Ingeniería Electrónica, Automática y Comunicaciones

The Functional Predictive Control as an effective alternative for process control

RESUMEN En el presente artículo se exponen los resultados de un estudio realizado sobre las posibilidades que brinda el Control Predictivo Funcional (PFC en inglés) creado por el profesor francés Jacques Richalet y sus colaboradores, cuando el mismo es aplicado a procesos industriales con dinámicas complejas como son: el alto orden, efectos integrales en el paso directo que hacen que el proceso resulte asintóticamente inestable a lazo abierto y los fenómenos indeseables del retardo y la respuesta inversa. Como propósito del trabajo se pretende demostrar la potencialidad que brinda el algoritmo PFC, en su forma más simple, para el control de tales procesos. Para ello se elabora una metodología de síntesis del controlador PFC a partir de los postulados y principios planteados por los precursores del método, aplicada a varios casos de estudio reales. Se obtiene, en todos los casos, resultados totalmente satisfactorios, los cual se demuestra mediante simulación en Simulink-MatLab y finalmente se comparan los resultados de aplicar el método al control de temperatura del minilabortario TCLab elaborado en la Universidad de Utah. Queda así verificada la potencialidad del PFC como alternativa prominente para control real de procesos.

ABSTRACT In this paper, the results carried out about a study over the possibilities of the Predictive Functional Control (PFC) are presented. The French professor Jacques Richalet and his collaborators developed the PFC. The results presented were obtained, when PFC is applied to industrial processes with complex dynamics such as high order, integral effects in the direct step that make the process asymptotically unstable in open loop and the undesirable phenomena of delay and inverse response. The main objective of the study is to demonstrate the potential offered by the PFC algorithm, in its simplest form, for the control of such processes. To this end, a methodology for synthesizing the PFC controller is developed based on the postulates and principles proposed by the precursors of the method, applied to several real case studies. In all cases, completely satisfactory results were obtained by means of simulation in Simulink-MatLab and finally the results of applying the method to the temperature control of the TCLab minilaboratory developed at the University of Utah are compared. This verifies the real possibilities of the FPC as a prominent alternative to control of real process.

Velkys Controller: Low cost alternative for industry 4.0 in Cuba

RESUMEN La Industria 4.0 ha revolucionado la forma en que operan las industrias en todo el mundo, permitiendo una mayor eficiencia y optimización de los procesos. Sin embargo, para muchos países en desarrollo, como Cuba, el costo de implementar tecnologías avanzadas puede ser un desafío significativo. En este contexto, el controlador Velkys, desarrollado por la empresa AlaSoluciones, se presenta como una solución de bajo costo para impulsar el desarrollo de la Industria 4.0 en el país. El objetivo de este artículo es demostrar las capacidades del controlador Velkys, presentando el desarrollo hardware y software del dispositivo. Se utiliza como elemento principal el microcontrolador ESP32, el cual provee de conexión inalámbrica mediante Wifi y Bluetooth, así como una potente capacidad de procesamiento. El firmware del controlador se basa en el sistema operativo en tiempo real (FreeRTOS), asegurando una operación eficiente y confiable. Esta solución simplifica la transición hacia la Industria 4.0 en contextos donde el nivel de riesgo asociado con el proceso no sea extremo, como en la manufactura liviana y la agroindustria, entre otros, representando una alternativa viable y económica para promover la automatización en la industria cubana.

ABSTRACT Industry 4.0 has revolutionised the way industries around the world operate, enabling greater efficiency and process optimisation. However, for many in developing countries, such as Cuba, the cost of implementing advanced technologies can be a significant challenge. In this context, the Velkys controller, developed by the company AlaSoluciones, is presented as a low-cost solution to boost the development of Industry 4.0 in the country. The aim of this article is to demonstrate the capabilities of the Velkys controller, presenting the hardware and software development of the device. The main element used is the ESP32 microcontroller, which provides wireless connection via Wifi and Bluetooth, as well as powerful processing capabilities. The controller firmware is based on the real-time operating system (FreeRTOS), ensuring efficient and reliable operation. This solution simplifies the transition to Industry 4.0 in contexts where the level of risk associated with the process is not extreme, such as in light manufacturing and agribusiness, among others, representing a viable and economical alternative to promote automation in Cuban industry.

Evaluation of Metaheuristic Strategies in Robot Path Planning.

RESUMEN Los Vehículos Autónomos Terrestres son fundamentales para diversas industrias, requiriendo una planificación de rutas eficiente para el éxito de la misión sin intervención humana. Este estudio evalúa dos enfoques de optimización metaheurística, Algoritmos Genéticos y Optimización por Colonias de Hormigas, en el contexto de la planificación de rutas para estas estructuras robóticas. La metodología integral emplea diseños de estos métodos metaheurísticos, y se lleva a cabo un análisis comparativo mediante experimentos simulados en entornos diversos. Los resultados revelan que los Algoritmos Genéticos sobresalen en terrenos simples, mientras que la Optimización por Colonia de Hormigas demuestra capacidades de exploración robustas en entornos complejos con obstáculos y restricciones adicionales. Esto subraya la importancia de seleccionar la metaheurística adecuada basada en requisitos específicos de la misión y condiciones ambientales. La investigación brinda información a diseñadores y operadores, permitiendo tomar decisiones fundamentadas para la selección de estrategias de planificación de rutas, mejorando así la eficiencia y seguridad de las operaciones robóticas autónomas en diversos escenarios.

ABSTRACT Autonomous Ground Vehicles play a vital role in various industries, necessitating efficient route planning for mission success without human intervention. This study examines two metaheuristic optimization approaches, Genetic Algorithms and Ant Colony Optimization, within the context of route planning for these robotic entities. The comprehensive methodology utilizes the designs of these metaheuristic methods, and a comparative analysis is conducted through simulated experiments in diverse environments. The findings unveil that Genetic Algorithms excel in simple terrains; while Ant Colony Optimization demonstrates robust exploration capabilities in complex environments with obstacles and additional constraints. This underscores the importance of selecting the appropriate metaheuristic based on specific mission requirements and environmental conditions. The research furnishes insights to designers and operators, enabling informed decisions in route planning strategy selection, thereby enhancing the efficiency and safety of autonomous robotic operations across various scenarios.

Robust Visual Feedback for the Control of a Robot Manipulator with Position Actuator

RESUMEN Este trabajo presenta una estrategia para mejorar el control de robots manipuladores actuados por servomotores controlados en posición. La mejora consiste en utilizar visión artificial para implementar una segunda malla de control y así garantizar que las articulaciones alcancen los valores deseados. El algoritmo de realimentación visual es robusto ante rotaciones y traslaciones de la cámara, lo cual es su principal ventaja contra otras técnicas similares reportadas en la literatura. La técnica propuesta se probó en un robot de 3 GDL con actuadores de posición, al cual se le comandaron diferentes posiciones deseadas de las articulaciones, mismas que se regularon con un controlador PID. Los experimentos se realizaron con la cámara rotada en diferentes ángulos, obteniendo resultados satisfactorios al reducir los errores de las posiciones articulares con respecto a la regulación de posición sin realimentación visual.

ABSTRACT This work presents a strategy to improve the control of robot manipulators actuated by servomotors controlled in position. The improvement consisted on using artificial vision in order to implement a second control loop that guarantees the joint position tracking of the desired values. The visual feedback algorithm is robust upon rotations and translations of the camera, which is its main advantage against other similar approaches reported in the literature. The proposed technique was tested on a 3 DOF robot with position actuators, to which different desired joint positions were commanded and regulated through a PID controller. The experiments were performed with different rotation angles of the camera, obtaining successful results by reducing the joint position errors with respect to the position regulation without visual feedback.

Integration of network management using APIs

RESUMEN Actualmente, la gestión heterogénea afecta el funcionamiento de las redes en muchas organizaciones, provocando pérdidas económicas y la degradación de la calidad de los servicios de las mismas. Esta situación da paso a la necesidad de realizar gestión integrada, obstaculizada por la presencia de múltiples mecanismos de integración incompatibles entre sí. Una posible solución encontrada para esto fue el empleo de APIs, con el fin de lograr que la información de gestión que ofrecen los diferentes gestores, pueda ser integrada en una aplicación única. La gran diversidad de APIs existentes en el mercado y la no existencia de una guía para su empleo más adecuado, hacen el diseño y despliegue de un sistema integrado de gestión basado en ellas, una tarea complicada. En aras de solucionar las dificultades mencionadas, en este trabajo se propone un procedimiento para lograr implementar la gestión integrada mediante el empleo de las APIs, el cual parte de la búsqueda de los objetivos de la organización, para lograr el despliegue de una solución que responda de manera fiel a los mismos. Dicho procedimiento permite puntualizar, desde sus primeros pasos, importantes requerimientos a partir del análisis de los tipos de datos que se manejan en la solución en cuestión. La utilidad del procedimiento propuesto se comprobó mediante de su aplicación en una entidad.

ABSTRACT Currently, heterogeneous management affects the operation of networks in many organizations, causing economic losses and the degradation of the quality of their services. This situation gives way to the need for integrated management, hampered by the presence of multiple integration mechanisms that are incompatible with each other. A possible solution found for this was the use of APIs, in order to ensure that the management information offered by the different managers can be integrated into a single application. The great diversity of existing APIs in the market and the non-existence of a guide for their most appropriate use make the design and deployment of an integrated management system based on them a complicated task. In order to solve the aforementioned difficulties, this paper proposes a procedure to implement integrated management through the use of APIs, which starts from the search for the objectives of the organization, to achieve the deployment of a solution that responds faithfully to them. Said procedure allows to point out, from its first steps, important requirements from the analysis of the types of data that are handled in the solution in question. The usefulness of the proposed procedure was verified through its application in an entity.

Smart Antennas System FPGA Calibration Implementation with Super Resolution DOA Estimation

RESUMEN La calibración de los errores de amplitud y fase de los canales receptores en las antenas inteligentes resulta un proceso crucial para alcanzar los requerimientos del sistema. La implementación de estas funciones en un dispositivo programable y los procedimientos para la selección de sus parámetros, no es un tema ampliamente divulgado en la literatura especializada. Este trabajo soluciona la problemática anterior a partir de la implementación en FPGA del algoritmo de calibración en función de las exigencias para garantizar la estimación de la dirección de arribo (DOA, por sus siglas en inglés) con superresolución. El diseño implementado en Lenguaje de Descripción de Hardware (HDL, por sus siglas en inglés) corrige en tiempo real los errores de amplitud y fase entre canales del sistema de recepción multicanal con una baja latencia y consumo de recursos. La comprobación experimental con señales reales demuestra que los errores obtenidos luego de la calibración se encuentran en el rango esperado y corrobora la efectividad del diseño.

ABSTRACT Receiver channels amplitude and phase calibration in smart antennas is a crucial process to achieve the systems requirement. The implementation of these functions in a programmable device and the procedures for selecting its parameters is not a widely disseminated topic in the specialized literature. This work solves the previous problem by implementing the calibration algorithm in FPGA based on the requirements to guarantee the estimation of the direction of arrival (DOA) with super resolution. The design implemented in Hardware Description Language (HDL) corrects in real time the amplitude and phase errors between channels of the multichannel reception system with low latency and resource consumption. Experimental verification with real signals demonstrates that the errors obtained after calibration are within the expected range and corroborates the effectiveness of the design.