Boletín Electrónico de Automática
Número 8 : Octubre de 2004
Contenidos
0. Editorial
1. Columna del Presidente de CEA-IFAC
2.1 Posters premiados en las XXV Jornadas de Automática
2.2 Actividades de la red temática AUTOMAR
2.3 Resumen y conclusiones de la reunión del grupo temático "Educación en Automática"
2.4 Informe del "workshop" IBCE'04
2.5 Reunión del grupo temático "Ingeniería de Control"
2.6 Acuerdo CEA-CYTED
2.7 Acuerdo CEA-ISA
2.8 Integración del grupo temático de "Modelado y Simulación" en MS&Net
2.9 Mediterranean & Latin-American Regional Council (IM_SC) de SCS
2.10 Simulación Distribuida y HLA
2.11 2005 IFAC awards3.1 III Jornadas: Docencia de ISA en Informática y Computadores
3.2 Improving the Speed of Cranes, Robots, and Micro Mills by Command Shaping
3.3 Número especial de RIAI en el ámbito del Modelado y la Simulación
3.4 Programa de Master en Bioingeniería
3.5 18th IFAC World Congress4.1 Control de sistemas discretos
4.2 Model Predictive Control (Second Edition)
4.3 Herramienta para la simulación de controladores predictivos (IMPACT)
4.4 Técnicas de detección y estimación óptima con señales ultrasónicas
4.5 Localización Absoluta de Móviles mediante Ultrasonidos
4.6 Optimización bajo incertidumbre
4.7 Process Dynamics and Control, 2nd Edition
4.8 Linear Systems Theory: A Structural Decomposition Approach
4.9 Adaptive Control of Systems with Actuator Failures
4.10 Advanced Structural Dynamics and Active Control of Structures5. Sitios de Interés en Internet
6.1 Modelado, Análisis y Diseño de Sistemas de Control con Muestreo No Convencional
6.2 Técnicas avanzadas para el control visual de robots basadas en características
de la imagen. Aplicación a la solución de posibles singularidades
6.3 Control Óptimo y Robusto H_infinito de Sistemas No-lineales. Aplicación a Sistemas Electromecánicos
6.4 Modelo y Control neuro-borroso de las aceleraciones verticales de un buque de alta velocidad
6.5 Control no lineal de sistemas subactuados7. Miscelánea
Editorial
Bienvenido al número 8 del boletín de CEA-IFAC. El próximo número se enviará en el mes de enero de 2005.
Columna del Presidente
Escribo estas líneas a mi llegada de la celebración de las XXV Jornadas de Automática que han tenido lugar en Ciudad Real organizadas por nuestros compañeros de la Universidad de Castilla la Mancha. Creo que es de justicia que destaque como se merece la magnífica organización que ha llevado a cabo el grupo que dirige Vicente Feliú. En nombre de la gran familia que es CEA quiero expresar a Vicente y a su equipo nuestro sincero agradecimiento por el esfuerzo que han realizado. Nos consta que en el empeño han puesto ilusión, entrega y un gran trabajo para que todos nos sintiéramos como en nuestra propia casa.
Para el año que viene, la Junta Directiva de CEA acordó proponer a los grupos de las Universidades de Alicante y Miguel Hernández de Elche la realización de forma conjunta de las XXVI Jornadas de Automática. Estos grupos están liderados por Fernando Torres y Oscar Reinoso respectivamente. Desde esta columna quiero manifestar públicamente el compromiso cada vez más exigente de CEA con la organización y desarrollo de las Jornadas en las que nos reunimos cada año más de 200 personas. El listón está muy alto pero no me cabe duda que el timón está en unas magníficas manos. Antes de que finalice el año procederemos a fijar las fechas exactas de su celebración que como viene siendo ya tradicional será en el mes de septiembre.
Al término de las Jornadas bueno es que recapitulemos las cuestiones más relevantes que en ellas se produjeron y que también señalemos los objetivos que nos hemos marcado para este próximo Curso Académico.
En primer lugar conviene señalar que en Ciudad Real, se culminó el proceso electoral para la constitución de la nueva Junta Directiva, en la que ya de forma plena adoptamos lo que marcan nuestro nuevos Estatutos, una organización y representación basada en la existencia de los Grupos Temáticos. Como la Junta Directiva se renueva por mitades cada dos años, he asumido el compromiso de seguir al frente de la Asociación los dos próximos años en los que trataré de terminar algunas de las tareas que todavía están pendientes de culminación.
En el Acto de Apertura de las Jornadas, tal como estaba previsto, se entregó el Premio “Comité Español de Automática” a los profesores Eugenio Andrés Puente y Gabriel Ferraté Pascual como reconocimiento a toda una vida consagrada al magisterio y al servicio de la comunidad universitaria y muy especialmente por lo que han representado en la consolidación de la Automática en nuestro país. Sus frutos son bien visibles en el amplio número de sus discípulos, en las empresas intelectuales en las que han dejado su huella y en las iniciativas que han propiciado como duradero legado entre todos nosotros.
La conferencia inaugural con el título ¿Qué políticas de calidad en las universidades? fue impartida por el Prof. Francisco Marcellán, actual Director de la ANECA. Creo que su intervención nos debe hacer reflexionar a todos sobre la exigencia de calidad que debe marcar nuestro trabajo y en este sentido nos queda aun camino por recorrer para alcanzar cotas mucho más ambiciosas.
En el Acto de Clausura de las Jornadas se procedió a la entrega de los Premios Prodel “Prácticas de laboratorios para la enseñanza de la Automática”, Empresarios Agrupados “Desarrollo de modelos y/o librerías en EcosimPro” de la convocatoria 2004. El primero de ellos recayó en el trabajo “Laboratorio virtual para la enseñanza de control climático en invernaderos” del que es autor José Luis Guzmán de la Universidad de Almería y el segundo en el trabajo “Diseño de librerías de procesos continuos con EcosimPro” del que son autores Rogelio Mazaeda, Alejandro Merino y Almudena Rueda de la Universidad de Valladolid. Nuestra más cordial enhorabuena a todos ellos.
Ha quedado abierta ya la convocatoria 2005 de ambos premios que se fallará en las Jornadas de Alicante. Sean pues estas líneas mías una llamada a la participación activa de todos nuestros alumnos cualquiera que sea el nivel de estudios que se encuentren realizando.
Así mismo se hizo pública la resolución del comité de selección que valoró las propuestas que se habían presentado al premio Omron de “Iniciación a la Investigación e Innovación en Automática”. Quedó seleccionada la propuesta “Construcción de un sistema de levitación neumática con control de posición” de los alumnos de la Universidad de Sevilla Fernando-Borja Breña Lajas, José Julio Caparrós Jiménez y José Antonio Pérez García de Castro que estarán tutorizados por el profesor de dicha universidad D. Manuel G. Ortega Linares. Este trabajo se deberá presentar por parte de sus autores en las Jornadas de Alicante. También se declaró abierta la convocatoria 2005 de este premio con la importante novedad de abrirlo a todos los Grupos Temáticos.
Quiero finalizar con los objetivos que explicité ante la Asamblea General y que nos hemos marcado para el año 2005. En primer lugar ampliar sustancialmente nuestra base de socios y tratar de llegar a la cifra de 500 socios individuales y duplicar al menos los socios colectivos que son solo 20. Estoy convencido que esto es factible y espero que la nueva Junta Directiva se ponga muy pronto manos a la obra. A los coordinadores de los Grupos Temáticos les he pedido un Plan de Actividades para el año 2005 que se hará público en la web de cada Grupo. Vamos a emprender un análisis de la estructura de las Jornadas para modificar su formato actual y hacerlas más operativas. Muy posiblemente algunos de estos cambios se vean ya reflejados en las próximas Jornadas de Alicante. La puesta en marcha de la Fundación CEA será otro tema al que vamos a prestar un interés prioritario. Esto va a exigir que revisemos nuestro marco de actuación profesionalizando algunos servicios que nos van a ser absolutamente necesarios. La búsqueda de fondos para financiar RIAI será otra de las cuestiones que tenemos que vigilar y encauzar adecuadamente. Aquí ya hay ciertas expectativas prometedoras que estoy seguro que van a cristalizar en realidades tangibles.
Para alcanzar todos estos objetivos será imprescindible la ayuda de todos vosotros y vuestra participación entusiasta y decidida en todas las actividades que vamos a ir organizando cada vez de forma más estructurada. En ello hemos empeñado nuestro esfuerzo personal y el de la nueva Junta Directiva que me honro en presidir.
Sebastián Dormido Bencomo
Presidente de CEA-IFAC
Noticias de CEA-IFAC
Remitida por: Rafael Huber (huber@iri.upc.es)
Posters premiados en las XXV Jornadas de Automática
En las XXV Jornadas de Automática, además de los trabajos premiados, comentados en el mensaje del Presidente, se entregaron los diplomas a los siguientes posters en cada uno de los grupos temáticos:
-“Estudio de variables biomecánicas para discriminación de actividades con una ortesis de miembro inferior”. Juan C. Moreno, F. Brunetti, José L. Pons. BIOINGENIERÍA Y AUTOMÁTICA.
- “Una técnica híbrida de modelización neuroborrosa mediante colonia de hormigas”. José M. Andujar, Juan M. Córdoba, Iñaki Fernándes de Viana. CONTROL INTELIGENTE.
- “Robot de cinemática paralela como prototipo docente para el estudio del control multivariable y no lineal”. Manuel Motilva, Mario García-Sanz. EDUCACIÓN EN AUTOMÁTICA.
- “Aplicación del control robusto Hinf a una planta solar”. Miguel A. Corchero, Manuel Gil Ortega, Francisco Rodríguez Rubio. INGENIERÍA DE CONTROL.
- “FUELCELL-LIB: Una librería de modelado orientada a objetos para celda de combustible PEM con Modelica”. Miguel A. Rubio. MODELADO Y SIMULACIÓN DE SISTEMAS DINÁMICOS.
- “Estudio del comportamiento de un robot paralelo trepador para labores de supervisión”. Rafael Aracil, Roque Saltaren, M. Antonieta Scarano, Raúl Bermejo. ROBÓTICA.
- “Arquitectura de control distribuida usando nodos empotrados con RT-Linux sobre el protocolo de comunicaciones SCOCAN”. Javier O. Coronel, Francisco Blanes, Pascual Pérez, Miguel Albero, Ginés Benet, José E. Simó. SISTEMAS DE TIEMPO REAL.
- “Reconocimientos de vistas parciales de objetos de forma libre basado en características globales”. Santiago Salamanca, Antonio Adán, Carlos Cerrada, Emiliano Pérez Hernández. VISIÓN POR COMPUTADOR.
Remitida por: Joaquín Aranda (jaranda@dia.uned.es)
Actividades de la red temática AUTOMAR
Durante este último año, y con ayuda a través de una acción especial del MCyT, se ha puesto en marcha la red temática AUTOMAR (http://ctb.dia.uned.es/automar).
Los grupos de las instituciones participantes en esta red temática constituyen un conjunto de personas interesadas en la teoría y aplicaciones de la ingeniería de control, de la robótica y técnicas de inteligencia artificial relacionadas con el campo marítimo. Ello incluye estructuras marinas, sistemas y vehículos subacuáticos autónomos y no autónomos, buques y otros dispositivos relacionados con el campo marítimo, en donde se consideran aspectos tales como el control de la navegación, monitorización y vigilancia, análisis de fallos, optimización, planificación, modelado, simulación y arquitecturas de control.
El objetivo inicial de esta red ha sido poner en contacto a estos grupos, y coordinar reuniones de los mismo con la presencia de las industrias del sector. De forma que se potencien las colaboraciones y la fluidez de contactos.
En este sentido se han realizado durante este último año cuatro Jornadas, en Santander, Barcelona, Ferrol y Cádiz, en un intento de acercar las actividades de los grupos de la red a los sectores industriales de cada una de estas zonas, además de las reuniones propias de trabajo de los grupos de la red.
Para el próximo 25 de Noviembre se tiene programada la "I Jornada sobre Automática y Sistemas en el Sector Marítimo", que se plantea como un foro de encuentro entre las industrias del sector (astilleros, industria auxiliar y de reparaciones), las empresas e instituciones de operaciones y servicios (armadores, operadores, puertos, seguridad marítima) y el mundo académico.
La Jornada se celebrará en el Centro Torres Quevedo del CSIC ( C/ Serrano 144, Madrid).
Esta Jornada está organizada por la UNED, la U. Complutense, la U. Politécnica, el Instituto de Automática e Informática Industrial y la Fundación "Ingeniero Jorge Juan", con la colaboración de CEA y de los grupos de la red temática y la participación de investigadores y profesionales del sector interesados en las aplicaciones marítimas de la Automática.
Remitida por: Fernando Torres (Fernando.Torres@ua.es)
Resumen y conclusiones de la reunión del grupo temático "Educación en Automática"
Durante la celebración de las XXV Jornadas de Automática, se celebró la reunión del grupo temático “Educación en Automática” de CEA, en la que se abordaron los siguientes temas:
Remitida por: Ángel Valera (giuprog@isa.upv.es)
Informe del "workshop" IBCE'04.
Del 5 al 7 de Septiembre se ha celebrado en la Universidad de Grenoble (Francia) el workshop de la IFAC “Internet Based Control Education, IBCE’04”.
La mayoría de artículos presentados estaban relacionados con temas de laboratorios remotos de control, entornos educacionales basados en web y herramientas de diseño basadas en Internet, cubriéndose también otras áreas como el control de robots y el diseño de controladores.
Aunque en el workshop se han presentado artículos de 16 países distintos, cabe destacar que la aportación española ha sido la más numerosa, puesto que se han presentado 10 artículos de las universidades de Alicante, León, Miguel Hernández, Murcia, Valladolid así como de las universidades politécnicas de Barcelona y Valencia y de la UNED.
Remitida por: Franciso R. Rubio (rubio@esi.us.es)
Reunión del grupo temático "Ingeniería de Control".
En las XXV Jornadas de Automática que se celebraron en Ciudad Real, el grupo de "Ingeniería de Control" de IFAC celebró su reunión anual.
En primer lugar se realizó una presentación a cargo de nuestro compañero, Javier Aracil de la Universidad de Sevilla, sobre el tema: “El Péndulo Invertido: Un Banco de Pruebas para el Control No Lineal”. En ella nos ilustró acerca de como este equipo, a pesar de su simplicidad, encierra una gran problemática de control, que puede abordarse desde distintas perspectivas.
Posteriormente se plantearon aspectos de organización del Grupo de Temático,
se aprobó por asentimiento el Reglamento tipo propuesto por CEA-IFAC
como Reglamento de funcionamiento del grupo.
Se comentarón las actividades del grupo, que están centradas alrededor
de las Redes Temáticas que se encuentrar en curso. Así mismo se
vió la conveniencia de relanzar las redes actuales y/u otras como actividades
futuras.
Se recuerda que a toda la información del grupo, puede accederse a partir
de las paginas en el web de CEA-IFAC:
http://www.cea-ifac.es/wwwgrupos/ingcontrol/index.html.
Remitida por: Sebastián Dormido (sdormido@dia.uned.es)
Acuerdo CEA-CYTED
El pasado 29 de septiembre, he procedido a la firma de este convenio con Fernando Aldana, actual Secretario General del CYTED, por el que CYTED se compromete a contribuir con 4000€ anuales a la financiación de RIAI. Como contraprestación de esta cantidad CEA entregará a CYTED un conjunto de ejemplares de nuestra revista para que la Secretaría General del CYTED haga su difusión entre los países firmantes del programa. Creo que es una muy buena noticia y que nos permite aligerar nuestras cargas económicas. Al acto de la firma me acompañó Rafael Aracil que ha sido la persona que ha llevado este asunto y a quien quiero públicamente agradecerle su dedicación al mismo.
Remitida por: Sebastián Dormido (sdormido@dia.uned.es)
Acuerdo CEA-ISA
Se ha firmado un acuerdo con ISA España, por el que CEA se compromete a colaborar en la creación del "Master en Instrumentación y Control de Procesos". CEA contribuirá en la metodología y contenido de los módulos del Master relativos al control de procesos. Será competencia de CEA el diseño e implementación de actividades tutoriales y ejercicios vía web para los siguientes módulos:
Conceptos básicos (termodinámica, química, etc., aplicados a control de procesos)
Control básico (PID, cascadas, overrides, etc)
Control de unidades de proceso (hornos, columnas, reactores, etc.)
Ingeniería de control
Control Avanzado (Predictivo, Optimización, Identificación)
Remitida por: Juan J. Ramos (JuanJose.Ramos@uab.es)
Integración del grupo temático de "Modelado y Simulación" en MS&Net
Me es grato informaros de la reciente aceptación del Grupo Temático de Modelado y Simulación de Sistemas Dinámicos de CEA en la red M&SNet de la SCS. M&SNet es una de las principales redes internacionales en el campo del modelado y simulación de sistemas. Actualmente agrupa a trece organizaciones e instituciones que desarrollan su actividad investigadora y de transferencia de tecnología en dicho campo. El propósito de la red es proporcionar el marco adecuado para buscar sinergias entre sus integrantes con el objetivo de coordinar y facilitar la cooperación en las actuaciones relacionadas con la investigación, la educación y la diseminación. La integración del GT de MSSD de CEA como miembro activo en la red M&SNet brinda a todos sus integrantes nuevas oportunidades de colaboración en estas actuaciones (p.e. intercambio de expertos, participación proyectos coordinados, etc), tanto en las impulsadas por los miembros extranjeros de M&SNet como las que se impulsen desde los miembros del GT-MSSD.
Tal y como se informó en la pasada reunión del GT de MSSD celebrada en las pasadas Jornadas de Automática, la participación activa de sus miembros en las actuaciones en M&SNet, debe vehicularse a través del coordinador del GT de MSSD (actualmente el Dr. Miquel Àngel Piera) ya que, tal y como se establece en los acuerdos de participación en M&SNet, es el GT de MSSD el que es miembro de derecho en la red M&SNet.
Aprovecho para recordaros que, tal y como se acordó en la reunión del GT de MSSD celebrada en las pasadas Jornadas de Automática, los distintos grupos que integran el GT de MSSD deben comunicar al coordinador la persona de contacto adecuada para canalizar las informaciones que lleguen sobre las actuaciones impulsadas desde M&SNet.
Remitida por: Juan J. Ramos (JuanJose.Ramos@uab.es)
Mediterranean & Latin-American Regional Council (IM_SC) de SCS
Me es grato informaros de la reciente creación del Mediterranean & Latin-American Regional Council (IM_SC) de SCS. Actualmente, SCS integra a diez consejos regionales. El nuevo consejo se ha creado con los siguientes propósitos:
Se pretende así impulsar las actividades relacionadas en el campo de la Simulación en el Sur de Europa y aprovechar las sinergias con Sudamérica. Dada la motivación de impulsar desde el GT de Simulación de CEA-IFAC las actividades relacionadas con el campo de la simulación en el estado Español, así como el interés de establecer colaboraciones en este campo con otros equipos extranjeros, el comité ejecutivo de SCS decidió nombrar al Dr. Miquel Àngel Piera como director del nuevo consejo.
Remitida por: Juan J. Ramos (JuanJose.Ramos@uab.es)
Simulación Distribuida y HLA
Dentro de las actividades del Grupo Temático de Modelado y Simulación de Sistemas Dinámicos de CEA, el pasado mes de septiembre se celebró el curso "Simulación Distribuida y HLA" organizado por el Dpto. de Telecomunicaciones e Ingeniería de Sistemas de la Universidad Autónoma de Barcelona. El curso, limitado a 25 plazas, tuvo una exitosa aceptación tanto en el ámbito académico como en el industrial, contándose con la presencia de distintas ingenierías de ámbito nacional. El curso se enmarca en la Red Temática para la difusión de las Técnicas de Simulación Digital y su aplicación a Procesos Industriales, financiada por el Programa Nacional en Diseño y Producción Industrial (DPI2002-11517-E). Los detalles del curso pueden consultarse en la página web de la Red Temática.
Remitida por: Sebastián Dormido (sdormido@dia.uned.es)
2005 IFAC awards
The last IFAC Council meeting in St Petersburg, June 2004, voted on the major 2005 IFAC awards. The recipient of the Quazza Medal is Prof Tamer Basar, the Nichols Medal is awarded to Prof Williams F. Powers, and the winner of the Industrial Achievement Award is Dr Serge Boverie. These medals will be awarded at the opening ceremony of the IFAC Congress in Praga.
Anuncios generales
Remitida por: Fernando Torres (Fernando.Torres@ua.es)
III Jornadas: Docencia de ISA en Informática y Computadores
Durante los días 25 y 26 de octubre tendrán lugar unas nuevas Jornadas de Trabajo en el marco de la red temática asociada al Grupo de Educación de CEA "DocenWeb: Red Temática de Docencia en Control mediante Web"(DPI2002-11505-E). En esta ocasión serán los compañeros de la Universidad de León los que nos brindarán su amable hospitabilidad.
En esta reunión se trabajará sobre los curricula de asignaturas con contenidos de "Informática y Computadores que imparta el área ISA en España", de forma que en las Jornadas de trabajo no sólo se presenten los contenidos o programas que se imparten, si no también prácticas específicas que se realizan, tipo de material para ellas, apuntes, textos, materiales en general (software, laboratorios virtuales, documentación, transparencias, etc.).
Creo que muchos grupos pueden aportar experiencias muy interesantes, por lo que animo a que participeis todos. La red financiará el desplazamiento, comidas y cena de trabajo y alojamiento de un integrante por grupo que realice presentación de sus trabajos. Cada grupo presentará también una pequeña comunicación escrita de cada trabajo. Para más información consultar la dirección: http://disc.ua.es/docenweb/.
Remitida por: Rodolfo Haber (rhaber@iai.csic.es)
Improving the Speed of Cranes, Robots, and Micro Mills by Command Shaping.
El próximo día 27 de octubre a las 12:00 horas tendrá lugar en el Salón de Actos del Instituto de Automática Industrial del CSIC (www.iai.csic.es) una conferencia impartida por el Prof. William Singhose del Georgia Institute of Technology con el título " Improving the Speed of Cranes, Robots, and Micro Mills by Command Shaping ".
Resumen: Command shaping is a simple, yet powerful, control method for reducing vibration. This technique alters the commands sent to the system in order to reduce vibration. This talk will present an introduction to command shaping techniques and then focus on the specific applications of cranes, robots, and micro mills. Cranes always have oscillation given that the payload is supported by an overhead cable. This oscillation can be on the order of 1 meter for large cranes. Robots often have flexible links and joints that lead to oscillation when rapid motion is performed. Robot vibration is often on the scale of centimeters or millimeters. In micro milling the diameter of the cutting tool is often less than 150µm in diameter and the supporting structure is more flexible than traditional milling. Although the vibration in these machines is at the micron level, it is still critical to control the vibration so that parts are manufactured accurately. This talk will present experimental results from all three types of machines. The results prove that command shaping can be used to improve the performance across this wide range of machine types and vibration amplitudes.
Biografía: William Singhose joined the faculty of the
Woodruff School of Mechanical Engineering at the Georgia Institute of Technology
in the fall of 1998. He was awarded a Ph.D. from the Massachusetts Institute
of Technology in June 1997. He then completed a one year postdoctoral fellowship
in the Center for Innovation in Product Develop at MIT before going to Georgia
Tech. Dr. Singhose also working in industry for two and a half years before
getting his Ph.D. The work he did at Convolve, Inc. was directed at developing
and installing control systems on industrial machines. He worked on machines
such as silicon-handling robots, coordinate measuring machines, and high precision
air bearing positioning stages.
While at Georgia Tech, Dr. Singhose has developed a worldwide network of research
collaborations in the area of command shaping. The goal of this research community
is to make computer-controlled machines move faster and more accurately by intelligently
constructing the desired machine motion. He has published about 30 journal articles
and 100 conference papers on his research.
Remitida por: Juan J. Ramos (JuanJose.Ramos@uab.es)
Número especial de RIAI en el ámbito del Modelado y la Simulación
Desde la revista RIAI se ha programado la edición de un número especial en el ámbito de Modelado y Simulación. En la pasada reunión del Grupo Temático de Modelado y Simulación de Sistemas Dinámicos se acordó que en esta primera ocasión la temática del número especial se oriente en la solución de problemas logísticos (transporte y servicios) y de planificación de la producción y recoja aquellos artículos de mayor relevancia, bien por la aportación novedosa a nivel metodológico, bien como ejemplo novedoso de aplicación o bien por los resultados alcanzados. En consecuencia, os hago partícipes de esta llamada para que presentéis vuestros resultados en esta línea. El mecanismo para enviar vuestras contribuciones es el habitual de la revista. El plazo máximo para la recepción de artículos finaliza el próximo 30 de octubre.
Remitida por: Pere Caminal (caminal@creb.upc.es)
Programa de Master en Bioingeniería
El Programa de Master en Bioingeniería, de la Universitat Politècnica de Catalunya, tiene una duración de 470 horas, impartidas en un curso académico, y está dirigido a ingenieros, licenciados en medicina y licenciados en ciencias.
Objetivos. Al finalizar el máster los estudiantes tendrán los conocimientos necesarios para realizar las siguientes tareas:
- Utilización de herramientas de procesado y análisis de señales e imágenes biomédicas
- Aplicación de los conceptos de la ingeniería al desarrollo de instrumentación biomédica
- Utilización de las herramientas informáticas para el tratamiento de bases de datos y el correspondiente análisis estadístico
- Control de la recepción, instalación, mantenimiento, calibración y reparación de los equipos médicos
- Diseño de elementos biomecánicos y biomateriales
- Asesoramiento a los centros hospitalarios en la planificación de compras de equipos médicos y en la definición de especificaciones
La 16ª edición del Programa de Master en Bioingeniería inicia el próximo 4 de Octubre de 2004
Incluye los cursos de especialización: Análisis y modelado de sistemas biológicos, Métodos estadísticos e informáticos en sanidad, Obtención y procesado de señales e imágenes biomédicas, Instrumentación biomédica, Equipos terapéuticos, Ingeniería clínica, Seguridad hospitalaria, Biomateriales y el curso multimedia de Biomecánica (http://www.creb.upc.es/biomecanica).
Coordinación técnica: Joana Mireia Cervera, 93 4012512, joana.cervera@fundacio.upc.edu, http://www.fpc.upc.es.
Remitida por: Sebastián Dormido (sdormido@dia.uned.es)
18th IFAC World Congress
Following a vote of Council at the last IFAC Council meeting in St Petersburg, June 2004, the NMO of Italy will host the 18th IFAC World Congress. The proposed president is Prof Alberto Isidori, the proposed Chair of the International Program Committee is Prof Sergio Bittanti, and the proposed venue is Milano in July 2011.
Material docente
Remitida por: Oscar Reinoso (o.reinoso@umh.es)
Control de sistemas discretos
Autores: Oscar Reinoso, José Mª Sebastián, Fernando Torres, Rafael Aracil
Editorial: McGrawHill (Serie Schaum).
Año: 2004
ISBN: 84-481-4204-7
332 páginas
Índice:
1. Secuencias y Sistemas Discretos
2. Transformada Z
3. Muestreo y Reconstrucción de Señales
4. Sistemas Muestreados
5. Estabilidad de Sistemas Discretos
6. Análisis Dinámico de Sistemas
7. Comportamiento Estático de Sistemas Realimentados
8. Comportamiento Dinámico de Sistemas Realimentados
9. Criterio de Nyquist
10. Discretización de Reguladores Continuos
11. Diseño de Reguladores Discretos Mediante Lugar de las Raíces
12. Diseño de Reguladores Algebraicos
13. Diseño de Reguladores de Tiempo Mínimo
El objetivo de este libro es presentar un conjunto de problemas en cada uno de los capítulos anteriormente referencidos. El texto se ha dividido en trece capítulos. Los tres primeros están fundamentalmente orientados a recordar los conceptos matemáticos en los que posteriormente se cimentarán los siguientes capítulos. La transformada Z es de especial importancia en los sistemas discretos, por lo que el segundo capítulo se dedica a ella. En el capítulo tres se plantean los conceptos de muestreo y reconstrucción de señales, planteando problemas en torno al teorema de muestreo y al concepto de bloqueador y sus tipos. A continuación, los capítulos cuatro y cinco se dedican a los sistemas muestreados y la estabilidad de los sistemas discretos. Por primera vez aparece el concepto de realimentación en el capítulo cuarto, que versa también sobre sistema discreto equivalente y transformada Z modificada. La definición y condiciones de estabilidad de sistemas discretos son tratadas en el quinto capítulo a través del criterio de Jury. Los siguientes capítulos están dedicados al análisis. En el seis se repasan las respuestas temporales ante secuencias impulso y escalón, así como el concepto de sistema reducido equivalente. Es el séptimo capítulo el destinado a estudiar el comportamiento estático de los sistemas realimentados ante realimentación unitaria y no unitaria, errores y tipo de un sistema. El capítulo ocho abarca el comportamiento dinámico de los sistemas realimentados a través de la técnica del lugar de las raíces. Ya en el capítulo noveno, se realiza el análisis de estabilidad en el dominio de la frecuencia, haciendo uso del criterio de Nyquist. Los cuatro últimos capítulos están destinados al diseño de reguladores. En el décimo a través de la discretización de reguladores continuos, por métodos basados en la aproximación de la evolución temporal o la discretización de reguladores, considerando aspectos tales como la saturación en el actuador o la correcta elección del período de muestreo. En el siguiente capítulo, el onceavo, se estudia la forma de añadir polos y ceros a la función de transferencia en bucle abierto para modificar los de bucle cerrado. Para ello, se emplea en este capítulo como herramienta de diseño el lugar de las raíces. Ya en el capítulo doce se aborda el diseño de reguladores algebraicos por el método de asignación de polos o por síntesis directa basada en el método de Truxal. Finalmente, el último capítulo está destinado al diseño de reguladores de tiempo de mínimo.
Cada uno de estos capítulos está estructurado en forma de un resumen de los contenidos teóricos de cada capítulo para pasar a desarrrollar los diferentes problemas planteados junto con su resolución completa y detallada, así como un conjunto de problemas propuestos y la solución de los mismos.
Remitida por: Carlos Bordóns (bordons@esi.us.es)
Model Predictive Control (Second Edition)
Autores: Eduardo F. Camacho y Carlos Bordóns
Editorial: Springer-Verlag London.
Año: 2004
ISBN: 1-85233-694-3
405 páginas
URL: http://www.esi.us.es/MPCBOOK
Acaba de salir la segunda edición de este libro sobre Control Predictivo Basado en Modelo (Model Predictive Control, MPC), que proporciona una completa introducción a los aspectos teóricos y prácticos de las estrategias MPC más usadas en la práctica. El texto trata los siguientes temas: elementos y algoritmos básicos MPC; esquemas comerciales; Control Predictivo Generalizado; MPC multivariable, robusto y con restricciones, MPC no lineal e híbrido; métodos rápidos de implementación y aplicaciones. Todo el material ha sido cuidadosamente actualizado sobre la edición de 1999, recogiendo los más importante desarrollos ocurridos en este campo en los últimos años, siendo los capítulos dedicados a MPC no lineal, híbrido e implementaciones rápidas totalmente nuevos. También se han añadido ejercicios y ejemplos nuevos, así como una herramienta software para la simulación de la mayoría de los controladores predictivos existentes que incorpora todos los casos descritos y propuestos en el libro. Se puede descargar de forma gratuita de www.esi.us.es/MPCBOOK.
Este texto puede ser una excelente ayuda para cursos introductorios o avanzados en el tema, así como para investigadores y profesionales que quieran mantenerse al día en este campo tan cambiante. El contenido es el siguiente:
1. Introduction to Model Predictive Control
2. Model Predictive Controllers
3. Commercial Model Predictive Control Schemes
4. Generalized Predictive Control
5. Simple Implementation of GPC for Industrial Processes
6. Multivariable Model Predictive Control
7. Constrained Model Predictive Control
8. Robust Model Predictive Control
9. Nonlinear Model Predictive Control
10. Model Predictive Control and Hybrid Systems
11. Fast Methods for Implementing Model Predictive Control
12. Applications
Appendix A: Revision of the Simplex Method
Appendix B: Dynamic Programming and Linear Quadratic Optimal Control
Remitida por: Carlos Bordóns (bordons@esi.us.es)
Herramienta para la simulación de controladores predictivos (IMPACT)
La segunda edición del libro "Model Predictive Control" de Eduardo F. Camacho y Carlos Bordóns, que acaba de ver la luz, incorpora una herramienta que puede ser empleada para simular la mayoría de los controladores predictivos existentes. Este paquete de programas permite al usuario centrarse sólo en la definición del problema y el ajuste del controlador, olvidándose de la carga de programación del algoritmo. La herramienta se denomina IMPACT y se trata de un programa que se ejecuta en el entorno Matlab con una cómoda interface de usuario y que se puede descargar de forma gratuita en www.esi.us.es/MPCBOOK. Este paquete de software permite la simulación de la mayoría de los algoritmos de control existentes (GPC, DMC, PFC, MPC en el espacio de estados, etc) tanto para sistemas monovariables como multivariables con la inclusión de restricciones, incertidumbres, ruidos y cambios en la referencia. Se puede ejecutar con versiones de Matlab desde la 5.3 y superior, sin necesidad de otros "toolboxes".
La herramienta contiene un conjunto de ejemplos ya incorporados, que son los ejemplos y los ejercicios propuestos del citado libro, por lo que resulta muy útil para la docencia del Control Predictivo. Se pueden usar como base los ejemplos de la biblioteca para experimentar con la sintonía de los controladores y cambiar los experimentos propuestos
Remitida por: Fernando Seco (fseco@iai.csic.es)
Técnicas de detección y estimación óptima con señales ultrasónicas
Este trabajo es una presentación de algunas de las técnicas más usadas en los procesos de detección y estimación de parámetros con señales ultrasónicas. Se exponen los fundamentos básicos de la teoría de la decisión, estimación estadística de parámetros y análisis basados en un modelo, adapatadas a las circunstancias habituales de las señales ultrasónicas. Se citan y comentan los trabajos más relevantes encontrados en el área. El trabajo se puede descargar en la dirección: http://www.iai.csic.es/users/fseco/teaching/teaching.htm.
Fernando Seco Granja es doctor en Ciencias Físicas por la Universidad Nacional de Educación a Distancia (2002). Desde 1997 realiza labores de investigación en el Instituto de Automática Industrial (IAI), y entre sus áreas de trabajo se encuentran los sensores ultrasónicos en diversas aplicaciones (industriales, localización, navegación, etc), el estudio de la generación electromagnética de ultrasonidos, el procesamiento digital de señales, y las ayudas para la movilidad de discapacitados.
Remitida por: Fernando Seco (fseco@iai.csic.es)
Localización Absoluta de Móviles mediante Ultrasonidos
La localización física de determinados objetos móviles
permite conocer su posición (XYZ) y posibilita la capacidad de navegar
por su entorno. En exteriores actualmente la técnica más popular
es el GPS, en interiores abundan los trabajos de investigación
en el área de robótica inteligente para localización relativa
al entorno. La estrategia planteada en los trabajos desarrollados
en nuestro grupo, más próxima al concepto GPS, se orienta a la
localización absoluta en interiores mediante técnicas de trilateración
por ultrasonidos.
En esta presentación damos un repaso de los proyectos realizados en nuestro grupo para localizar objetos mediante ultrasonidos en el aire en diferentes áreas de aplicación (robótica, almacenes flexibles, invernaderos, hospitales, yacimientos arqueológicos, etc), incidiendo en el principio de trilateración y las técnicas utilizadas. Finalmente presentaremos otras áreas de aplicación bajo la filosofía de la computación ubicua donde se demanda una infraestructura basada en técnicas de localización para facilitar y mejorar la vida de las personas mediante una serie de servicios. El trabajo se puede descargar en la dirección: http://www.iai.csic.es/users/fseco/teaching/teaching.htm.
Antonio Ramón Jiménez Ruiz, doctor en Ciencías Físicas por la Universidad Complutense de Madrid en 1998. Entre el año 91 y 93 trabajó en aplicaciones láser en la Fundación Madrid Láser, y a partir de 1994 trabaja en el Instituto de Automática Industrial-CSIC. Actualmente, y desde el año 2001, posee la categoría de Científico Titular del CSIC. Sus áreas actuales de investigación son los sistemas sensoriales basados en ultrasonidos, láser, y las técnicas de procesamiento de señal para localización, seguimiento, y extracción de características de objetos en las áreas de robótica, computación ubicua, discapacidad, inspección y máquina herramienta.
Remitida por: Rafael Huber (huber@iri.upc.es)
Optimización bajo incertidumbre
Coordinadores: A. Alonso-Ayuso, E. Cerda, L. F. Escudero, R. Sala
Editorial: Tirant lo Blanch - Rect@ nº 2 Revista Electrónica de Comunicaciones y Trabajos ASEPUMA.
Septiembre, 2004
ISBN: 8484561003
418 páginas
Este libro lo han escrito entre varios profesores, que no se llevan ni un céntimo. Los beneficios quedan para ASEPUMA (Asociación de Profesores Universitarios para la Economía y la Empresa). Está escrito para que lo entiendan los no especialistas. La primera parte se dedica a algoritmos y la segunda a aplicaciones. Ver detalles en: http://www.tirant.es/detalle?articulo=8484561003.
Remitida por: Juan A. Méndez (jamendez@ull.es)
Process Dynamics and Control, 2nd Edition
Autores: Dale E. Seborg, Thomas F. Edgar, Duncan A. Mellichamp
Editorial: JOHN WILEY & SONS, INC.
Año: 2004
ISBN: 0-471-00077-9
713 páginas
Se presenta la segunda edición de este libro publicado por primera vez en 1989. En esta edición se han eliminado algunos tópicos obsoletos y se han añadido nuevos contenidos para adaptar el libro a los cambios tecnológicos. Además se incluyen nuevos ejercicios y se ha incorporado MATLAB y Simulink para su resolución.
Más información en: http://www.wiley.com/college/seborg.
Remitida por: Juan A. Méndez (jamendez@ull.es)
Linear Systems Theory: A Structural Decomposition Approach
Autores: Ben M. Chen, Zongli Lin, Yacov Shamash
Editorial: Springer-Verlag (Series - Control Engineering).
Año: 2004
ISBN: 0-8176-3779-6
432 páginas
El libro presenta una aproximación a las técnicas descomposición
estructural de diferentes tipos de sistemas lineales. Se pone de
manifiesto la importancia de las propiedades estructurales de los sistemas en
la comprensión de los mismos y en la solución de determinados
problemas de control.
Más información en: http://www.springeronline.com/sgw/cda/frontpage/0,11855,5-175-22-34698757-0,00.html.
Remitida por: Juan A. Méndez (jamendez@ull.es)
Adaptive Control of Systems with Actuator Failures
Autores: Gang Tao, Shuhao Chen, Xidong Tang and Suresh M. Joshi
Editorial: Springer-Verlag.
Año: 2004
ISBN: 1-85233-788-5
320 páginas
Este libro profundiza en el análisis y diseño de sistemas de control adaptativos con fallos desconocidos en los sistemas de actuación y en los parámetros del modelo. La aportación mas relevante del libro es que el método que presenta no emplea técnicas de diagnosis o de tolerancia a fallos para compensar el fallo en el sistema de actuación. En lugar de eso se realiza un reajuste de los parámetros del controlador para conseguir que los restantes actuadores compensen el fallo ocurrido.
Más información en: http://www.springer.de/cgi/svcat/search_book.pl?isbn=1-85233-788-5.
Remitida por: Juan A. Méndez (jamendez@ull.es)
Advanced Structural Dynamics and Active Control of Structures
Autores: Wodek Gawronski
Editorial: Springer-Verlag, New York.
Año: 2004
ISBN: 0-387-40649-2
400 páginas
El libro trata en un mismo contexto la dinámica, el control y la identificación de estructuras. Se presentan técnicas como “Collocated controllers”, controladores LQG y controladores H2 y Hinf. El libro se ilustra con ejemplos que van desde estructuras sencillas hasta otras estructuras complejas como la estación espacial internacional.
Más información en: http://www.springeronline.com/sgw/cda/frontpage/0,10735,4-175-72-12728808-0,00.html.
Sitios de Interés en Internet
Remitida por: Manuel R. Arahal (arahal@esi.us.es)
"el castellano"
Recomiendo a todos aquellos interesados en el correcto uso de la lengua castellana una visita al sitio de "el castellano", en particular a la sección dedicada al nefando "espanglich": http://www.elcastellano.org/spanglis.html
Encontrareis debates y opiniones y también un repertorio de enlaces que pueden resultar muy útiles.
Los que hayáis visitado alguna vez mi página os habréis topado con un enlace a http://www.informatica.us.es/~ramon/articulos/malamente.html donde un compañero informático ha recopilado una serie de términos que habitualmente se emplean de forma equivocada.
Estoy seguro que hay otros lugares de internet dedicados a estos temas. ¿Se anima alguien a darlos a conocer? A ver si el debate prende y de paso se transmite a la sección de terminología de nuestra revista RIAI.
Remitida por: Juan A. Méndez (jamendez@ull.es)
Control multifrecuencia
El grupo de investigación en sistemas de control digital de la Universidad EAFIT (Colombia) publica en su página Web recursos interesantes para el control de sistemas multifrecuencia. Aparte de información general y publicaciones sobre los sistemas multifrecuencia, han desarrollado una toolbox para Matlab que se puede descargar libremente.
La dirección URL del grupo es: http://www.control-systems.net.
La página Web desde la que se puede descargar la toolbox Multirate Control
es:
http://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/loadFile.do?objectId=4496&objectType=file.
Tesis doctorales
Modelado, Análisis y Diseño de Sistemas de Control con Muestreo No Convencional
Autor: Ángel Cuenca Lacruz
Director: Julián José Salt Llobregat
Defensa: 24 de Septiembre de 2004 en el Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática de la Universidad Politécnica de Valencia
La Tesis se centra en el estudio de los sistemas muestreados de forma no convencional, cubriendo las fases siguientes:
- Modelado: Por un lado, se presenta una serie de leyes de recurrencia basadas en la representación interna, las cuales son deducidas a partir del método de las sustituciones sucesivas sobre las ecuaciones de estado y salida del sistema. Dichas leyes son aplicables a tres escenarios distintos: proceso continuo, proceso continuo antecedido de ZOH y proceso discreto. Por otro lado, se propone un método novedoso de modelado de este tipo de sistemas basado en la representación externa, el cual adopta una aproximación (variable discreta z media) al considerar el caso de muestreo irregular dentro del metaperiodo como una desviación del regular.
- Análisis: Se ha considerado tanto el dominio temporal como el frecuencial, trabajando con reguladores tipo P-I-D y siempre desde el punto de vista de la representación interna. Se pone de manifiesto que el patrón de muestreo puede ser considerado como un parámetro más de diseño. Dada la complejidad de estudiar el tema en un entorno de simulación clásico, se ha desarrollado una aplicación en SysQuake que ayuda a llevar a cabo la tarea de análisis de manera más sencilla, al permitir la interactividad.
- Diseño: Basándose en la descomposición en frecuencias del controlador con estructura no convencional y en la representación externa, se estudia tres tipos de controladores clásicos distintos: PID, reguladores de cancelación (tiempo mínimo y finito) y de asignación de polos. Se trata de adaptarlos para lograr un funcionamiento apropiado cuando el sistema sobre el que actúen reciba dichas acciones siguiendo un esquema no uniforme. Este hecho suele suceder al aparecer retardos en la comunicación controlador-planta. Se pone de manifiesto la mejora que supone sobre las prestaciones del sistema la utilización de este tipo de controladores frente a la utilización de controladores bifrecuencia clásicos, ya que éstos generan sus acciones de control sin tener en cuenta la existencia de posibles retardos. Mediante el uso de Tornado-VxWorks se ha implementado una plataforma de tiempo real que permite verificar los resultados de la simulación.
Técnicas avanzadas para el control visual de
robots basadas en características
de la imagen. Aplicación a la solución de posibles singularidades
Autor: Nicolás M. García Aracil
Directores: Oscar Reinoso García y Rafael Aracil Santonja
Defensa: Julio de 2004 en la Universidad Miguel Hernández de Elche
El control visual es un tema de investigación mutidisciplinar, ya que
engloba conocimientos de diversos campos, como son: la visión artificial,
la robótica y el control. Las técnicas de control visual son útiles
en un amplio rango de aplicaciones y son usadas para controlar diferentes sistemas
dinámicos (manipuladores, robots móviles, vehículos submarinos
autónomos, aeronaves, etc).
Sin embargo, existen muchos problemas sin resolver y que hacen que no exista
todavía un sistema de control visual totalmente fiable. Esta Tesis Doctoral
contribuye a hacer las técnicas de control visual basadas en características
de la imagen un poco más robustas. Para ello, primero se propone una
solución particular basada en un esquema de control visual cooperativo
que permite solucionar los problemas de singularidad de la tarea, errores en
la extracción de características, desaparición de características
en el plano de la imagen, etc propios de las técnicas de control visual
de robots basadas en características de la imagen.
También se presenta en esta tesis una novedosa solución general
a la restricción de visibilidad impuesta a todas las técnicas
de control visual basadas directa o indirectamente en características de
la imagen. Esta solución permite la variación en la visibilidad de las características durante la ejecución de la tarea de control
frente a las soluciones propuestas hasta la fecha que se basaban en evitar a toda costa la pérdida de visibilidad de las características
durante el control.
Teniendo presente este concepto se han definido y desarrollado las bases teóricas
de una aproximación al control visual estable y continua que permitiera
la presencia temporal de características en la imagen. Se ha reformulado,
utilizando las bases teóricas desarrolladas, la aproximación al control visual en el espacio invariante
respecto a los parámetros intrínsecos de la cámara para adaptarlo a la variabilidad en la visibilidad de las características
durante el control.
Por último, se ha extendido este concepto de una forma totalmente novedosa
al control visual continuo de la navegación de un robot móvil.
Tanto la tesis como los vídeos demostrativos pueden ser consultados en:
http://lorca.umh.es/isa/es/personal/nicolas.garcia/tesis/tesis.html.
Control Óptimo y Robusto H_infinito de Sistemas No-lineales. Aplicación a Sistemas Electromecánicos
Autor: Carlos Vivas Venegas
Director: Francisco Rodríguez Rubio
Defensa: Septiembre de 2004 en la Universidad de Sevilla
El objetivo de este trabajo de tesis ha consistido en la investigación de una posible formulación de soluciones explícitas para la aplicación de las metodologías de control H2 y Hinfinito, así como su variante híbrida H2/Hinfinito, a sistemas no lineales de tipo Euler-Lagrange.
Este trabajo de tesis se centra en la formulación de soluciones de control óptimo H2 y control robusto Hinfinito, para un conjunto particular de sistemas no lineales, conocidos como sistemas Euler-Lagrange. Dentro de esta categoría de sistemas podemos encontrar buena parte de los dispositivos electromecánicos empleados habitualmente en la industria tales como robots, sistemas de posicionamiento, etc.
Se propone en este trabajo una formulación de control híbrido H2/Hinfinito no lineal, que permite ponderar los beneficios derivados de la aplicación de ambas técnicas de control, es decir, el buen comportamiento del control H2, y la robustez asociada al control Hinfinito. La solución propuesta se basa en la formulación de una parametrización apropiada del problema H2 asociado, que permite obtener una solución subóptima del problema planteado. Adicionalmente, y con el objeto de hacer aplicable la metodología propuesta, se proporciona un algoritmo para la obtención de una solución explícita del problema para el caso de sistemas Euler-Lagrange.
Otra contribución novedosa de este trabajo de tesis, reside en la formulación y resolución de una estrategia de control Hinfinito para sistemas Euler-Lagrange, empleando únicamente medidas de posición del sistema controlado, es decir, empleando realimentación parcial del vector de estados del sistema. Este problema es de especial interés desde un punto de vista práctico, ya que buena parte de los sistemas electromecánicos usados habitualmente en la industria, incorporan únicamente sensores de posición, siendo necesario obtener las medidas de velocidad a partir de aquellas.
La metodología propuesta proporciona una formulación explícita de la estructura dinámica del observador+controlador para sistemas Euler-Lagrange, garantizando la relación de atenuación de perturbaciones propia del problema Hinfinito planteado.
Estas metodologías han sido validadas en este trabajo de tesis mediante simulaciones y aplicaciones prácticas sobre un robot industrial, una plataforma giroestabilizada y un robot de accionamiento directo, ambos de dos grados de libertad.
Adicionalmente, y aprovechando el marco teórico desarrollado para las metodologías de control Hinfinito no lineal, se presenta una aplicación de esta técnica de control para la estabilización de oscilaciones en sistemas subactuados. La contribución principal consiste en la aplicación de un método numérico adaptado de Galerkin para la obtención de una solución aproximada de la Ecuación de Hamilton-Jacobi-Bellman asociada al problema. La metodología propuesta ha sido validada mediante experimentos sobre un péndulo rotatorio de Furuta, mostrando una excelente robustez de comportamiento.
Modelo y Control neuro-borroso de las aceleraciones verticales de un buque de alta velocidad
Autor: Rafael López Martínez
Directores: Matilde Santos y Luis Vázquez
Defensa: Marzo de 2004 en el Dpto. de Arquitectura Arquitectura de Computadores y Automática, CC. Físicas, Universidad Complutense de Madrid
En esta Tesis se utiliza la Lógica Borrosa para obtener modelos de la dinámica de un buque de alta velocidad y para diseñar un sistema de control que permita, moviendo los actuadores oportunos, disminuir las aceleraciones verticales generadas por el movimiento del vehículo.
El modelo y el sistema de control se describen mediante Sistemas de Inferencia Borrosa que obtienen su conocimiento y son entrenados, a partir de conjuntos de datos experimentales disponibles, mediante el empleo de técnicas Neuronales. Los parámetros necesarios se ajustan aplicando Algoritmos Genéticos.
Control no lineal de sistemas subactuados
Autor: José Ángel Acosta
Directores: Javier Aracil y Francisco Gordillo
Defensa: 17 de Septiembre de 2004 en la Universidad de Sevilla
This dissertation addresses control design in underactuated nonlinear control systems and focuses mainly in underactuated mechanical control systems. The control of underactuated mechanical systems is one of the most actual issues in the control engineering community. Underactuated mechanical systems are control systems with fewer controls than the number of configuration variables. Control of underactuated systems is currently an active field of research due to their broad applications in Robotics, Aerospace Vehicles, and Marine Vehicles. The examples of underactuated systems include flexible-link robots, mobile robots, walking robots, robots on mobile platforms, cars, locomotive systems, snake-type and swimming robots, acrobatic robots, aircraft, spacecraft, helicopters, satellites, surface vessels, and underwater vehicles. Control of general underactuated systems is one of the most open problem. This difficulty to control this kind of systems makes this problem very interesting.
One of the most well-known control problem as an underactuated dynamical system, is the inverted pendulum. The available version of the pendulum is the rotary pendulum, and we use this laboratory pendulum in order to test some of the control laws given in this thesis. The rotary pendulum is one of the most complex two-degrees-of-freedom (2-DOF) pendulum, due to the coupling between links that yields centrifugal forces.
The thesis is devoted to solve many control problems in the scope of nonlinear underactuated mechanical systems. First of problem addressed is the well-known swing-up problem for the pendulum. Basically the swing-up problem treats to carry out the pendulum from any position and velocity (normally down position) , to the upright position and velocity zero. This problem has been treated for many authors, but always with approximated dynamic models of the pendulum. In this case we use a fourth order nonlinear mechanical model for the rotary 2-DOF version of the pendulum. Up to now the basic idea to solve the problem of driving the pendulum from down or any to upright position has been always to inject the necessary energy to do it. We propose here add the angular momentum equation for the pendulum to solve the problem. The solution is obtained using the Speed Gradient method and has been applied on the available rotary laboratory pendulum.
The second part of the thesis addressed the control of these nonlinear underactuated mechanical systems shaping the energy. Thus, a first problem solved is to shape the kinetic energy to solve the (asymptotic) stabilization control problem of a class of underactuated cascade mechanical system. The approach relies on the fusion of two nonlinear control techniques: energy shaping and forwarding. The class in consideration are assumed to be in feedforward form. Thus, the stabilization approach consists in a first step that stabilizes the down subsystem via kinetic energy shaping, and a second step extends the solution to the upper subsystem via forwarding technique. The novelty is to use negative kinetic energy and therefore a dual Lyapunov function which derivative must be positive instead of negative as usual. A partial differential equation is solved for the class considered. Explicit solutions for the inverted pendulum on a car and inertia wheel pendulum are given.
On the other hand, we addressed another control problem via energy shaping, using the Interconnection and Damping Passivity Based Control (IDA--PBC) approach. We solved the problem of (asymptotic) stabilization of mechanical systems with underactuation degree one, roughly speaking, the dynamics are determined by only one generalized coordinate. Its application relies on the possibility of solving a set of partial differential equations that identify the energy functions that can be assigned to the closed--loop. A complete solution to the feedback and stabilization problems without the need to solve any PDE (Partial Differential Equation) is given. A complete characterization of all mechanical systems which are feedback equivalent to the class considered is also given. Besides ensuring asymptotic stability, the IDA--PBC methodology provides the designer with some degrees of freedom to improve the transient performance and the robustness. These degrees of freedom are given in terms of parameterized expressions of the assignable energy functions. The new result is applied to obtain an (almost) globally stabilizing controller for the inertia wheel pendulum, a controller for the chariot with pendulum system that can swing--up the pendulum from any position in the upper half plane and stop the chariot at any desired location, and an almost globally stabilizing scheme for the vertical takeoff and landing aircraft with strong input coupling, that to the best of the author knowledge is the first almost global (asymptotic) stabilizer. In all cases we obtain very simple and intuitive solutions that do not rely on, rather unnatural and technique--driven, linearization or decoupling procedures but instead endows the closed--loop system with a Hamiltonian structure with desired potential and kinetic energy functions.
The third part of the thesis addressed the problem of nonlinear robust oscillations of underactuated mechanical systems. Concretely, we give a technique to obtain stable and robust oscillations around the unstable upright position in an inverted pendulum, and furthermore a closed-loop generalized hamiltonian system is achieved. In order to accomplish this, a control law has been introduced that drives the system to a stable limit cycle. The limit cycle is associated to the occurrence of a Hopf bifurcation in a generalized hamiltonian system. The control law belongs to the family of the energy shaping methods. The results have been checked both by simulation and by experimentation on the actual rotating laboratory pendulum.
The last part of the thesis is devoted to the problem of achieving the almost global (asymptotic) stability for a simplified pendulum, by means of a smooth controller. To the best of the author knowledge this is the first almost global (asymptotic) smooth stabilizer, for the problem considered. This is a very difficult problem due to a topological obstacle in the pendulum system. We solve the topological obstacle using a potential energy that adds an extra--dynamics to the pendulum in order to save this obstacle. Then, a new an ingenious damping injection is used to solve the whole problem. We here give a solution that paves the way to achieve a future solution of the real problem for an real, non--simplified, pendulum. We solve the problem again via energy shaping approach.
In all cases, either new control design methods for open problems are invented, or significant improvements are achieved in terms of the performance of control design compared to the available controllers. The problems has been treated in the scope of Stability and Passivity energy control. Successful experimental verifications have been reported on these results.
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