Ingeniería Electrónica, Automática y Comunicaciones

A new method of robust nonlinear PI control

Este artículo presenta un método de control PI no lineal robusto. Los objetivos planteados para el diseño son: garantizar un balance dinámico de la relación de compromiso entre la robustez y el rendimiento dentro de una región de robustez y lograr que dicho balance se realice en la trayectoria que minimiza la integral del error absoluto. La función no lineal del error empleada es una parábola combinada con no linealidades estáticas de zona muerta y saturación, la cual es sintonizada mediante optimización multiobjetivo con índices de desempeño globales. Con respecto a propuestas anteriores de control PI no lineal, esta es la primera que resuelve el objetivo planteado logrando ser simple e incrementando su funcionalidad, ajuste y aplicabilidad industrial. La eficiencia del método es demostrada a escala de simulación, evaluando su desempeño para el proceso complejo de control de nivel de acero en molde de vaciado continuo.

This paper presents a robust nonlinear PI control. The dynamic balance of tradeoff between performance and robustness inside of a robustness region and to guarantee a balance's trayectory that minimize the integrated absolute error are the objectives of the design. A parabolic combined with static non linearity of dead zone and saturation is the nonlinear function used, its tuning has been formulated as a multi-objective optimization problem using global performance indices. With respect to other approaches of nonlinear PI control previously presented, the proposed tool is the first for solving the design's problem considered and is simple while increasing the performance-adjustment and the industrial applicability. A simulationt test for the complex process of mould level control in a steel continuous casting using the new robust nonlinear PI control illustrates the efficiency of this method.

Transimpedance amplifier with programmable gain for multimodal plate reader

En el presente trabajo se abordan los principales elementos del diseño, de un amplificador de transimpedancia (TIA) con ganancia programable para la señal procedente de un fotodiodo. El fotodiodo y el TIA forman parte del sistema de medición de un lector de placas con dos modos de lectura, absorbancia y fluorescencia. Los fotodiodos son uno de los sensores más usados en los equipos de espectroscopia óptica y los TIA son un bloque fundamental para el acondicionamiento de las señales provenientes de ese tipo de sensor. Se hace un análisis de algunos aspectos que se deben tener en cuenta en su diseño, como el ancho de banda, la ganancia de ruido, así como de las principales fuentes de ruidos que inciden en su funcionamiento. Se realizó un análisis de la estabilidad del sistema para garantizar su correcta operación. Se hace énfasis en las características de los componentes utilizados y se detallan algunas sugerencias técnicas en el diseño del circuito impreso con vistas a minimizar las corrientes de fuga. El diseño presentado es una alternativa novedosa y viable para maximizar el rango dinámico de medición de los lectores de placas o de cualquier otro sistema de espectroscopia óptica diseñado y producido por la industria biofarmacéutica cubana.

This paper reports the main design elements of a programmable gain transimpedance amplifier (TIA) with a photodiode as sensor device. The photodiode and the TIA are part of the measurement system of a plate reader with two reading modes, absorbance and fluorescence. The photodiodes are one of the most used sensors in spectroscopy systems and TIA are fundamental for conditioning signals from such sensor block. An analysis of some aspects that must be considered in their design, such as bandwidth, gain, noise as well as the main sources of noise that affect their operation is done. An analysis of the stability of the system to ensure proper operation. Emphasis on the characteristics of the components used and detail some layout suggestions of printed circuit boards in order to minimize the leakage currents. The design presented is a novel and feasible alternative to maximize the dynamic range of measurement plate readers or other optical spectroscopy system designed and produced by the Cuban biopharmaceutical industry.

Smith Predictor: review and challenges

En este trabajo se desarrolla una revisión del estado del arte del predictor de Smith, así como de sus modificaciones orientadas a mejorar sus prestaciones. Se muestran los avances históricos del predictor de Smith. Finalmente, se ofrecen algunos desafíos de la comunidad científica internacional para continuar mejorando las prestaciones del predictor de Smith en el control de plantas caracterizadas por presentar retardo de tiempo dominante.

In this paper a review of the Smith predictor and its modifications oriented to improve its performance is developed. The historic progress of Smith predictor is shown. Finally, some challenges of the international scientific community to continue improve the performance of the Smith predictor in control of plants characterized by dominant time delay are offered.

Nonlinear Model Predictive Control of a Passenger Vehicle for Automated Lane Changes

This article presents a nonlinear Model Predictive Control (MPC) for lane changes, based on a simplified Single Track Model (STM) of the vehicle. The STM includes the position of the vehicle in global coordinates as a state so that the position of the target lane can be specified to the MPC for reference tracking. Moreover, a constraint for maintaining a safety distance with the vehicles in the target lane is included. Simulation results show the effectiveness of the MPC in scenarios with different initial conditions that demonstrate the correct implementation of the safety distance constraint.

Este artículo presenta un esquema de Control Predictivo basado en Modelo (CPM) no lineal para cambios de carril, a partir de un modelo de una sola línea (MSL). El MSL incluye la posición del vehículo en coordenadas globales como un estado tal que la posición del carril de destino pueda ser especificada en el CPM para el seguimiento de la referencia. También se incluye una restricción para mantener una distancia de seguridad con los vehículos que se encuentran en el carril de destino. Los resultados de simulación muestran la efectividad del CPM en escenarios con diferentes condiciones iniciales que demuestran la correcta implementación de la restricción relacionada con la distancia.

Modeling and Event-Driven Simulation of a Photovoltaic System Controlled with Two Configurations of Perturb & Observe Maximum Power Point Tracking

In this article, a photovoltaic system is modeled and simulated in order to compare two different approaches of maximum power point tracking control structures. First, the system uses a Perturb & Observe maximum power point tracking control directly applied to the duty cycle, and its simulations results are compared with the experimental ones obtaining a good agreement. Then, an average current-mode control structure is coupled to the maximum power point tracking controller and simulations are performed for both systems. The system that incorporates current-mode control exhibits better response when perturbations are present, improving the settling time and reducing the steady-state oscillations.

En este artículo se modela y simula un sistema fotovoltaico con el objeto de comparar dos estructuras de control para el seguimiento del punto de máxima potencia, lo cual se hace en dos partes. En la primera parte, el sistema se controla con el algoritmo de seguimiento del punto de máxima potencia llamado Perturbe & Observe, el cual se aplica directamente al ciclo útil. Así mismo, se obtienen resultados de simulación que se comparan con los resultados experimentales presentándose una alta concordancia. En la segunda parte, al algoritmo de seguimiento del punto de máxima potencia se le acopla una estructura de control en modo de corriente promediada, y se comparan a través de simulaciones la robustez de ambos sistemas ante perturbaciones. El sistema que incluye el control en modo de corriente presenta una mejor respuesta tanto en el tiempo de establecimiento como en las oscilaciones de estado permanente.

Trajectory Tracking Controller for a Nonlinear Fed-batch Bioprocess

This paper aims to develop a simple but efficient control technique based on a linear algebra approach for tracking optimal profiles of a nonlinear multivariable fed-batch bioprocess. The methodology proposed allows, knowing the desired states, to find the values for the control actions by solving a system of linear equations. Its main advantage is that the condition for the tracking error tends to zero. The efficiency of the proposed controller is tested through several simulations. The optimal controller parameters are selected through Montecarlo Randomized Algorithm in order to minimize a cost index.

El objetivo de este trabajo es desarrollar una técnica de control simple pero eficiente, basada en un enfoque del algebra lineal para el seguimiento de perfiles óptimos de un bioproceso fed-batch, multivariable y no lineal. La metodología propuesta permite, conociendo los estados deseados, encontrar las acciones de control adecuadas mediante la resolución de un sistema de ecuaciones lineales. La principal ventaja es que el error de seguimiento tiende a cero. La eficiencia del controlador propuesto es verificada a través de varias simulaciones. Los parámetros óptimos del controlador se seleccionan mediante un algoritmo de Montecarlo bajo la condición de minimizar un cierto índice de costo.

Neural Control for Photovoltaic Panel Maximum Power Point Tracking

With the rise in the use of renewable energies, solar panels have proven to be reliable and have a favorable cost-benefit ratio, producing energy free of noise and air pollution. Solar panels are subject to considerable variations in working conditions due to changes in solar irradiation levels and temperature that affect its semiconductor properties. To be able to profit as much as possible from this source of energy, control of the modules and perturbation rejection is very important to obtain the highest viable amount of electrical power. This work is concerned with the on-line identification and control of a photovoltaic system using neural networks with the Kalman Filter as training algorithm. Having on-line identification and control allows the system to be more adaptable to changes in weather and other variations than with common off-line methods.

Dado el aumento en el uso de energía renovable, los paneles solares han demostrado ser de confianza y tener una proporción costo-beneficio favorable, produciendo energía libre de ruido y contaminación del aire. Los paneles solares están sujetos a variaciones considerables en sus condiciones de trabajo debido a cambios en niveles de irradiación solar y en temperatura, esto afecta sus propiedades como semiconductor. Para poder aprovechar lo más posible esta fuente de energía, control de los módulos y rechazo a perturbaciones es muy importante para obtener la máxima cantidad disponible de poder eléctrico. Este trabajo está centrado en la identificación y el control en-línea de un sistema fotovoltaico, usando redes neuronales con el filtro de Kalman como algoritmo de entrenamiento. Al tener identificación y control en-línea, el sistema se vuelve más adaptable a cambios en el clima y a otras variaciones en comparación con métodos fuera de línea que son más comunes.

Optimal Predefined-Time Stabilization for a Class of Linear Systems

This paper addresses the problem of optimal predefined-time stability. Predefined-time stable systems are a class of fixed-time stable dynamical systems for which a bound of the settling-time function can be defined a priori as an explicit parameter of the system. Sufficient conditions for a controller to solve the optimal predefined-time stabilization problem for a given nonlinear system are provided. Furthermore, for nonlinear affine systems and a specific performance index, a family of inverse optimal predefined-time stabilizing controllers is derived. This class of controllers is applied to the inverse predefined-time optimization of the sliding manifold reaching phase in linear systems, jointly with the idea of integral sliding mode control to ensure robustness. Finally, as a study case, the developed methods are applied to an uncertain satellite system, and numerical simulations are carried out to show their behavior.

Este trabajo trata el problema de estabilidad óptima en tiempo predefinido. Los sistemas estables en tiempo predefinido son una clase de sistemas que presentan la propiedad de estabilidad en tiempo fijo y, además, una cota de la función de tiempo de convergencia puede ser definida a priori como un parámetro explícito del sistema. En el trabajo se proporcionan condiciones suficientes para que el problema de estabilización optima en tiempo predefinido sea soluble dado un sistema no lineal. Además, para sistemas no lineales afines al control y un índice de desempeño específico, se deriva una familia de controladores estabilizantes en tiempo predefinido. Esta clase de controladores se aplica a la optimización inversa en tiempo predefinido de la fase de alcance de variedades deslizantes en sistemas lineales, junto con la idea de modos deslizantes integrales para brindar robustez. Finalmente, como caso de estudio, los métodos desarrollados se aplican a un sistema de satélite con incertidumbre, y se llevan a cabo simulaciones numéricas para validar su comportamiento.