Keywords: Robótica y Mecatrónica, Avatar
Abstract: The promise of oceanic discovery has intrigued scientists and explorers for centuries, whether to study underwater ecology and climate change, or to uncover natural resources and historic secrets buried deep at archaeological sites. The quest to explore the ocean requires skilled human access. Reaching these depth is imperative since factors such as pollution and deep-sea trawling increasingly threaten ecology and archaeological sites. These needs demand a system deploying human-level expertise at the depths, and yet remotely operated vehicles (ROVs) are inadequate for the task. A robotic avatar could go where humans cannot, while embodying human intelligence and intentions through immersive interfaces. To meet the challenge of dexterous operation at oceanic depths, in collaboration with KAUST’s Red Sea Research Center and MEKA Robotics, we developed Ocean One, a bimanual force-controlled humanoid robot that brings immediate and intuitive haptic interaction to oceanic environments. Teaming with the French Ministry of Culture’s Underwater Archaeology Research Department, we deployed Ocean One in an expedition in the Mediterranean to Louis XIV’s flagship Lune, lying off the coast of Toulon at ninety-one meters. In the spring of 2016, Ocean One became the first robotic avatar to embody a human’s presence at the seabed. This expedition demonstrated synergistic collaboration between a robot and a human operating over challenging manipulation tasks in an inhospitable environment.

Keywords: Control de Sistemas No Lineales, Robótica y Mecatrónica, Otros Tópicos Afines
Abstract: This work proposes a robust geometric controller to solve the trajectory tracking problem for unicycle mobile robot. The proposed control design exploits the cascade structure of the unicycle translational and rotational kinematics. An estimator endows the proposed controller with the capability to actively reject constant translational disturbances. Numerical simulation results show the performance of the proposed control algorithm.

Keywords: Sincronización de sistemas, Robótica y Mecatrónica
Abstract: A common strategy to control an omnidirectional mobile manipulator is considering the mobile part as an extension of the generalized coordinates of the robot. Therefore, it must be assumed that the robot's vehicle can move in those coordinates, regardless of the configuration of its wheels. To achieve that, a relationship between the wheels motion and vehicle's motion must be established. Fortunately, must closed-architecture mobile robots already establish this relationship, unlike experimental open-architecture mobile robots. This relationship has been issued by several contributions, for their specific case of study, with each of them showing a particular mapping operator that relates the velocities and forces between the wheels and the vehicle. However, it is rather counterintuitive to know how the mapping operators were obtained for a particular case, whose shape depends on the vehicle's parameters and wheels configuration. In this work, we introduce a methodology to obtain a force-mapping operator for an omnidirectional vehicle, which was useful to simulate a task-space control at torque level for a mobile operator, and to implement a torque-level tracking control for a Kuka-Youbot's omnidirectional base.

Keywords: Robótica y Mecatrónica
Abstract: En el presente trabajo se consideran algunas características generales observadas en el comportamiento de diversos agentes biológicos, particularmente aquellas que provocan desplazamientos de un punto inicial a otro final con una orientación deseada, evadiendo colisiones contra obstáculos estáticos y dinámicos. Basado en lo anterior, se propone un sistema de control de navegación que integre fuerzas de atracción que provocan que el individuo se dirija hacia una posición determinada, así como fuerzas de repulsión que le permitan evitar colisiones. El modelo de fuerzas considerado es extendido para su aplicación al modelo cinemático de un robot móvil diferencial, esto mediante la interconexión de un lazo externo de control que genera señales de velocidad translacional y un lazo interno de control que proporciona la velocidad angular requerida para obtener la orientación del móvil. Mediante el método de Lyapunov se demuestra la estabilidad del lazo cerrado entre el control de navegación y el modelo cinemático del robot para el caso libre de colisiones. Resultados de simulación y experimentales soportan las conclusiones sobre la estabilidad y convergencia del sistema de navegación propuesto.

Keywords: Robótica y Mecatrónica, Control de Sistemas No Lineales, Control clásico
Abstract: Joint limits represent unavoidable constraints to be satisfied in robot motion. For the particular case of redundant robots, the Task-Space Control (TSC) is widely employed to accomplish robot motion tasks while avoiding joint limits. The TSC framework is able to simultaneously regulate and track a set of objectives in the task space according to a strict hierarchy between them. The resulting control law drives the robot towards the objectives. However, when one or more joint limits are reached the robot's end-effector could oscillate during the motion execution. This undesired behavior is due to the instantaneous change appeared in the corresponding joint velocity profiles. In this paper we provide a solution to this problem by means of smooth activation and deactivation mechanism based on time-varying transition functions within the TSC. We demonstrate throughout simulations and real experiments the effectiveness of the proposed control scheme for a kinematically redundant mobile manipulator KUKA youBot with eight degrees of freedom.

Keywords: Sistemas Biomédicos, Sistemas adaptables, Redes neuronales
Abstract: El electrocardiograma abdominal (aECG) en mujeres embarazadas proporciona una manera no invasiva para monitorear la actividad cardíaca del feto a través del análisis del electrocardiograma fetal (fECG). Contar con el fECG libre de ruido es imposible en el aECG. Esto es debido a que el fECG se encuentra mezclado con el electrocardiograma materno (mECG) y otras señales abdominales, las cuales se encuentran traslapadas en tiempo y frecuencia. Esto hace que la extracción del fECG de las señales sea un problema bastante complicado. En este artículo se propone una metodología para separar el mECG del aECG, desestimando de manera automática otras fuentes de ruido no deseadas causad as por señales corporales ajenas a los pulsos cardíacos de la mujer y el feto. El método propuesto logra evitar la influencia del ruido para así lograr una separación aceptable de la mECG. La señal mECG puede utilizarse a posteriori para mejorar la extracción de la fECG.

Keywords: Sistemas de parámetros distribuidos, Control de Sistemas Lineales
Abstract: En este trabajo se presenta la modificación del criterio de estabilidad de Mikhailov para sistemas lineales fraccionarios de orden conmensurado. Dicha modificación consiste en determinar la medida apropiada del cambio total del argumento misma que depende del máximo orden fraccionario del sistema alpha_n=nalpha y no solo del entero n como se establece en la literatura. Para ilustrar la validez del resultado se presentan algunos ejemplos.

Keywords: Sistemas estocásticos, Otros Tópicos Afines, Modelado e identificación de sistemas
Abstract: En este trabajo se presenta una comparación de las ecuaciones de filtrado estocástico Risk-Sensitive para sistemas polinomiales de primer grado, y las ecuaciones de filtrado de Kalman-Bucy extendidas. Estas ecuaciones son aplicadas a un sistema dinámico que representa a un proceso de calefacción, el cual consistente en una resistencia eléctrica como único componente. La presencia de disturbios así como el error en las mediciones, son representados por medio de ruido blanco de Gauss en la ecuación de estado y de observaciones lineales. Diferentes valores del parámetro épsilon, el cual es el coeficiente del término de difusión en la ecuación del estado y de observaciones son asignados. Se hace una comparación del estimado Risk-Sensitive con el estimado del filtro de Kalman-Bucy extendido para cada valor del parámetro épsilon. Los resultados obtenidos se presentan en una tabla mostrándose la eficiencia de las ecuaciones risk-sensitive sobre las de Kalman-Bucy, respecto al error y a los valores de la función criterio a minimizar en tiempo final.

Keywords: Control de Procesos, Control de Sistemas No Lineales, Modelado e identificación de sistemas
Abstract: El sistema de 4 tanques acoplados es un proceso representativo de sistemas multivariables análogo a procesos industriales, que permite validar técnicas de control para el control de nivel y flujo, un problema básico en procesos industriales presente en la industria química, petroquímica, farmacéutica entre otras. En este artículo se propone el control de nivel mediante la estructura de control predictivo generalizado (GPC) sin restricciones y control PI descentralizado, buscando como objetivo el control de nivel de los tanques 1 y 2, validando el diseño y comparando los resultados de las técnicas aplicadas mediante simulación en Matlab y Simulink.

Keywords: Control de Sistemas Lineales, Otros Tópicos Afines
Abstract: Este artículo presenta la puesta en funcionamiento de un prototipo de laboratorio basado en un servomotor analógico de Radio Control (SARC) con un costo menor a 900.00 MXP. Se describe el proceso de construcción del prototipo así como su empleo en la prueba de algoritmos de control e identificación paramétrica clásicos incluyendo la ley de control Proporcional Integral Derivativa (PID), el algoritmo de Mínimos Cuadrados (MC) y un observador de Luenberger. Estos experimentos muestran su potencial para la enseñanza en las áreas del Control Automático, la Mecatrónica y la Robótica.

Keywords: Robótica y Mecatrónica, Modelado e identificación de sistemas, Control de Sistemas No Lineales
Abstract: En este trabajo se presenta el modelo dinámico del robot háptico Geomagic Touch de 3D Systems. Con el objetivo de realizar la estimación de los parámetros del robot Geomagic Touch, una parametrización es propuesta a partir del modelo obtenido. La estimación paramétrica se realizó fuera de línea empleando el método de mínimos cuadrados en conjunto con los algoritmos de control adaptable y PID. Finalmente, resultados vía simulación y experimentación son presentados para validar los parámetros obtenidos.

Keywords: Educación en control, Control de Sistemas Lineales, Cómputo para control
Abstract: El estudio de sistemas de Control Automatico enfocados en sistemas Aeronauticos es una tarea que, segun la experiencia, resulta dificil de realizar para los estudiantes de Ingenieria; por lo tanto, es importante explorar diversas alternativas para ayudar al estudiante a facilitar su correcto aprendizaje. En este articulo se propone un metodo para dicho fin; el metodo consiste en guiar al alumno a traves de diversos temas de Dinamica de Vuelo, Aerodinamica, Control Automatico, Electronica y Programacion para integrar un proyecto de Realidad Virtual que ayude a que el proceso de aprendizaje sea mas interactivo y tienda a facilitarse la comprension en la sintesis de sistemas de control en aeronaves de ala fija.

Keywords: Robótica y Mecatrónica, Tecnología para control, Educación en control
Abstract: El robot paralelo Novint Falcon es un dispositivo háptico de bajo costo creado originalmente para la industria de los videojuegos. Su estructura cinemática cerrada le permite producir un amplio rango de fuerzas que a los robots seriales hápticos les resulta complicado, haciéndolo adecuado para aplicaciones en donde se produce una interacción con objetos virtuales rígidos o deformables y cuyo objetivo es reproducir en su efector final una fuerza resultante que el usuario sea capaz percibir. Además su uso experimental desde la perspectiva de la teoría de sistemas dinámicos y control ha sido poco explorado, por lo que en este artículo se establecen las bases matemáticas necesarias para su análisis. Más aún, se exploran sus capacidades hápticas como una plataforma experimental de fácil acceso en el ámbito de los sistemas de realidad virtual.

Keywords: Control de Sistemas Lineales, Modelado e identificación de sistemas, Sistemas Electrónicos de Potencia
Abstract: En este trabajo se presenta una propuesta de convertidor CD-CA basado en la topología Buck y medio puente integrado en una sola etapa con aplicación en transmisión inalámbrica. Debido a que los convertidores de potencia en general son muy susceptibles a las incertidumbres que se puedan presentar en el diseño de los mismos, es necesario implementar estrategias de control sobre estos sistemas. El diseño de un esquema de control en lazo cerrado requiere del conocimiento de la dinámica del sistema a controlar, por ello es necesario modelar y simular el convertidor propuesto y asegurar que se conoce una aproximación a la dinámica del sistema. Como un primer paso para el diseño de un controlador, en este trabajo se presenta el procedimiento seguido para encontrar una representación en variables de estado del convertidor propuesto llamado Buck-Simétrico. Se presentan gráficas comparativas del modelo del sistema y del sistema electrónico simulado en LTSPICE, que validan la metodología de modelado.

Keywords: Modelado e identificación de sistemas, Sistemas adaptables, Sistemas Electromecánicos
Abstract: Se presenta un observador adaptable para edificios de cortante que permite recuperar los parámetros estructurales desconocidos y las señales no medibles de desplazamiento y velocidad, a partir únicamente de señales de aceleración. El modelo del edificio se basa en una barra a cortante discreta, que se usa en un esquema de identificación basado en el algoritmo de mínimos cuadrados normalizado, con factor de olvido y un esquema de proyección paramétrica que garantiza parámetros positivos, y un estimador de estados tipo Luenberger. El esquema de identificación planteado, resuelve el problema de desacoplar los parámetros rigidez-masa y amortiguamiento-masa de los estados del modelo. Además, se presenta una nueva parametrización basada en filtros integrales lineales, que eliminan perturbaciones constantes y atenúan el ruido de medición. Los resultados experimentales muestran la versatilidad del método propuesto.

Keywords: Modelado e identificación de sistemas, Sistemas de parámetros distribuidos, Control de Sistemas Lineales
Abstract: Se presenta una reducción basada en valores singulares de Hankel para un sistema lineal e invariante en el tiempo, el cual representa la discretización de un modelo electroquímico de partícula única de celdas de iones de litio. La reducción presentada consiste en calcular el gramiano cruzado, el cual es menos costoso computacionalmente que los gramianos de controlabilidad y observabilidad requeridos para el balanceo tradicional. Con este método es posible reducir la dimensión del modelo discretizado en un 80%. En el peor caso se tiene 0.2% de error relativo para la fracción molar de iones de litio en fase sólida promedio, íntimamente relacionada con el estado de carga promedio de la celda.

Keywords: Control de Procesos, Sistemas de parámetros distribuidos, Modelado e identificación de sistemas
Abstract: Motivados por la necesidad de desarrollar una metodología integrada de operación adaptada a demanda, monitoreo y control, en este trabajo se aborda el problema de modelar de manera eficiente y confiable la relacion entre dos entradas de control (flujos de biomasa y aire), salidas medidas (temperaturas para estimación y control) y salidas no medidas asociadas a índices de desempeño (potencia y rendimiento energético) de un reactor de gasificación espacialmente distribuido. El modelo en ecuaciones diferenciales parciales se discretiza mediante diferencias finitas y se elige el número mínimo de etapas que se requiere para describir el comportamiento experimental a la luz de incertidumbres paramétricas y experimentales. Se calcula el mapa de salida para la potencia y el rendimiento energético en función de las entradas. Con base en este modelo entrada-estado salida no lineal dinámico, se determinan las combinaciones de entradas que maximizan potencia y rendimiento, identificando un compromiso fundamental entre estos dos índices de desempeño. Se discuten implicaciones para estrategias de control y estimación.

Keywords: Control discontinuo (modos deslizantes), Control de Sistemas No Lineales, Control robusto
Abstract: In this paper a disturbed system with uncertain control coefficient and relative degree one is stabilized using a controller defined by the integral of a discontinuous law based on Twisting algorithm with extra terms that allows the rejection of the uncertainties produced by the disturbance and unknown control coefficient. Also the proposed control law ensures insensitivity to a kind of disturbances and finite time convergence to zero. The fact that the control is only integral could help to chattering reduction against FOSM control law.

Keywords: Control discontinuo (modos deslizantes), Control robusto
Abstract: En este trabajo se considera una clase de sistemas mecánicos de dos grados de libertad con la presencia de la fuerza de Coriolis, perturbaciones, fricciones seca y viscosa. Para esta clase de sistemas se propone un observador de convergencia teóricamente exacta en tiempo finito a los estados verdaderos. El observador propuesto es globalmente convergente y su diseño es independiente de la propiedad entrada-acotada-estado-acotado que podría no tener el sistema. Se utiliza el sistema carro-péndulo para ilustrar los resultados a través de simulaciones.

Keywords: Control discontinuo (modos deslizantes), Control robusto, Control de Sistemas No Lineales
Abstract: In this paper we provide a discontinuous integral controller for systems in normal form and having relative degrees two and three. This controller is insensitive to matched Lipschitz perturbations, i.e. with bounded derivative. The closed loop system is designed to be homogeneous and we prove the global finite time stability of the equilibrium point by constructing explicitly a homogeneous and smooth Lyapunov function.

Keywords: Control robusto, Control discontinuo (modos deslizantes), Control de Sistemas No Lineales
Abstract: Se presenta la solución al problema de control robusto por modos deslizantes de un carro en miniatura conocido como "AutoNOMOS mini". Se sintetizan y evaluan dos controladores: el primero es por modos deslizantes de primer orden y el otro es por modos deslizantes de segundo orden. En ambos casos se asume que solo las posiciones se pueden medir. Para estimar las velocidades se utiliza el diferenciador exacto robusto. El artículo viene complementado con el análisis de estabilidad mediante el criterio de Lyapunov. Los resultados teóricos son validados a través de simulaciones numéricas y experimentos.

Keywords: Sistemas Eléctricos de potencia, Sistemas Electrónicos de Potencia, Control de Sistemas No Lineales
Abstract: Una medida con el cual se puede medir la estabilidad transitoria de un SEP es el tiempo crítico de liberación de falla, es bien conocido que con dispositivos de compensación como el STATCOM es posible aumentar dicha medida de desempeño. En este artículo se presenta un análisis de viabilidad del uso del HVDC como media de mejora de la estabilidad transitoria mediante el aumento del tiempo crítico de liberación de falla.

Keywords: Otros Tópicos Afines
Abstract: Varias estrategias de control de potencia en turbinas eólicas de velocidad y paso variable suponen que se conocen los parámetros de la turbina y la velocidad del viento. En la práctica, esta suposición no necesariamente se satisface. En este trabajo, se propone una estrategia para el control de potencia que no requiere conocer completamente los parámetros de la turbina ni la velocidad del viento. La estrategia está diseñada bajo el enfoque de control adaptable e incorpora además un control de paso para mejorar el desempeño del sistema. Utilizando el método de Lyapunov, se muestra que el error de potencia es asintóticamente estable. La efectividad de la propuesta se ilustra mediante el simulador de turbinas eólicas FAST (fatiga, aerodinámica, estructura y turbulencia).

Keywords: Otros Tópicos Afines, Control de Sistemas Lineales, Tecnología para control
Abstract: El control de potencia en una red de sensores inalámbricos móviles (MWSN) es un proceso esencial para mejorar la eficiencia energética y la calidad de servicio (QoS) en cada nodo. Así este trabajo de investigación tiene como propósito evaluar diferentes algoritmos de control de potencia distribuidos a través de un banco de pruebas experimental, donde los nodos inalámbricos se encuentran en movimiento. Para ello, se realizan las siguientes contribuciones originales: i) Para la actualización del nivel de potencia de transmisión, se propone una estimación de la razón señal-interferencia-ruido (SINR) a través de las métricas del indicador de potencia de la señal recibida por paquete (RSSIp) y el indicador de potencia de la señal recibida general (RSSIg) del nodo inalámbrico, y ii) Se analizan seis algoritmos de control de potencia distribuidos del estado del arte, considerando un nuevo algoritmo en este trabajo: paso-fijo modificado. Finalmente, los resultados de la evaluación experimental indican que el algoritmo de paso-fijo modificado tiene el mejor desempeño en función del seguimiento de la referencia de la QoS y el consumo de potencia. Además, en general, los resultados muestran que un esquema de asignación de potencia dinámico no sólo permite el uso eficiente de la batería, prolongando su vida útil, sino que también es capaz de garantizar la QoS deseada a pesar de la movilidad de los nodos.

Keywords: Sistemas Eléctricos de potencia, Control basado en pasividad
Abstract: In this paper, we recover a passivity based controller previously reported for Microgrids that requires the offline power flow computation; unlike reported, we propose to generate the desired trajectories dynamically, which allows power control, providing a formal mathematical proof. As a second contribution, we obviate the need to measure active and reactive power by implementing a first order filter. Finally, we present numerical simulations that evaluate our results.

Keywords: Control de Sistemas No Lineales
Abstract: Se resuelve el problema de seguimiento de trayectoria, basado en control robusto, para un vehículo aéreo no tripulado de despegue y aterrizaje en un plano, en presencias de pequeñas perturbaciones. El controlador propuesto combina una linealización mediante restroalimentación entrada - salida y la técnica de control para el rechazo activo de perturbaciones, que se encarga de compensar el efecto de las perturbaciones que afectan al vehículo no tripulado. El desempeño del controlador propuesto se evaluó a través de simulaciones numéricas.

Keywords: Control óptimo, Sistemas discretos
Abstract: Se presenta el desarrollo de un controlador predictivo óptimo distribuido (DOMPC) aplicado a un sistema de cuatro tanques acoplados. El DOMPC se basa en el control predictivo óptimo (OMPC), pero dividido en un número s de subsistemas. Los controladores se comunican por medio de una red local, se asume que ésta solo introduce un retardo de un instante de muestreo. Se desarrolla una plataforma en LabVIEW que permite implementar y configurar controladores OMPC y DOMPC para simular y analizar mediante una interfaz gráfica los resultados obtenidos, todo esto aplicado a un sistema de cuatro tanques acoplados.

Keywords: Detección y Aislamiento de Fallas, Redes neuronales
Abstract: In this paper, a framework to detect shading in a Photovoltaic (PV) system is presented. This phenomenon negatively affects the production of electrical energy in a PV system and occurs when clouds or some obstacles block the sunlight hitting the panels. Early results of collected data analysis and the framework structure that will be used on this ongoing project are explained. The PV system is installed at Schneider Electric in Apodaca, N.L., México. Climatic variables, sun position and electric current and voltage from 20 solar panels were sampled every 30 seconds for five months (January to May 2017). It is shown that different data patterns are presented in sunny and partially cloudy days. After these data are given some pre-processing, they are used as inputs of a Deep Belief Network (DBN), which outputs the affected panel. This information can later be used by another system to implement corrective actions to mitigate the problem.

Keywords: Robótica y Mecatrónica, Control de Sistemas Lineales, Control clásico
Abstract: Multi-rotor aerial vehicles, especially those of small size, are particularly susceptible to external perturbations, such as wind gusts. In this regard, Active Disturbance Rejection Control (ADRC) has been used successfully to reduce the effect of external perturbations for this kind of vehicles. Yet, in this paper it is shown through frequency domain analysis that ADRC can be overly sensitive to sensor noise. Due to ADRC being based on state feedback control, it is not straightforward to determine its performance and robustness specifications in the frequency domain. On the other hand, for output feedback control (OFC) there exists a comprehensive theoretical framework which allows to manage these parameters. Therefore, in this article a novel combination of classical OFC and ADRC is proposed. It is shown that, using the proposed scheme, the nominal (i.e. without perturbation) characteristics of the control system can be defined exclusively by the OFC while the ADRC improves perturbation rejection. A drawback is that the resulting sensor noise sensitivity is degraded. In order to improve this parameter, the selection of proper observer gains for the ADRC observer and the use of a low-pass filtering element within the controller structure are studied. Finally, time domain simulations illustrate the effectivity of the proposed scheme.