Revista Iberoamericana de Automática e Informática industrial

Análisis dinámico inverso de robots paralelos: Un tutorial con álgebra de Lie

Eugenio Yime — 2023-05-12

La cinematica y dinámica de mecanismos paralelos es un campo de investigación donde tradicionalmente se realizan los análisis de los mecanismos empleando la teoría de los torsores. En este artículo se presenta un enfoque alternativo, basado en la teoría de grupos y álgebra de Lie, el cual es un método que ha sido utilizado de manera exitosa en el análisis de cadenas cinemáticas abiertas. El artículo inicia con una breve introducción a las cadenas cinemáticas abiertas y su algebra de Lie, y posteriormente aplica dichos conceptos a los mecanismos paralelos. El artículo se ha redactado utilizando unicamente álgebra de vectores y matrices, con el objetivo de cubrir la mayor cantidad de investigadores del campo de la Robótica. En ese sentido, se analizan ejemplos típicos de robots paralelos en forma de tutorial, entre los que se encuentran, el mecanismo de cinco barras, el mecanismo de cuatro barras espacial y el robot 3-RRR planar. Se espera que el enfoque practico dado al presente artículo contribuya a fomentar el uso del algebra de Lie para el análisis cinemático y dinámico de mecanismos paralelos.

Control predictivo polifásico mediante dos constelaciones de vectores virtuales de tensión

Manuel Garrido Satué — 2023-04-20

En el campo de los accionamientos eléctricos de velocidad variable ha aparecido recientemente el método predictivo basado en vectores virtuales de tensión. Este método permite reducir la contribuci´on del voltaje en el subespacio x-y, en el cual no se produce par, sino pérdidas. De este modo no sólo se limitan las pérdidas sino que se reduce la complejidad de sintonía del controlador predictivo. Los vectores virtuales de tensión se obtienen mediante combinación de vectores de tensión pertenencientes a distintas coronas pequeña, media y grande además de los vectores nulos. En una aplicación típica se elige en primer lugar la(s) corona(s) a usar y después se desarrollan los vectores virtuales. El controlador predictivo usa en cada periodo de muestreo el vector virtual más adecuado. En este trabajo se propone el uso de varios conjuntos de vectores virtuales provenientes de diferentes combinaciones de coronas. Para cada punto de operación del accionamiento eléctrico se utiliza el conjunto que proporciona mejores valores de cierto criterio de bondad. El método propuesto es validado experimentalmente usando una máquina de inducción de seis fases.

Coeficientes de la superficie en modo deslizante directamente en la magnitud de control, un enfoque de esfuerzo reducido

Pedro Acosta Cano de los Ríos — 2023-04-27

Se presenta un procedimiento de diseño para el control en modo deslizante de primer orden aplicado a un sistema en forma de cadena de integradores pura o perturbada, (forma canónica controlable perturbada). La ley de control se propone de forma novedosa. La magnitud de control se define directamente por los coeficientes del polinomio de la superficie de deslizamiento. Se muestra que este procedimiento minimiza en cierto sentido el esfuerzo de control para alcanzar la superficie diseñada. Los cálculos son aún más sencillos que los de las técnicas clásicas en modo deslizante. Además, la elección de una dinámica de superficie estable garantiza un tiempo de alcance finito a la misma. El esfuerzo de control y el castañeteo (chattering) son bajos. Las perturbaciones y términos conocidos que provocan inestabilidad se aprovechan en ciertas condiciones del alcance a la superficie. Se presentan simulaciones que ilustran los resultados y comparando el comportamiento de métodos de control en modo deslizante existentes en la literatura con el propuesto en este artículo.

Desarrollo y control de un helicóptero de laboratorio de 2 GDL y de bajo costo

Mariana A. Chávez-Gudiño — 2023-05-02

Se presenta el diseño mecánico y electrónico, modelado cinemático y dinámico, programación y control de un helicóptero de 2 GDL y de bajo costo. Si bien existen plataformas comerciales de helicópteros de 2 GDL, su costo es elevado y por ende son poco accesibles. Esta situación puede evitarse mediante el uso de una plataforma basada en software de código abierto y en un sistema de adquisición de datos de bajo costo. Para este fin, en este artículo se presenta un helicóptero de 2 GDL cuyos movimientos de cabeceo y guiñada son accionados por motores de corriente directa, y son medidos por encoders ópticos. Para la interpretación, procesamiento y monitoreo de los movimientos del helicóptero se emplea una computadora con Matlab Simulink. Para la adquisición de datos de los encoders y la generación de las señales de control del helicóptero se utiliza una tarjeta Arduino Mega, la cual se comunica con Matlab-Simulink por medio del Toolbox Arduino IO de código abierto. También, se propone un procedimiento para estimar los parámetros del modelo dinámico del helicóptero, y se utilizan para diseñar controladores PI-D que estabilizan el helicóptero en la posición deseada. Se presentan las condiciones en las ganancias de los controladores que garantizan la estabilidad del sistema en lazo cerrado. Además, se verifica el desempeño de la plataforma propuesta mediante resultados experimentales, los cuales se visualizan en un vídeo.

Modelado y control del pH en la producción de microalgas en reactores raceway usando técnicas de adaptación de parámetros

Malena Caparroz — 2023-03-01

Este trabajo propone la obtención y el uso de modelos de árboles de regresión para la predicción de pH y su control en fotobiorreactores raceway de aguas limpias, teniendo en en cuenta las distintas condiciones de operación a las que se encuentra sometido el cultivo. Dichas condiciones de operación vienen dictadas, entre otras variables medibles, por la radiación solar, la temperatura y nivel del medio en que crece el cultivo. El objetivo es evaluar la validez de esta aproximación, en la que se obtienen modelos sencillos y de ejecución rápida, en el modelado de procesos biológicos complejos como el tratado en este trabajo. Se ha validado su desempeño en simulación, usando como planta virtual un modelo no lineal basado en redes neuronales artificiales y un algoritmo de control PI del pH cuyos parámetros se adaptan en función del modelo escogido en el árbol de regresión.

Ley de control óptima de un AUV funcionando con un único motor

Cristina Cerrada Collado — 2023-04-03

En este artículo se plantea el problema de optimización de una ley de control para minimizar el error cuadrático integral al conducir un AUV (Autonomous Underwater Vehicle, vehículo autónomo submarino) actuado con un único motor desde un punto de partida hasta una zona de recuperación deseada. Así mismo se muestran dos posibles soluciones de control y se discute su implementación en el vehículo. Para la optimización de la ley de control se utilizarán los algoritmos genéticos y se proponen dos soluciones: En la primera se optimiza la ley de control muestreada en función del tiempo. La segunda, por su parte, emplea una acción de control óptima en función de la orientación del vehículo a partir de una ley de control representada mediante una serie de Fourier. El correcto funcionamiento de las soluciones propuestas se demuestra mediante una serie de simulaciones que consideran distintas condiciones y situaciones posibles.

UAV fully-actuated: modelo, control y comparación con configuración coplanaria

Antonio González-Morgado — 2023-04-28

Con el desarrollo de la robótica aérea han aparecido nuevas plataformas de multirotores de actuación completa (fully-actuated en inglés), las cuales tienen la capacidad de desplazarse sin inclinar la plataforma. Este artículo presenta una comparación en cuanto a capacidades de movimiento entre un hexarotor de rotores coplanarios, configuración estándar, y un hexarotor de rotores inclinados, configuración fully-actuated. Para ello, se presenta el diseño, modelo y control de ambas configuraciones. Tras el montaje de las plataformas, se comparan con diferentes trayectorias, mediante simulaciones y experimentos. Así mismo, se muestran capacidades exclusivas de la plataforma fully-actuated, como la capacidad de mantenerse en hover con un ángulo de inclinación. Finalmente, se presenta la aplicación de la plataforma fully-actuated para inspección visual de techos de puentes. Vídeo del artículo: https://youtu.be/d95Qvz5hba4

Análisis de identificabilidad estructural de un sistema de transferencia de calor

Fco. Javier Sanz Bermejo — 2023-05-26

El excesivo consumo energético es actualmente un gran problema para la sociedad. Parte de la solución a este problema pasa por mejorar la eficiencia de los sistemas de uso extensivo, particularmente los sistemas térmicos. Una forma de abordarlo es mediante la construcción de modelos orientados a la mejora energética. Estos modelos dependen de parámetros, a priori desconocidos, que se deben estimar. En este sentido, la identificabilidad es una propiedad esencial que se debe analizar en cualquier proceso de estimación paramétrica. En este trabajo, presentamos un modelo de parámetros concentrados de un sistema térmico. Después, analizamos su identificabilidad empleando el teorema del isomorfismo local. Finalmente discutimos dos escenarios en función de las variables medidas. En el primero disponemos de medidas del estado completo y demostramos que el modelo es identificable, mientras que en el segundo disponemos de medidas parciales y el modelo resulta ser no identificable. Finalmente, planteamos un análisis adicional en el que determinamos el conjunto mínimo de variables a medir para que el modelo sea identificable.

Presentación

José Manuel Andújar — 2023-09-29

Nota de Redacción

Manuel Berenguel — 2023-09-29