficiente de la planta. Esto tiene como consecuencia que el grado de pureza del agua desalinizada no cumpla con los estándares establecidos para consumo humano. El Perú, a pesar de sus cuantiosos recursos hídricos, presenta problemas de escasez de agua debido a la mala distribución de dichos recursos y a la geografía adversa. Según la Organización Internacional del Agua, en el 2025 el Perú será uno de los países más afectados en Latinoamérica ya que sufrirá de estrés hídrico permanente. Por tal motivo, se hace imprescindible una política que permita implementar plantas desalinizadoras a nivel de toda la costa y de otros lugares que lo requieran en el país. Para ello, es necesario desarrollar una técnica de control que permita manipular el proceso de desalinización de manera eficiente y que considere el comportamiento dinámico complejo de este sistema multivariable que no puede ser manipulado de forma correcta mediante técnicas tradicionales de control. Por otro lado, se necesita hallar un modelo adecuado que represente la dinámica del sistema, siendo muchas veces difícil de obtenerlo de manera precisa. En este sentido, las técnicas de control inteligente resultarían adecuadas ya que tienen la capacidad para actuar de forma apropiada sobre un entorno incierto de manera eficiente y flexible, ofrecen eficiencia computacional y dotan al control de “cierta inteligencia” para evitar comportamientos del sistema provocados por sus características no lineales. Dentro de las técnicas inteligentes se tienen las redes neuronales, lógica difusa y algoritmos genéticos. Es por ello que, mediante el uso de técnicas de control avanzado se buscará desarrollar, en este trabajo, un sistema de control inteligente para una unidad de osmosis inversa eligiendo un modelo matemático que describa adecuadamente la dinámica del proceso. Asimismo, se presenta una comparativa entre el desempeño del controlador propuesto y controladores clásicos para justificar el uso del control avanzado. Posteriormente, se realiza una propuesta de implementación basada en una aplicación en PLC ControlLogix5000 de Allen Bradley.Item Planeamiento de trayectoria y control de un robot móvil marítimo aplicando optimización por colonia de hormigas(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2016-06-02) Uriol Cabrera, Ronald Humberto; Morán Cárdenas, Antonio ManuelEl 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.