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[Resumen] Este trabajo presenta un estudio preliminar donde se analizará y estudiará la eficiencia de las redes neuronales artificiales de topología NARX (Nonlinear Autoregressive eXogenous) en la reproducción del comportamiento de sistemas con dinámicas complejas y su posterior uso en estructuras de control inteligente. Específicamente se valorará el comportamiento de dichas redes NARX, no solo en la estimación de las salidas de los sistemas a una muestra en el futuro, sino que se analizará su comportamiento hasta un horizonte de predicción determinado. Concretamente, debido a las características dinámicas de los sistemas no lineales estudiados este estudio se hará para un horizonte de 10 muestras en configuración closed-loop. El objetivo de este estudio es analizar si existen divergencias en las salidas estimadas por la red NARX al depender su cálculo de los valores anteriores estimados por la propia red. Dichas estructuras NARX se configurarán para reproducir tanto sistemas monovariables, como multivariables. En especial, este estudio se extenderá al caso del control predictivo no lineal basado en modelos iMO-NMPC, el cual constituye una línea de trabajo dentro del grupo de investigación de control inteligente (GICI) de la UPV/EHU. [Abstract] This work presents a preliminary study where the efficiency of artificial neural networks of NARX (Nonlinear Autoregressive eXogenous) topology in reproducing the behavior of systems with complex dynamics and their subsequent use in intelligent control structures will be analyzed and studied. Specifically, the behavior of these NARX networks will be evaluated, not only in the estimation of the outputs of the systems to a sample in the future, but also their behavior will be analyzed up to a certain prediction horizon. In particular, due to the dynamic characteristics of the nonlinear systems studied, this study will be carried out for a horizon of 10 samples in a close-loop configuration. The objective of this study is to analyze whether there are divergences in the outputs estimated by the NARX network as its calculation depends on the previous values estimated by the network itself. These NARX structures will be configured to reproduce both monovariable and multivariable systems. Especially, this study will be extended to the case of nonlinear predictive control based on models, iMO-NMPC, which constitutes a line of work within the intelligent control research group (GICI) of the UPV/EHU. Este trabajo se ha desarrollado en el marco del proyecto PID2020-120087GB-C22 financiado por el Ministerio de Ciencia e Innovación del Gobierno de España (AEI / http://dx.doi.org/10.13039/501100011033)

ilustraciones, diagramas Los sistemas no lineales representan, en muchos casos, un ideal en el campo del control pues tienen la capacidad de representar con alta delidad las dinámicas presentes en sistemas propios de diversos campos; sin embargo, se presenta una di ficultad a la hora de acceder a los benefi cios y detalles brindados teniendo en cuenta la complejidad asociada a estos modelos. Ahora, para acceder a estos bene cios, una práctica común ha sido la linealización de estos sistemas. Este proceso simpli ca el diseño, pero a la vez causa pérdida de propiedades o características de los sistemas no lineales, además de implicar la limitaci on del rango de operación dependiendo de la exactitud de la aproximación. Para solucionar estos inconvenientes, la presente tesis propone esquemas de control en MPC no lineales de tal manera que se acceda a los bene cios asociados a la realización de aproximaciones en cada paso de tiempo. Estos esquemas consisten, primero, en una estructura de control MPC impulsivo con variables arti ciales y, segundo, en un MPC con garantía de eliminación de offset con el objetivo de contrarrestar variaciones paramétricas que puedan presentar los sistemas. También se propone una serie de condiciones necesarias para que se verifiquen las propiedades de convergencia y atractividad de las formulaciones planteadas. Además, se evalúa el desempeño de estos esquemas frente a planteamientos lineales al implementarlos en problemas biomédicos descritos por dinámicas no lineales impulsivas, específicamente el tratamiento de cáncer de pecho con terapias virales de adenovirus y la regulación de niveles de glucosa en sangre en pacientes de diabetes mellitus tipo 1 con terapias de insulina aplicando una variación del modelo mínimo de Bergman. Posteriormente, se propone una generalización de las condiciones necesarias para el diseño de estimadores de entrada desconocida en sistemas lineales, se evalúa su influencia y el cómo estos pueden brindar bene ficios al acoplarse a esquemas de control para brindar informacón y atenuar el efecto de perturbaciones desconocidas en el caso específi co de la estimación de carbohidratos consumidos por un paciente en el tratamiento de diabetes mellitus tipo 1, considerando dinámicas lineales. (Texto tomado de la fuente) Nonlinear systems represent, in many cases, an ideal in the field of control as they have the ability to represent with high fidelity the dynamics present in systems from various fields; however, there is difficulty in accessing the benefits and details provided, taking into account the complexity associated with these models. Now, to access these benefits, a common practice has been the linearization of these systems. This process simplifies the design, but at the same time causes loss of properties or characteristics of nonlinear systems, in addition to implying the limitation of the operating range depending on the accuracy of the approximation. To solve these drawbacks, this thesis proposes nonlinear MPC control schemes in such a way as to access the benefits associated with making approximations at each time step. These schemes consist, first, of an impulsive MPC control structure with artificial variables and, second, of an MPC with offset elimination guarantee in order to counteract parametric variations that the systems may present. A series of necessary conditions are also proposed to verify the properties of convergence and attractiveness of the proposed formulations. In addition, the performance of these schemes against linear approaches is evaluated when implemented in biomedical problems described by impulsive nonlinear dynamics, specifically the treatment of breast cancer with adenovirus viral therapies and the regulation of blood glucose levels in diabetes patients. type 1 mellitus with insulin therapies applying a variation of Bergman’s minimal model. Subsequently, a generalization of the necessary conditions for the design of unknown input estimators in linear systems is proposed, their influence is evaluated and how they can provide benefits when coupled to control schemes to provide information and attenuate the effect of unknown disturbances in linear systems. the specific case of estimating carbohydrates consumed by a patient in the treatment of type 1 diabetes mellitus, considering linear dynamics. Maestría Magíster en Ingeniería - Automatización Industrial Ingeniería Biomédica Área Curricular de Ingeniería Eléctrica e Ingeniería de Control

El control de sistemas físicos multivariables complejos es de gran interés en la ingeniería. En el estado del arte han estudiado diferentes técnicas de control adaptativas basadas en redes neuronales: estimar las no linealidades desconocidas del sistema y apoyar el seguimiento de la señal de referencia, aproximar la función de Liapunov garantizando el seguimiento asintótico al punto de equilibrio y encontrar el modelo inverso del sistema y en conjunto con un controlador PD adaptativo por su buen desempeño en el seguimiento de la señal de referencia. En base a esto, en este trabajo se propone un método de identificación y control robusto basado en redes neuronales para el sistema no lineal multivariable del tipo Sistema Multivariable de Doble Rotor en tiempo discreto, que permita ser controlado mediante diversas técnicas de control como reubicación de polos, validando los resultados obtenidos ante variaciones de parámetros con los obtenidos usando otras técnicas de control. The control of complex multivariable physical systems is of great interest in engineering. Different adaptive control techniques based on neural networks have been studied in the state of the art: estimating the unknown nonlinearities of the system and supporting the tracking of the reference signal, approximating the Liapunov function guaranteeing the asymptotic tracking to the equilibrium point and finding the inverse model of the system and in conjunction with an adaptive PD controller for its good performance in tracking the reference signal. Based on this, this work proposes a neural network based robust identification and control design for the Twin Rotor MIMO System in discrete time, which allows to be controlled by means of diverse control techniques such as pole relocation, validating the results obtained under parameter variations with those obtained using other control techniques. Maestría Magíster en Ingeniería Eléctrica Contenido 1. Introducción 1 1.1. Planteamiento del problema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.2. Justificación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1.3. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.3.1. Objetivo general . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.3.2. Objetivos específicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.4. Estado del arte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 2. Identificación basado en redes neuronales robustas 7 2.1. Redes neuronales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2.1.1. Modelo de una red neuronal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2.1.2. Funciones de activación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2.1.3. Arquitecturas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 2.1.4. Aprendizaje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 2.2. Red neuronal Adaline . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 2.2.1. Algoritmo de gradiente descendente . . . . . . . . . . . . . . . . 14 2.2.2. Algoritmo de gradiente descendente adaptativo AdaGrad . . . . . 14 2.2.3. Algoritmo de mínimos cuadrados . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 2.2.4. Algoritmo de mínimos cuadrados recursivo . . . . . . . . . . . . 15 3. Identificación y control basado en redes neuronales robustas 21 3.1. Control polinomial basado en redes neuronales robustas . . . . . . . . . . 21 4. Análisis y resultados 25 4.1. Sistema Multivariable de Doble Rotor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 4.1.1. Modelo matemático . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 4.1.2. Simulación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 4.2. Identificación basado en redes neuronales robustas . . . . . . . . . . . . 27 VII CONTENIDO 4.3. Identificación y control basado en redes neuronales robustas . . . . . . . 32 4.3.1. Identificación y control basado en redes neuronales robustas ante variación de parámetros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 5. Conclusiones y trabajos futuros 39 Bibliografía 39

[ES] Este trabajo presenta un estudio preliminar donde se valorar´a la eficiencia de las redes neuronales artificiales de topología NARX (Nonlinear Autoregressive eXogenous) en la reproducción del comportamiento de sistemas con dinámicas complejas. Estas estructuras neuronales se diseñarán para reproducir tanto sistemas monovariables, como multivariables, siguiendo un mismo planteamiento metodológico. Los mencionados estudios están dirigidos a proporcionar dichos modelos neuronales a futuras estrategias de control dependientes de modelos dinámicos, como es el caso del control predictivo no lineal basado en modelos, el cual constituye una línea de trabajo dentro del grupo de investigación de control inteligente (GICI) de la UPV/EHU. [EN] This work presents a preliminary study that evaluates the NARX artificial neural network performance in reproducing the the behaviour of complex dynamics systems. These neural structures will be designed to reproduce both monovariable and multivariable systems, following the same methodological approach. These studies are aimed at providing neural models to future control strategies dependent on dynamic models, as is the case of non-linear predictive control based on models, which constitutes a new line of work within the Intelligent Control Research Group (GICI) at UPV/EHU

ilustraciones, gráficas, tablas Las metodologías para diseño de controladores basadas en modelo requieren un alto nivel de conocimiento del sistema dinámico para poder diseñar una ley de control, en contraste de las metodologías basadas en error; estos enfoques pueden limitar la aplicación de metodologías de control óptimo, dado que para ciertas situaciones puede ser difícil establecer un modelo que describa al sistema dinámico adecuadamente, así mismo, para modelos muy rigurosos existen dificultadas asociadas a resolver el problema de optimización y para metodologías basadas en error el desempeño no siempre es el deseado. Como alternativa, este trabajo propone una metodología de control óptimo para sistemas diferencialmente planos no lineales, basado en control por rechazo activo de perturbaciones (ADRC - por sus siglas en inglés active disturbance rejection control), el cual es usado para estimar y rechazar las incertidumbres y perturbaciones (internas y externas) a partir de un modelo simplificado que permite plantear un problema de optimización. Luego, se sintetiza el controlador empleando la metodología de control predictivo basado en modelo (MPC - por sus siglas en inglés model predictive control). A través de distintos casos de estudio, se validan y evalúan algunas características de las estructuras asociadas a la metodología de control propuesta. Finalmente se logra establecer una metodología de control que otorga al sistema dinámico un comportamiento estable y robusto, mientras minimiza una función de costo de desempeño. (Texto tomado de la fuente). Methodologies for model-based controller design require a high level of knowledge of the dynamic system in order to design a control law, as opposed to error-based methodologies; these approaches may limit the application of optimal control methodologies, as for certain situations it may be difficult to establish a model that describes the dynamic system properly, also, for very rigorous models there are difficulties associated with solving the optimization problem and for error-based methodologies performance is not always desired. As an alternative, this paper proposes an optimal control methodology for differentially flat non-linear systems, based on active disturbance rejection control (ADRC), which is used to estimate and reject uncertainties and disturbances (internal and external) from a simplified model that allows to pose an optimization problem for design. The controller is then synthesized using model predictive control (MPC). Through different case studies, some characteristics of the structures associated with the proposed control methodology are validated and evaluated. Finally, it is possible to establish a control methodology that gives the dynamic system a stable and robust behavior, while minimizing a performance cost function. Maestría Magíster en Ingeniería - Automatización Industrial Teoría y aplicación de control

[Resumen] En este artículo se presenta la aplicación de una metodología de selección de lazos de control y ajuste de controladores para controlar un sistema multivariable no lineal denominado unidad caldera-turbina. Se plantearon dos escenarios y se definieron dos conceptos de diseño (combinaciones de lazos de control), cada uno con seis objetivos. Se muestra como la metodología permite establecer un marco de comparación global de cada concepto de diseño y ofrece información detallada a un diseñador para que de acuerdo con sus preferencias pueda seleccionar una solución adecuada para controlar el sistema bajo estudio. Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades; RTI2018-096904-B-I00

El presente proyecto hace referencia al diseño e implementación de un medidor en energía trifásica para sistemas eléctricos no lineales implementando el estándar IEEE-1459, el cual es una definición estándar para la medición de energía en condiciones balanceadas, desbalanceadas sinusoidales y no sinusoidales. Los medidores actuales no implementan dicho estándar y fueron diseñados asumiendo que tanto el voltaje como la corriente eran sinusoidales, por ende no se contempló la existencia de cargas desbalanceadas y las perturbaciones que estas le generan a la red eléctrica de 60Hz como lo menciona Andrew J Berrisfold en el proyecto del impacto armónico[1]. Dado esto, las empresas de energía no están realizando una tarificación correcta del KW h por mes a los hogares, residencias, industrias, etc. . . Por lo tanto se queda en incertidumbre si el valor de la factura, es mayor o menor al valor correcto. Para analizar la problemática es necesario mencionar sus causas. Una de ellas es la evolución de la tecnología. Para estos días es común encontrar en hogares dispositivos electrónicos, tales como: computadores, televisores, licuadoras, etc. . . Al momento de hacer la medición de energía, estos dispositivos generan distorsiones armónicas las cuales no están siendo correctamente analizadas en los medidores. La importancia de estudiar y analizar el estándar IEEE-1459, se debe a la incertidumbre que existe en las mediciones de energía domesticas e industriales. Al crear un medidor con un hardware y software que permita medir una carga en cualquier condición y emplear el correspondiente análisis de señales basado en el estándar ,permitirá saber si el consumo es menor o mayor al que se ha venido registrando. De esta manera se puede empezar a mirar las regulaciones que los medidores deben cumplir en Colombia con el fin de presentar al mercado un medidor mejorado en su medición. Este proyecto se realiza seleccionando el tipo de tarjeta de desarrollo a utilizar para la medida de señales trifásicas, después de tener los instrumentos necesarios, implementar el sistema de medición, en donde a partir de sus coeficientes de Fourier de voltaje y corriente, se aplica el std IEEE 1459 del 2010, que se basa en la medición de energía en sistemas monofásicos y trifásicos con cargas desbalanceadas con sus respectivas fórmulas. Una vez obtenidos los resultados, se realizará un cuadro de comparación con otros medidores para determinar un porcentaje de error y garantizar los resultados obtenidos. Finalmente corroborados los datos, por medio de una página web se visualiza el valor exacto de consumo mensual a las empresas de energía. This project refers to the design and implementation of a three-phase energy meter for non-linear electrical systems implementing the IEEE-1459 standard, which is a standard definition for the measurement of energy in balanced, unbalanced sinusoidal and non-sinusoidal conditions. Current meters do not implement this standard and were designed assuming that both the voltage and the current were sinusoidal, therefore the existence of unbalanced loads and the disturbances that these generate to the 60Hz electrical network were not considered, as mentioned by Andrew J Berrisfold in the harmonic impact project [1]. Given this, energy companies are not correctly charging KW h per month to homes, residences, industries, etc. . Therefore, it remains uncertain whether the value of the invoice is greater or less than the correct value. To analyze the problem it is necessary to mention its causes. One of them is the evolution of technology. These days it is common to find electronic devices in homes, such as: computers, televisions, blenders, etc. . When making the energy measurement, these devices generate harmonic distortions which are not being correctly analyzed on the meters. The importance of studying and analyzing the IEEE-1459 standard is due to the uncertainty that exists in domestic and industrial energy measurements. When creating a meter with hardware and software that allows to measure a load in any condition and use the corresponding signal analysis based on the standard, to know if the consumption is lower or higher than that which has been recorded. In this way, you can start looking at the regulations that meters must comply with in Colombia in order to present to the market an improved meter in its measurement. This project is carried out by selecting the type of development card to be used for the measurement of three-phase signals, after having the necessary instruments, implement the measurement system, where from its Fourier coefficients of voltage and current, the std IEEE 1459 of 2010, which is based on the measurement of energy in single-phase and three-phase systems with unbalanced loads with their respective formulas. Once the results have been obtained, a comparison table will be made with other meters to determine a percentage of error and guarantee the results obtained. Finally corroborated the data, through a web page the exact value of monthly consumption to the companies is displayed of energy. Ingeniero Electronico http://unidadinvestigacion.usta.edu.co Pregrado

Tesis Doctoral inédita leída en la Universidad Autónoma de Madrid, Facultad de Ciencias, Departamento de Matemáticas. Fecha de Lectura: 14-05-2021, This thesis has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Marie Sklodowska-Curie grant agreement No.765579-ConFlex.

“En este trabajo se hace una revisión y análisis de las diferentes configuraciones de los convertidores CD-CD. Utilizando de entre estas el tipo reductor (Buck), se propone el diseño de un control no lineal, utilizando el método de control en modo deslizante (SMC por sus siglas en inglés). El SMC cual es una técnica de control relativamente simple de implementar pero lo suficientemente robusta para permitir cambios significativos en la carga y voltaje de entrada del convertidor para satisfacer la demanda del sistema de sin afectar la respuesta de salida en un rango grande de frecuencias de conmutación. El alcance principal de este trabajo está enfocado en la utilización de un convertidor CD-CD tipo Buck de baja potencia para aplicaciones portátiles, para lo cual se utiliza la tecnología CMOS de 180 nanómetros, para su realización en un circuito integrado.”

Introducción: Los valores de la frecuencia cardiaca normales y anormales registrados en los equipos electrocardiográficos ambulatorios o continuos han sido caracterizados mediante nuevas metodologías diagnósticas, las cuales se han desarrollado en el contexto de la teoría de los sistemas dinámicos y la entropía. Objetivo: Evaluar la dinámica cardiaca de adultos, teniendo en cuenta su comportamiento en el contexto de la teoría de sistemas dinámicos y las proporciones de la entropía mediante un estudio ciego. Métodos: Se realizó una prueba diagnóstica mediante un estudio ciego de 500 Holter, aplicando una nueva metodología basada en las proporciones de la entropía del atractor numérico construido con los valores registrados en el Holter. Para esto, los valores máximos y mínimos de la frecuencia cardiaca para cada hora, así como el número de latidos, fueron tomados de cada Holter durante, mínimo, 18 horas. Con estos valores se generó un atractor numérico que cuantificó la probabilidad de parejas de frecuencias cardiacas consecutivas. Se evaluó cada dinámica a partir de los valores de entropía y de sus proporciones. Posteriormente, estos resultados fueron comparados con la evaluación clínica convencional estimando la sensibilidad y especificidad, así como el coeficiente Kappa. Resultados: Se encontraron diferencias entre la dinámica de casos normales y anormales, en las dinámicas cardiacas evaluadas en 18 horas, hallando valores de sensibilidad y especificidad del 100 % y coeficiente Kappa de uno, respecto al diagnóstico clínico convencional. Conclusiones: Los valores de entropía y de sus proporciones permiten diferenciar cuantitativamente la normalidad de la enfermedad en la dinámica cardiaca, durante un mínimo de 18 horas.

A proposal to control the pH of the broth in sugar mills is presented in this work. Because it is a system with nonlinear characteristics and disturbances, the conventional control methods do not satisfy the usual requirements of the process. Among these conventional methods, we highlight the PID controller, which is basically linear. Extending the possibilities of action, the control proposal presented in this work proved to be quite satisfactory, by using fuzzy logic in a predictive way in the consideration of the effect of the disturbances in an intelligent way. The details of the proposed controller are presented, including some simulation results. The effectiveness of the proposed controller is illustrated by simulation, showing graphically the disturbances and the consequent control action, which eliminates the steady state error. The comparison of the results obtained with conventional PID controllers and the fuzzy controllers shows the predictive action of the fuzzy controllers allowing a significant reduction in the variability of the steady state error. In addition, this architecture can be modified to include other disturbances for other applications. Thus, the present proposal can be used in general to control non-linear and multivariable systems. En este trabajo se presenta una propuesta para controlar el pH del jugo en ingenios azucareros. Como se trata de un sistema con perturbaciones y características no lineales, los métodos de control convencionales no cumplen los requisitos habituales del proceso. Entre estos métodos convencionales, destacamos el controlador PID, que es básicamente lineal. Al ampliar las posibilidades de acción, la propuesta de control presentada en este trabajo demostró ser bastante satisfactoria, utilizando una lógica difusa de manera predictiva al considerar el efecto de las perturbaciones de una manera inteligente. Se presentan los detalles del controlador propuesto, incluidos algunos resultados de simulación. La efectividad del controlador propuesto se ilustra mediante una simulación, que muestra gráficamente las perturbaciones y la acción de control consiguiente, que elimina el error en el estado estacionario. La comparación de los resultados obtenidos con los controladores PID convencionales y con los controladores fuzzy muestra la acción predictiva de los controladores fuzzy, lo que permite una reducción significativa en la variabilidad del error en el estado estacionario. Además, esta arquitectura se puede modificar para incluir otras perturbaciones para otras aplicaciones. Por lo tanto, la presente propuesta se puede utilizar en general para controlar sistemas no lineales y multivariables. Uma proposta para controlar o pH do caldo em usinas de açúcar é apresentada neste trabalho. Por ser um sistema com distúrbios e características não-lineares, os métodos de controle convencionais não atendem aos requisitos usuais do processo. Entre esses métodos convencionais, destacamos o controlador PID, que é basicamente linear. Ampliando-se as possibilidades de ação, a proposta de controle apresentada neste trabalho mostrou-se bastante satisfatória, utilizando lógica nebulosa de maneira preditiva na consideração do efeito das perturbações de maneira inteligente. Os detalhes do controlador proposto são apresentados, incluindo alguns resultados de simulação. A eficácia do controlador proposto é ilustrada por simulação, mostrando graficamente os distúrbios e a consequente ação de controle, o que elimina o erro no estado estacionário. A comparação dos resultados obtidos com os controladores PID convencionais e com os controladores fuzzy mostra a ação preditiva desses controladores, permitindo uma redução significativa na variabilidade do erro no estado estacionário. Além disso, essa arquitetura pode ser modificada para incluir outros distúrbios para outras aplicações. Assim, a presente proposta pode ser usada em geral para controlar sistemas não-lineares e multivariáveis.

Fil: Deniz, Néstor Nahuel. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Ingeniería y Ciencias Hídricas; Argentina. En esta tesis se aborda el problema de estimación y control simultáneos de sistemas no lineales sujetos a perturbaciones a acotadas mediante técnicas de horizonte móvil. La tesis está compuesta de tres partes. La primer parte se enfoca en el problema de estimación de estados en sistemas no lineales sujeto a perturbaciones acotadas. El método de estimación propuesto utiliza un mecanismo de adaptación que actualiza el costo de arribo en función del error de estimación. En la segunda parte se aborda el problema de estimación cuando se conoce de manera parcial el modelo del sistema. La tercer parte constituye el tema central de ésta tesis, y consiste en complementar el estimador con un controlador, resolviendo ambos problemas de manera simultánea. El problema de control se encarga de calcular las entradas óptimas que llevará a los estados del sistema a la zona de operación deseada. Los problemas de estimación y control pueden resolverse de manera independiente. En esta tesis formulamos los problemas de estimación y control como un solo problema en el cual se estima la trayectoria de estados y se calcula la secuencia de acciones de control que llevará el estado del sistema a la zona de operación deseada, a pesar de las perturbaciones, ruidos de medición, incertidumbre y restricciones actuando sobre el sistema. Esta formulación conjunta de los problemas de estimación y control hace innecesaria la verificación de la validez del principio de separación para cada caso particular. This thesis deals with the problem to solve simultaneously the estimation and control problem for nonlinear systems subject to bounded disturbances by mean of receding horizon techniques. The thesis has three main sections. The first part focuses on the problem of state estimation for nonlinear systems subject to bounded disturbances. The proposed estimation method makes use of an adaptive technique which updates the arrival-cost weight matrix as a function of the estimation error. The second part regards the estimation problem for the case when there is no available a model of the system. The third section consists of complement the estimator with a controller. The control problem deals with the computation of the optimal control actions, according to a performance index, required to steer the system to the desired operation zone. In this thesis, we formulate the estimation and control problems as one, which simultaneously estimates the optimal state trajectory and compute the sequence of control actions which will steer the system to the desired operation region, despite the disturbances, noise measurements, uncertainties and constraints present on the system. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas Universidad Nacional del Litoral

Trabajo creado con motivo de la crisis de la epidemia de Covid-19 en España. Estudio de la situación de la epidemia de coronavirus en España y simulaciones. Discusión de los mecanismos de propagación y contención de una epidemia. Recursos divulgativos para ayudar a entender, sobre una base científica, las verdaderas dimensiones de un fenómeno epidémico y cuáles son los factores responsables de su desarrollo y cómo controlarlos.

La finalidad de esta tesis es contribuir al esfuerzo que han iniciado otros investigadores con el objetivo de construir y reforzar el edificio científico del Paradigma de Wheeler. Este paradigma tiene como propósito reescribir algunas áreas de las ciencias desde el punto de vista de la teoría matemática de la información. Para cumplir este objetivo, trabajo en un área interdisciplinaria entre teoría de la información, mecánica estadística, física semi-clásica, sistemas no lineales, mecánica cuántica y astrofísica. En particular, me enfoco en el estudio de la entropía de Tsallis aplicada a ecuaciones no lineales cuánticas y algunos aspectos de gravitación como fuerzas entrópicas y mecánica estadística de sistemas autogravitantes. Respecto al primer tema, analizo exhaustivamente un tratamiento perturbativo de primer orden de las ecuaciones diferenciales parciales de q-Schroedinger y q-Klein-Gordon. Muestro que, para pequeños valores de q-1, la aproximación es bastante buena. Ésto es de relevancia en física porque esos valores de q son los relevantes en el rango de energías de interés para física de altas e intermedias energías. También exploro desarrollos de las ecuaciones de q-Schroedinger de variables separadas y de la función q-Gaussiana. A su vez, desarrollo un conjunto de estados q-Gamow para los cuales la distribución de q-Breit-Wigner asociada podría ser encontrada fácilmente a energías intermedias, para las cuales existen aceleradores de partículas. En tales experimentos nunca se detecta una Gaussiana pura, sino una q-Gaussiana. Sobre el segundo tema, estudio la fenomenología de curvas en el espacio de fases en el marco de la teoría de Tsallis. Desarrollo una q-entropía de camino para la cual uno puede calcular un mecanismo de fuerza entrópica capaz de imitar algunos aspectos de cromodinámica cuántica en una manera clásica. Trabajo tanto con la fuerza entrópica unidimensional como con su generalización a n dimensiones. Esto une diferentes pero importantes conceptos en física: fuerza entrópica, entropía a lo largo de una curva, estadística de Tsallis y gravedad emergente. Es interesante que, a pesar que la dimensionalidad es muy importante en gravitación, con lo que respecta a curvas en el espacio de fases, cualitativamente sus propiedades son intrínsecas a la curva, no importa en que espacio está sumergida. Presento un tratamiento novedoso de las divergencias de la función de partición de la gravedad Newtoniana via regularización dimensional en ambos escenarios: Tsallis (ya que los sistemas autogravitantes son altamente no extensivos) y el usual de Boltzmann-Gibbs. Muestro que existe una cota en la temperatura y que el calor específico negativo emerge naturalmente en ambos escenarios. Para ilustrar el alcance de esta técnica desarrollo un modelo de una galaxia de disco con un agujero negro supermasivo en el centro. Se obtienen resultados interesantes y coherentes: i-una cota máxima para la temperatura, ii-el calor específico es negativo, iii-el límite del calor específico cuando la masa del agujero negro tiende a cero es la de un gas autogravitante ideal, iv-la tercera ley de la termodinámica es violada, y v-la catástrofe gravotérmica es evitada si el número de constituyentes del halo que rodea a la galaxia es menor o igual que el número de estrellas en ésta. Finalmente, propongo una nueva entropía de Tsallis libre de polos, obtenida a partir de desarrollos alrededor de q=1. Además, muestro que nuestro tratamiento en compatible con datos existentes de la capa de ozono., Facultad de Ciencias Exactas

[ES] El diseño de métodos iterativos para resolver ecuaciones y sistemas de ecuaciones no lineales es una tarea importante y desafiante en el campo del Análisis Numérico. La no linealidad es una característica de muchos de los fenómenos físicos. Mecánica de fluidos y plasma, dinámica de gases, reacciones químicas, combustión, ecología, biomecánica, problemas de modelado económico, teoría del transporte y muchos otros fenómenos están todos gobernados inherentemente por ecuaciones no lineales. Por esta razón, una proporción cada vez mayor de la investigación matemática moderna se dedica al análisis de sistemas y procesos no lineales. En una era caracterizada por la disponibilidad de grandes cantidades de datos, el procesado y análisis de esta información se traduce de forma directa en la resolución de problemas cuya dimensión es cada vez mayor. Aunque en las últimas décadas se ha producido un desarrollo exponencial en la computación, sigue siendo esencial el diseño de algoritmos iterativos que garanticen la convergencia a la solución de un problema de forma rápida y eficiente. Siguiendo estas premisas, el objetivo fundamental que se persigue con el diseño de nuevos métodos iterativos, siendo también uno de los principales objetivos de la presente Tesis Doctoral, es la aproximación de soluciones de problemas no lineales garantizando un cierto equilibrio entre la velocidad con que se obtiene dicha aproximación, la fiabilidad de la misma y el coste computacional requerido en el conjunto de todo el proceso iterativo. Poder medir o cuantificar este equilibrio es, por tanto, una de las piezas esenciales de todo este proceso. Por medio del orden de convergencia, somos capaces de comparar la velocidad con que los esquemas iterativos se aproximan a la solución buscada. El coste computacional requerido a cada iteración del proceso es directamente proporcional al número de iteraciones que se necesitan para aproximar esta solución. Por tanto, acelerar la convergencia de un método se convierte en una necesidad en el diseño de esquemas eficientes. Por otro lado, todo algoritmo iterativo requiere de al menos un punto inicial para comenzar el proceso de cálculo de las iteraciones sucesivas. Por este motivo, el estudio de la influencia de las estimaciones iniciales en la convergencia de un método es también de una gran relevancia, ya que permite determinar la estabilidad de éste en función de los iterados iniciales. Este estudio se realiza utilizando herramientas de dinámica discreta, tanto real como compleja, para determinar, además de otras caracterizaciones, los puntos iniciales más adecuados y los métodos más estables de una familia de esquemas iterativos. El análisis numérico y dinámico realizado en esta memoria hace posible la propuesta de métodos iterativos eficientes que aproximen soluciones de problemas multidimensionales no lineales y ecuaciones en derivadas parciales de forma eficaz. A partir del estudio completo desarrollado utilizando las herramientas anteriormente descritas, presentamos esta Tesis Doctoral para la obtención del título de Doctora en Matemáticas., [EN] The design of iterative methods for solving nonlinear equations and nonlinear systems is an important and challenging task in the Numerical Analysis. Nonlinearity is a characteristic of many of the physical phenomena. Fluid and plasma mechanics, gas dynamics, chemical reactions, combustion, ecology, biomechanics, economic modeling problems, transport theory and many other phenomena are all inherently governed by nonlinear equations. For this reason, an increasing proportion of mathematical modern research is devoted to the analysis of systems and nonlinear processes. In a period characterized by the availability of large amounts of data, the processing and analysis of this information translates directly into the resolution of problems whose dimension is increasing. Although there has been an exponential development in computing in the last decades, it is still essential to design iterative algorithms that guarantee the convergence to the solution of a problem in a fast and efficient way. Following these assumptions, the main goal followed in the design of new iterative methods, being also one of the main objectives of this Doctoral Thesis, is the approximation of the solutions of nonlinear problems ensuring a certain balancing between the speed at which this approximation is obtained, the reliability of the approximation and the computational cost required in the whole iterative process. Being able to measure or quantify this balance is therefore one of the essential parts of this whole process. By means of the order of convergence, we are able to compare the speed with which the iterative schemes approximate the requested solution. The required computational cost for each iteration of the process is directly proportional to the number of iterations needed to approximate this solution. Therefore, accelerating the convergence of a method becomes a need in the design of efficient schemes. On the other hand, any iterative algorithm requires at least a starting point to begin the calculation of the successive iterations. For this reason, the study of the influence of initial estimates on the convergence of a method is also of high relevance, since it allows to determine the stability of the method depending on the initial iterations. This study is carried out using tools of discrete dynamics, both real and complex, to determine, in addition to other characterizations, the most suitable starting points and the most stable methods in a family of iterative schemes. The numerical and dynamical analysis carried out in this work makes it possible to propose efficient iterative methods that approximate solutions to nonlinear multidimensional problems and partial differential equations in an effective way. Based on the complete study developed using the tools described above, we present this Doctoral Thesis for gaining the title of Doctor in Mathematics., [CA] El diseny de mètodes iteratius per resoldre equacions i sistemes d'equacions no lineals es una tasca important i desafiant al domini de l'Anàlisi Numèric. La no linealitat és una característica de molts dels fenòmens físics. Mecànica de fluids i plasma, dinàmica de gasos, reaccions químiques, combustió, ecologia, biomecànica, problemes de models econòmics, teoria del transport i molts altres fenòmens estan tots governats inherentment per equacions no lineals. Per aquest motiu, una proporció cada vegada major de la investigació matemàtica moderna es dedica a l'anàlisi de sistemes i processos no lineals. En una era caracteritzada per la disponibilitat de grans quantitats de dades, el processat i anàlisi d'aquesta informació es tradueix de forma directa en la resolució de problemes la dimensió dels quals es cada vegada major. Malgrat que a les últimes dècades s'ha produït un desenvolupament exponencial a la computació, segueix sent essencial el diseny d'algorismes iteratius que garanteixen la convergència a la solució d'un problema de forma ràpida i eficient. Seguint aquestes premisses, l'objectiu fonamental que es persegueix amb el disseny de nous mètodes iteratius, sent també un dels principals objectius de la present Tesi Doctoral, és l'aproximació de solucions de problemes no lineals garantint un cert equilibri entre la velocitat amb què obtenen aquesta aproximació, la fiabilitat de la mateixa i el cost computacional requerit al conjunt de tot el procés iteratiu. Poder medir o quantificar aquest equilibri és, per tant, una de les peces essencials de tot aquest procés. Mitjançant l'ordre de convergència, tenim la capacitat de comparar la velocitat amb la qual els esquemes iteratius s'aproximen a la solució buscada. El cost computacional requerit a cada iteració del procés és directament proporcional al nombre d'iteracions que es necessiten per a aproximar aquesta solució. Per tant, accelerar la convergència d'un mètode es converteix en una necessitat al disseny d'esquemes eficients. D'una altra banda, tot algorisme iteratiu requereix d'almenys un punt inicial per començar el procés de càlcul de les iteracions successives. Per aquest motiu, l'estudi de la influència de les estimacions inicials a la convergència d'un mètode és també molt rellevant, ja que permet determinar l'estabilitat d'aquest en funció dels iterats inicials. Aquest estudi es realitza utilitzant eines de dinàmica discreta, tant real com complexa, per determinar, a més d'altres caracteritzacions, els punts inicials més adients i els mètodes més estables d'una familia d'esquemes iteratius. L'anàlisi numèric i dinàmic realitzat en aquesta memòria fa possible la proposta de mètodes iteratius eficients que aproximen solucions de problemes multidimensionals no lineals i equacions en derivades parcials de forma eficaç. A partir de l'estudi complet desenvolupat utilitzant les eines descrites anteriorment, presentem aquesta Tesi Doctoral per a l'obtenció del títol de Doctora en Matemàtiques.

This work proposes an ADRC (Active Disturbance Rejection Control) strategy by disturbance extended observers to stabilize a moving riderless bicycle with a variant forward speed. Although the bicycle has an unstable and non-linear dynamics when in its upright position, which can be modeled as a LPV (Linear-Parameter-Varying) system that depends on the forward speed, a simplified time-invariant and lumped-parameter model, with an nominal constant forward speed is used in the controller design. ADRC scheme groups discrepancies between the simplified model and the plant, with external disturbances into an equivalent additive unified disturbance signal at input, which is estimated via the observer and rejected through a linear control law. The effectiveness of this strategy is validated by a co-simulation between ADAMS and MATLAB, which exhibits a high performance and robustness in a virtual dynamic model of the bicycle, submitted to severe external disturbances and parameter variations.

This research is concerned with the problem of generalized function projective synchronization of nonlinear uncertain time-delay incommensurate fractional-order chaotic systems with input nonlinearities. The considered problem is challenging owing to the presence of unmeasured master-slave system states, external dynamical disturbances, unknown nonlinear system functions, unknown time-varying delays, quantized outputs, unknown control directions unknown actuator nonlinearities (backlash-like hysteresis, dead-zone and asymmetric saturation actuators) and distinct fractional-orders. Under some mild assumptions and using Caputo's definitions for fractional-order integrals and derivatives, the design procedure of the proposed neural adaptive controller consists of a number of steps to solve the generalized function projective synchronization problem. First, smooth functions and the mean value theorem are utilized to overcome the difficulties from actuator nonlinearities and distributed time-varying delays, respectively. Then, a simple linear observer is established to estimate the unknown synchronization error variables. In addition, a Nussbaum function is incorporated to cope with the unknown control direction and a neural network is adopted to tackle the unknown nonlinear functions. The combination of the frequency distributed model, the Razumikhin Lemma, the neural network parameterization, the Lyapunov method and the Barbalat's lemma is employed to perform the stability proof of the closed-loop system and to derive the adaption laws. The major advantages of this research are that: (1) the Strictly Positive Real (SPR) condition on the estimation error dynamics is not required, (2) the considered class of master-slave systems is relatively large, (3) all signals in the resulting closed-loop systems are semi-globally uniformly ultimately bounded and the synchronization errors semi-globally converge to zero. Finally, numerical examples are presented to illustrate the performance of the proposed synchronization scheme.

[EN] The identification process of the parameters of a nominal model and its uncertainty, when it is used for Robust Control, is known as Parametric Robust Identification (RI). A possible approach to RI, which is appropriate when noise statistical properties unknown and/or model error invalidate statistical approaches, is the deterministic one (Set Membership Estimation). This deterministic approach assumes that identification error (IE), differences between the simulated outputs of the model and the measured outputs of the process, although unknown, will be bounded. Therefore, the objective is to estimate the parameters set of a model which keeps the identification error bounded by a certain norm and bound. This set is known as the feasible parameter set (FPS). For linear in their parameters models, the FPS is, if it exists, a convex polytope. In nonlinear models, the polytope can be non-convex even disjoint. In this thesis a RI methodology, which permits to estimate any kind of FPS in nonlinear models when IE is bounded by several norms simultaneously, is presented. This methodology converts the RI problem into a multimodal optimization problem with optimal global infinities, which constitute the FPS. For its optimization a specific evolutionary algorithm e-GA has been developed, to characterize the FPS by means of a discrete set of models FPS^* adequately distributed along the FPS. The methodology comes accompanied by a procedure that makes easy the determination of bounds, associated to the norms of the IE, in order to guarantee an FPS\neq\emptyset. For that, the Pareto Front information, which is obtained by means of minimization norms of the IE in a multobjective context is used. To solve the multobjective problem an evolutionary algorithm e-MOGA has been developed. In addition, a nominal model of restricted interpolated projection which belongs to the FPS is proposed. It is optimal in both identification and estimation errors in the parameter space. The RI of three nonlinear models, with real data, is presented as application examples of the proposed methodology: a thermal process, a model which shows the blockage that produces a given drug on the ionic currents of a cardiac cell and a greenhouse climate model (temperature and humidity) with roses hydroponic crop., [ES] Al proceso de identificación de los parámetros de un modelo nominal y su incertidumbre para su utilización en Control Robusto se le conoce como Identificación Robusta Paramétrica (IR). Un posible enfoque para abordar la IR, que resulta apropiado cuando el desconocimiento de las propiedades estadísticas del ruido y/o la dinámica no modelada invalidan los enfoques estocásticos, es el determinístico (Set Membership Estimation). Este enfoque asume que el error de identificación (EI), diferencia entre las salidas medidas de proceso y las simuladas del modelo, aunque es desconocido, está acotado. De ahí que, bajo este enfoque, se persiga la determinación del conjunto de parámetros que consiguen mantener el EI acotado para una determinada norma y cota. Dicho conjunto es conocido como el conjunto de parámetros factibles (FPS). Cuando el modelo es lineal respecto de sus parámetros, el FPS, si existe, es un politopo convexo. En modelos no lineales dicho politopo puede ser no convexo e incluso inconexo. En esta tesis se presenta una metodología de IR que permite determinar FPS, de cualquier tipo, en modelos no lineales cualesquiera, acotando el EI simultáneamente mediante varias normas. La metodología transforma el problema de IR en un problema de optimización multimodal con infinitos óptimos globales, los cuales constituyen el FPS. Para su optimización se ha desarrollado un algoritmo evolutivo (EA) específico e-GA, que caracteriza el FPS mediante un conjunto discreto de modelos FPS* adecuadamente distribuido a lo largo del FPS. La metodología viene acompañada de un procedimiento que facilita la determinación de las cotas, asociadas a las normas que acotan el EI, para asegurar que FPS no se aun conjutno vacío. Para ello, se utiliza la información que genera el frente de Pareto resultante de la minimización simultánea de las normas mediante una optimización multiobjetivo.Para resolver este problema de optimización se ha desarrollado el algoritmo evolutivo e-MOGA. Adicionalmente, se propone como modelo nominal un modelo de proyección interpolada restringida que, pertenenciendo al FPS, resulta óptimo respecto del error de identificación y respecto del error de estimación en el espacio de parámetros. Como ejemplos de aplicación de la metodología propuesta se presenta la IR, con datos reales, de los parámetros de tres modelos no lineales: un sistema térmico, un modelo que refleja el bloqueo que produce un determinado fármaco sobre las corrientes iónicas de una célula cardíaca y el modelo climático de un invernadero (temperatura y humedad) con cultivo hidropónico de rosas., [CA] Al procés d'identificació dels paràmetres d'un model nominal i la seua incertesa per a la seua utilització en Control Robust se'l coneix com a Identificació Robusta Paramètrica (IR). Un possible enfocament per a abordar l'IR, que resulta apropiat quan el desconeixement de les propietats estadístiques del soroll i/o la dinàmica no modelada invaliden els enfocaments estocàstics, és el determinístic (Set Membership Estimation). Aquest enfocament assumeix que l'error d'identificació (EI), diferència entre les eixides mesurades del procés i les simulades del model, encara que és desconegut, està acotat. Davall aquest enfocament, es persegueix la determinació del conjunt de paràmetres que aconsegueixen mantenir l'EI acotat per a una determinada norma i cota. Dit conjunt és conegut com el conjunt de paràmetres factibles (FPS). Quan el model és lineal respecte dels seus paràmetres, el FPS, si existeix, és un politop convex. En models no lineals dit politop pot ser no convex i fins i tot inconnex. En aquesta tesi es presenta una metodologia d'IR que permet determinar FPS, de qualsevol tipus, en models no lineals qualsevol, acotant l'EI simultàniament mitjançant diverses normes. La metodologia transforma el problema d'IR en un problema d'optimització multimodal amb infinits òptims globals, els quals constitueixen el FPS. Per a la seua optimització s'ha desenvolupat un algoritme evolutiu (EA) específic e-GA, que caracteritza el FPS mitjançant un conjunt discret de models FPS^* adequadament distribuït al llarg del FPS. La metodologia ve acompanyada d'un procediment que facilita la determinació de les cotes, associades a les normes que acoten l'EI, per a assegurar que FPS\neq\emptyset. Per a això, s'utilitza la informació que genera el front de Pareto resultant de la minimització simultània de les normes mitjançant una optimització multiobjetiu. Per a la resoldre, el problema multiobjectiu s'ha desenvolupat l'algoritme evolutiu e-MOGA. Addicionalment, es proposa com a model nominal un model de projecció interpolada restringida que, pertanyent al FPS, resulta òptim respecte de l'error d'identificació i respecte de l'error de estimació en l'espai de paràmetres. Com a exemples d'aplicació de la metodologia proposada es presenta l'IR, amb dades reals, dels paràmetres de tres models no lineals: un sistema tèrmic, un model que reflecteix el bloqueig que produeix un determinat fàrmac sobre els corrents iònics d'una cèl·lula cardíaca i el model climàtic d'un hivernacle (temperatura i humitat) amb cultiu hidropònic de roses.

Sumario: 1. Introducción 2. Definición de los estimadores 3. Descripción de los resultados 4. Demostraciones correspondientes a la Sección 3.1 5. Demostraciones y definiciones para la Sección 3.2 6. Demostraciones correspondientes a la Sección 3.3 7. Simulación, Tesis disponible en inglés y en castellano. La versión en inglés puede accederse haciendo clic en "Enlace externo"., Facultad de Ciencias Exactas

El consumo de energía es un hecho inevitable en la humanidad. Sin la energía serían imposibles la luz, la electricidad, la puesta en movimiento del motor de un auto y hasta la vida misma. Sin embargo,cerca del 80% de la energía que se consume en el mundo proviene defuentes no renovables, es decir, de origen fósil y nuclear, lo que genera escasez y encarecimiento de los combustibles fósiles, además del nocivo efecto contaminante de estos. Por lo tanto, es inevitable que en un determinado momento la demanda no pueda ser abastecida y todo elsistema colapse, salvo que se descubran y desarrollen nuevos métodos para obtener dicha energía. Estas son las energías alternativas, las cuales son renovables y menos contaminantes. Dentro de éstas energías, se encuentra el Biodiesel, el cual es un biocombustible proveniente de la biomasa, más específicamente, de aceites vegetales y grasas animales. El proceso por el cual se obtiene, implica un conjunto altamente complejo de reacciones químicas y características de transferencia de calor. La no linealidad inherente a la dinámica de este proceso requiere de algoritmos eficientes para la optimización y control, es allí donde la Ingeniería de Sistemas entra en juego.Esta tesis presenta el desarrollo de estrategias de optimización y control para sistemas no lineales multivariables. En primer lugar se diseña una nueva estrategia de optimización dinámica, la cual está basada en la serie de Fourier para la parametrización de la acción de control. Luego, se diseña una metodología para el seguimiento de los perles óptimos de salida, dicha técnica está basada en álgebra lineal y métodos numéricos. Para compensar las incertidumbres paramétricas y perturbaciones que siempre están presentes en los procesos reales, se ha desarrollado una estrategia basada en la integración del error de seguimiento, la cual se acopla al diseño del controlador original. Las técnicas desarrolladas han sido aplicadas a sistemas ampliamente estudiados, que se emplean para evaluar algoritmos de optimización y control. Finalmente, dichas metodologías se han aplicado al proceso de producción de biodiesel con resultados muy satisfactorios, logrando mejorar de manera eciente el rendimiento del sistema. Fil: Pantano, Maria Nadia. Universidad Nacional de San Juan. Facultad de Ingeniería. Instituto de Ingeniería Química; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina

Este proyecto técnico de titulación, “diseño e implementación de módulos para prácticas de controladores pid convencionales” tenía como objetivo realizar un conjunto de programas y plantas que pudieran servir como un acercamiento más amigable a la implementación de los controles PID en sistemas reales. A lo largo de este documento se fueron mostrando: los diseños, programas, manuales y prácticas realizadas para ayudar al estudiante a desarrollar sus potenciales en el manejo de los controladores PID, así como también el poder experimentar con algunas de las herramientas que existen para realizar el control de una planta desde un computador y los diferentes aspectos que intervienen en el diseño de una planta, las características de ella y qué tipo de opciones se tienen a la hora de implementarla. This technical titration project, "Design and implementation of modules for practical practices of conventional pid controllers" had as objective to realize a set of programs and plants that could serve as a more friendly approach to the implementation of PID controls in real systems. Throughout this document were shown: the designs, programs, manuals and practices made to help the student to develop their potential in the handling of PID controllers, as well as to be able to experiment with some of the tools that exist to perform the control of a plant from a computer and the different aspects involved in the design of a plant, the characteristics of it and what kind of options are available when implementing it.

En el presente trabajo se estudian diferentes técnicas de clasificación para diagnosticar fallos o malfunciones que puede haber en diversos procesos industriales con el objetivo de tener un seguimiento de la calidad, tanto del propio proceso como de los distintos productos fabricados. Para poder llevar un estudio profundo y poder llegar a unas conclusiones solidas sobre los distintos tipos de clasificadores primero se hace un estudio teórico sobre el estado del arte de los clasificadores. En él se describe de manera teórica los clasificadores y los algoritmos de clasificación de estos. En este trabajo se van a estudiar cinco tipos de clasificadores, redes neuronales multicapa, redes neuronales probabilísticas, discriminante de Fischer, árboles de decisión y por último máquinas de vectores soporte. Posteriormente, se realiza una simulación de estos clasificadores con datos de fallo. Los datos de fallo son extraídos del conocido proceso Tennessee Eastman (TEP), se analizan únicamente cuatro tipos de fallo (fallo 1, fallo 2, fallo 4 y fallo 5). Una vez se ha realizado la simulación se comparan los resultados obtenidos con los diferentes clasificadores y se hace un breve estudio sobre el trabajo futuro que se podría llevar a cabo para en el futuro mejorar este trabajo., Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática, Grado en Ingeniería Química

[Resumen] La observabilidad e identificabilidad estructural son propiedades que se corresponden con la posibilidad teórica de determinar los vectores de estado y de parámetros de un modelo a partir de su salida. Recientemente hemos desarrollado una herramienta MATLAB, STRIKE-GOLDD, que analiza la observabilidad e identificabilidad estructural local de modelos no lineales de ecuaciones diferenciales ordinarias empleando una metodología simbólica. Si bien STRIKE-GOLDD es una metodología de propósito general, su desarrollo está motivado por el estudio de modelos biológicos, para los que estos análisis son de especial relevancia. En este trabajo se analiza la observabilidad e identificabilidad estructural de un modelo dinámico de la vía de señalización celular JAK/STAT. Este sistema de transducción de señales juega un papel importante en procesos de inmunidad, proliferación y división celular, apoptosis y oncogénesis. Usando este modelo de relevancia biomédica como caso de estudio, el presente trabajo proporciona un tutorial sobre el uso de STRIKEGOLDD, ilustrando sus capacidades y limitaciones. [Abstract] Observability and structural identifiability are classic systemic properties that describe whether it is theoretically possible to determine the state and parameter vectors of a model from its output. Recently we developed a MATLAB tool, STRIKE-GOLDD, which adopts a symbolic approach for analysing observability and structural identifiability of nonlinear ODE models. While being a general purpose tool, the motivation behind the development of STRIKE-GOLDD was the study of biological models, for which these analyses can provide very valuable insight. This paper demonstrates the application of STRIKE-GOLDD to a dynamic model of the JAK/STAT signaling pathway, which plays an important role in processes such as immunity, cell division, cell death and tumour formation. Using this model of biomedical relevance as a case study, the present paper provides a tutorial on the use of the STRIKE-GOLDD methodology, highlighting its capabilities and limitations. Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades; SYNBIOCONTROL (DPI2017-82896-C2-2-R)

[Resumen] La observabilidad e identificabilidad estructural son propiedades que se corresponden con la posibilidad teórica de determinar los vectores de estado y de parámetros de un modelo a partir de su salida. Recientemente hemos desarrollado una herramienta MATLAB, STRIKE-GOLDD, que analiza la observabilidad e identificabilidad estructural local de modelos no lineales de ecuaciones diferenciales ordinarias empleando una metodología simbólica. Si bien STRIKE-GOLDD es una metodología de propósito general, su desarrollo está motivado por el estudio de modelos biológicos, para los que estos análisis son de especial relevancia. En este trabajo se analiza la observabilidad e identificabilidad estructural de un modelo dinámico de la vía de señalización celular JAK/STAT. Este sistema de transducción de señales juega un papel importante en procesos de inmunidad, proliferación y división celular, apoptosis y oncogénesis. Usando este modelo de relevancia biomédica como caso de estudio, el presente trabajo proporciona un tutorial sobre el uso de STRIKEGOLDD, ilustrando sus capacidades y limitaciones. [Abstract] Observability and structural identifiability are classic systemic properties that describe whether it is theoretically possible to determine the state and parameter vectors of a model from its output. Recently we developed a MATLAB tool, STRIKE-GOLDD, which adopts a symbolic approach for analysing observability and structural identifiability of nonlinear ODE models. While being a general purpose tool, the motivation behind the development of STRIKE-GOLDD was the study of biological models, for which these analyses can provide very valuable insight. This paper demonstrates the application of STRIKE-GOLDD to a dynamic model of the JAK/STAT signaling pathway, which plays an important role in processes such as immunity, cell division, cell death and tumour formation. Using this model of biomedical relevance as a case study, the present paper provides a tutorial on the use of the STRIKE-GOLDD methodology, highlighting its capabilities and limitations. Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades; SYNBIOCONTROL (DPI2017-82896-C2-2-R)

[EN] This work presents a novel methodology for the dynamic optimization of the biodiesel production process from vegetable oils in discontinuous mode. The proposed methodology has the particularity of using the Fourier series for the parameterization of the control action, and evolutionary algorithms for the optimization of parameters. The main advantages of this strategy are, on the one hand, that the profiles obtained are smooth, that is, continuous and differentiable, therefore they can be directly implemented in real systems, without the need to filter or soften the control signal; on the other hand, a minimum amount of parameters is required for optimization, avoiding over-parameterization, which can decrease the quality of the response. The proposed algorithms have been evaluated through simulations, obtaining very satisfactory results compared to those published in the literature., [ES] Este trabajo presenta una novedosa metodología para la optimización dinámica del proceso de producción de biodiesel a partir de aceites vegetales en modo discontinuo. La metodología propuesta tiene la particularidad de emplear la serie de Fourier para la parametrización de la acción de control, y algoritmos evolutivos para la optimización de parámetros. Las ventajas principales de esta estrategia son, por un lado, que los perfiles obtenidos son suaves, es decir, continuos y diferenciables, por lo tanto pueden implementarse directamente en sistemas reales, sin necesidad de filtrar o suavizar la señal de control; por otro lado, se requiere una mínima cantidad de parámetros para la optimización, evitando la sobre-parametrización, la cual puede disminuir la calidad de la respuesta. Los algoritmos propuestos han sido evaluados a través de simulaciones, obteniendo resultados muy satisfactorios comparados con los existentes en bibliografía., Agradecemos al Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Tecnológicas (CONICET) por financiar este proyecto, y al Instituto de Ingeniería Química (IIQ) de la Universidad Nacional de San Juan (UNSJ) por su continua colaboración.

[EN] The variable stiffness actuators are devices that change the position and stiffness of a robot simultaneously. In recent years have been designed and developed many devices of this type, hoping to ensure safety in human-robot interaction and improve the dynamic performance of robots. In this article, we present the control of a variable stiffness actuator with serial configuration. The control strategy is based on feedback linearization and adjustment of two linear controllers. This allows the control, independently, of the stiffness and the equilibrium position of the joint. Finally, the behavior of this device within the assistive robot ASIBOT, is simulated in order to assess: the controller performance, changes in the dynamics of the robot and possible advantages of a level of safety during physical interaction human-robot., [ES] Los actuadores de rigidez variable son dispositivos que permiten cambiar la posición y rigidez articular de un robot en forma simultánea. En los últimos años se han diseñado y desarrollado muchos dispositivos de este tipo, con la esperanza de favorecer la seguridad en la interacción humano-robot y mejorar el rendimiento dinámico de los robots. En este artículo se presenta el desarrollo de un controlador para un actuador de rigidez variable de configuración serie. La estrategia de control se basa en la linealización por realimentación y el ajuste de dos controladores lineales. Esta estrategia permite el seguimiento de referencias de posición y rigidez articular de forma simultánea y desacoplada. Además, se realizan simulaciones en las que se incorpora este dispositivo dentro del robot asistencial ASIBOT, a fin de evaluar el desempeño del controlador, los cambios en la dinámica del robot y las posibles ventajas que tendrá la inclusión del mismo a nivel de seguridad en la interacción física humano-robot., La investigación que lleva a estos resultados ha recibido financiación del proyecto ARCADIA DPI2010-21047-C02-01, la subvención del proyecto CICYT en nombre del Ministerio de Economía y Competitividad español, y del proyecto RoboCity 2030-II-CM (S2009/DPI-1559), financiado por Programas de Actividades I + D en la Comunidad de Madrid y cofinanciados por los Fondos Estructurales de la UE.

“La epilepsia es una afección neurológica grave, un trastorno del sistema nervioso central caracterizado por la interrupción repetida y breve de la conciencia, con o sin convulsiones asociadas por la actividad eléctrica anormal en el cerebro (crisis epilépticas). [24][51] Las principales causas de la epilepsia suelen ser: Genéticas (anomalías cromosómicas, defectos del desarrollo cerebral como malformaciones), consecuencia de efectos tóxicos de drogas, traumatismo craneo- encefálico, infecciones del sistema nervioso central (como encefalitis virales bacterianas o micóticas) o enfermedades cerebrovasculares (como ictus cerebral). En un rango comprendido entre el 55% y el 85% del total de los casos no se conoce la causa de la enfermedad. Las señales EEG son un re ejo directo de las condiciones electro siológicas del cerebro en un periodo temporal determinado, por lo cual es de vital importancia el desarrollo de nuevos modelos que nos permitan comprender los mecanismos básicos de su funcionamiento, con lo cual se podrían predecir las crisis epilép- ticas, lograr diagnósticos tempranos acertados en pacientes e implementar su tratamiento oportunamente, mejorando la calidad de vida del paciente. Un modelo que logre aproximarse a una señal EEG epiléptica ayudara a comprender mejor la dinámica neuronal detrás de esta enfermedad y en general la dinámica cerebral.”

Facultad de Ingeniería Eléctrica. Doctorado en Ciencias en Ingeniería Eléctrica This thesis reports an adaptive identification scheme applied to uncertain and disturbed nonlinear systems. The adaptive identifier parameters are adapted on-line using a recursive least-squares algorithm. As an important characteristic of the adaptive identifier is that it can be proposed in the state dependent coefficient factorization form, which could be used for control purposes. Another important contribution is a robust optimal tracking nonlinear control, which can be synthesized for state dependent coefficient factorization systems. Theoptimal control scheme is related to finding a control law, such that a performance criterion is minimized. This criterion is usually formulated as a cost functional, which is a function of state and control variables. As a theoretical contribution, formal proofs are developed to show the convergence in the adaptive identifier and the optimal control. The adaptive identification and optimal tracking control effectiveness is validated via simulation. Both schemes are applied for the type 1 diabetes treatment using the Bergman minimal model and the Cobelli model. The principal aim is to regulate the blood glucose levels in type 1 diabetic patients, where the dynamical behavior for different patients is difficult to model since each one has particular biological characteristics, different eating and healthy habits, age and weight, among other aspects. The optimal control versatility is demonstrated by the generation of continuous and discontinuous control signals, with the aim to be used in continuous and discontinuous insulin pumps, which are used in the current type 1 diabetes treatments. To validate the adaptive identification and the optimal control schemes, is used a specialized simulator approved by the food and drug administration in USA. Esta Tesis propone un esquema de identificación adaptativa aplicado a sistemas no lineales inciertos y perturbados. Los parámetros del identificador adaptativo se adaptan en línea utilizando algoritmo de mínimos cuadrados recursivos. Como una característica importante del identificador adaptativo es que puede proponerse en la forma de factorización de coeficientes dependientes del estado, que podría usarse con fines de control. Otra contribución importante es un control no lineal de seguimiento óptimo robusto, que se puede sintetizar para sistemas en su forma de factorización de coeficientes dependientes del estado. El esquema de control óptimo está relacionado con la búsqueda de una ley de control, de modo que se minimice un criterio de rendimiento. Este criterio generalmente se formula como un funcional de costo, que está en función de las variables de estado y control. Como contribución teórica, se desarrollan pruebas formales para mostrar la convergencia en el identificador adaptativo y el control óptimo. La identificación adaptativa y la efectividad del control óptimo de seguimiento se validan mediante simulación. Ambos esquemas se aplican para el tratamiento de diabetes tipo 1 usando el modelo mínimo Bergman y el modelo Cobelli. El objetivo principal es regular los niveles de glucosa en sangre en pacientes diabéticos tipo 1, donde el comportamiento dinámico de diferentes pacientes es difícil de modelar ya que cada uno tiene características biológicas particulares, hábitos alimentarios y saludables diferentes, edad y peso, entre otros aspectos. La versatilidad de control óptimo se demuestra mediante la generación de señales de control continuas y discontinuas, con el objetivo de ser utilizadas en bombas de insulina continuas y discontinuas, que se utilizan en los tratamientos actuales de diabetes tipo 1. Para validar la identificación adaptativa y los esquemas de control óptimo, se utiliza un simulador especializado aprobado por la administración de alimentos y medicamentos en USA.

This work is based on the comparison of three techniques for analyzing the qualitative behaviour of nonlinear dynamic systems, including the study of their finite and infinite equilibrium points. The qualitative techniques used are: the direct method of Lyapunov, The theorems of Dickson and Perko for second order quadratic differential systems and the linearization around finite equilibrium points. These techniques provide information about the local or global stability of nonlinear systems. The state feedback controlled Buck-Boost power converter will be used as a case of study. Este trabajo se basa en la comparación de tres técnicas de análisis del comportamiento cualitativo de sistemas dinámicos no lineales, incluyendo el estudio de los puntos de equilibrio finitos e infinitos. Las técnicas cualitativas utilizadas son: el Método Directo de Lyapunov, los Teoremas de Dickson y Perko para sistemas cuadráticos de segundo orden y la Linealización alrededor de los puntos de equilibrio finitos. Estas técnicas aportan información respecto a la estabilidad global o local del sistema no lineal. Como sistema dinámico no lineal se utilizará el convertidor de potencia Buck-Boost realimentado por medio del vector de estados.

Regular Finalizado FONDECYT-REGULAR FONDECYT FONDECYT

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Los sistemas dinámicos pueden representarse mediante modelos matemáticos no lineales para diferentes fin es, entre ellos el control de sistemas, aplicación para la cual se hace necesario medir las variables relevantes o estados para realizar la debida corrección cuando no se este en el punto de operación deseado. No obstante, salvo algunas excepciones, no es posible acceder a una medición directa de todos los estados ya sea porque no existen elementos primarios para algunas variables, porque los sensores disponibles operan en rangos restrictivos, su operación y mantenimiento es delicado y complejo, o porque estos tienen costos prohibitivos, por lo que se hace necesaria la implementación de estimadores de estado. En este sentido, a partir de la revisión del estado del arte, se pudo identificar que los retardos en la medición son un problema que aparece en la salida del sistema y que ingresa directamente al estimador afectando la calidad de la estimación y por ende las acciones de control que dependen de ella. Para dar solución a lo anterior, en esta tesis se propone una metodología de diseño de estimadores de estado para una clase de sistemas no lineales sobre los cuales se obtienen mediciones con un retardo desconocido pero acotado. La metodología propuesta integra la técnica de análisis de correlación máxima para la estimación del tiempo de retardo, un Filtro de Kalman Unscented como esquema de estimación de estados y el Predictor de Smith como herramienta para la corrección del tiempo de retardo. Mediante la integración de los tres métodos ya mencionados, fue posible proponer un nuevo esquema de estimación en cascada que permite obtener un mejor desempeño en comparación con un estimador convencional que no tiene en cuenta el retardo en la medición. Dynamic systems can be represented by non-linear mathematical models for di erent purposes, including system control, the application for which it is necessary to measure the relevant variables or states to perform the correct correction when not in the point of operation wanted. No, except for some exceptions, it is not possible to access a direct measurement of all states and the sea because there are no primary elements for some variables, because the available sensors operate in restrictive ranges, their operation and maintenance is delicate and complex, or because they have prohibitive costs, so the implementation of state estimators is needed. In this sense, from the review of the state of the art, it can be identi ed that the delays in the measurement are a problem that appears in the output of the system and that enters directly into the estimator a recting the quality of the estimate and therefore the actions of control that depends on it. To give a solution to the above, this test proposes a design methodology for state estimators for a class of non-linear systems on which it can be measured with an unknown but limited delay. The proposed methodology was carried out with the technique of maximum correlation analysis for the estimation of the delay time, a Kalman lter without fragrance as a state estimation scheme and the Smith predictor as a tool for the correction of the delay time. By integrating the three methods, it is possible to propose a new cascade estimation scheme that allows obtaining a better performance in comparison with a conventional estimator that does not take into account the delay in the measurement. Magister en Automatización y Control

En este documento de tesis se presentan dos métodos numéricos no clásicos, y por ende poco conocidos, para resolver sistemas de ecuaciones no lineales. Cabe indicar que son de interés únicamente las soluciones reales de dichos sistemas. Por un lado este par de métodos son independientes en el sentido que no dependen de otros métodos para encontrar las soluciones de un sistema, pero por otro lado pueden también trabajar de forma colaborativa con los métodos tradicionales como los métodos de punto fijo en general y los métodos de Newton y sus variantes. Estos métodos que se presentarán son conocidos como métodos de convergencia global, mientras que los métodos iterativos usuales son métodos de convergencia local. Entonces, para cada método de convergencia global que mostraremos, se va a plantear un problema equivalente. Para el primero el problema equivalente es un problema de optimización. Guayaquil MAGÍSTER EN INVESTIGACIÓN MATEMÁTICA

The project will seek the geometric and dynamic modeling of electromechanical system configuration inverted pendulum. Besides the typical joints shall be modeled all dynamic effects of inertia and friction, using Co-simulation between NX-Recurdyn and Simu, El proyecto tratará del modelado geométrico y dinámico de un sistema electromecánico en configuración de péndulo invertido. Además de las articulaciones típicas deberán modelarse todos los efectos dinámicos de inercias y rozamientos, utilizando para ello

[ES] Este artículo presenta un sistema de absorción de vibraciones ajustable. Las vibraciones son absorbidas por una masa secundaria que se añade al sistema mediante un muelle de rigidez variable, que consta de dos pares de láminas elásticas trabajando en oposición. El amplio rango de valores de rigidez que presenta (entre 1 kN m−1 y 16 kN m−1) permite al sistema de absorción cancelar vibraciones en el rango de 1.43 – 5.73 Hz. Ante vibraciones de frecuencia variable en este rango, un motor de corriente continua permite ajustar la rigidez de dicho muelle en función de la frecuencia para que la atenuación de la vibración sea máxima en todo momento. El sistema de absorción de vibraciones ha sido incluido en una bancada que modela un sistema de segundo orden, y se han desarrollado un conjunto de experimentos que muestran una buena concordancia con los resultados teóricos para excitaciones de baja magnitud. Sin embargo, al aumentar la magnitud de la excitación, la desviación respecto del comportamiento lineal impide aplicar escalabilidad y superposición., [EN] This paper presents an adaptive tuned vibration absorber. The vibrations are absorbed by a secondary mass that is attached to the system through a new adjustable-stiffness spring, which consists of two pairs of leaf springs working in opposition. Its wide range of stiffness values (between 1 kN m/s and 16 kN m/s) allows the absorber to cancel vibration in the range 1.43–5.73 Hz. A DC motor allows the spring to adjust its stiffness such that the vibration attenuation is maximum for any frequency in the mentioned interval. The vibration absorber has been included in a test bench modelling a second order system, and a set of experiments have been conducted that show a good agreement to the theoretical results for low magnitude excitations. However, as the excitation magnitude increases, the deviation from the linear behaviour impedes applying scalability and addition., Este trabajo esta financiado por el Ministerio de Ciencia e Innovacion español, mediante ˜ la ayuda de investigación DPI2012-32278, y cofinanciada por los Fondos Feder (Fondo Europeo de Desarrollo Regional), (Jesus M. Chacón) ´ y la Junta de Comunidades de Castilla-La Mancha PPII2014-006-A.

Online social networks have transformed the way in which humans communicate and interact, leading to a new information ecosystem where people send and receive information through multiple channels, including traditional communication media. Despite many attempts to characterize the structure and dynamics of these techno-social systems, little is known about fundamental aspects such as how collective attention arises and what determines the information life-cycle. Current approaches to these problems either focus on human temporal dynamics or on semiotic dynamics. In addition, as recently shown, information ecosystems are highly competitive, with humans and memes striving for scarce resources -visibility and attention, respectively. Inspired by similar problems in ecology, here we develop a methodology that allows to cast all the previous aspects into a compact framework and to characterize, using microblogging data, information-driven systems as mutualistic networks. Our results show that collective attention around a topic is reached when the user-meme network self-adapts from a modular to a nested structure, which ultimately allows minimizing competition and attaining consensus. Beyond a sociological interpretation, we explore such resemblance to natural mutualistic communities via well-known dynamics of ecological systems., Main text + Supplementary Information (merged). To appear in Scientific Reports (2017)

[eng] A high disciplinary specialization and development of context-specific languages in sport science has promoted its current fragmentation and a lack of communication and transfer of knowledge among scientists. However, common general principles can be found among apparently unrelated disciplines and phenomena under study when the focus is put on the processes and dynamics of change. In fact, dynamic approaches are changing the research scenario in areas as distant as biology and social sciences, among others. The Nonlinear Dynamical Systems Theory (NDST), which has already undertaken a paradigm shift in several scientific fields, has been recently applied to the study of human coordination and sport-related behavior. This theory offers key concepts and a common language which can provide a unified framework for sport science (and for science in general), and thus, contributes to promote transdisciplinarity. The objective of this thesis is to show how seemingly unconnected sport-related behavior extracted at individual and social levels can be studied by using the same dynamic principles and concepts. Several experiments where different collective variables are tested under the influence of different types of constraints are presented. Concerning the organismic level, the evolution of the performance level in function of the workload was modelled, and the dynamics of kinematic and psychological variables during static and dynamic exercises performed until failure was analysed. Concerning the social level, the attitudes of sport fans in connection with the number of wrong referee decisions were also studied. The results show how all these collective variables share common dynamic features such as stability, instability and nonlinear change of state, regardless of the level and time scale of analysis. In conclusion, the NDST can provide a unified framework to study different types of sport­ related phenomena and thus contribute to the integration of scientific knowledge and facilitation of the transfer of theoretical explanatory principles among disciplines., [cat] L'elevada especialització disciplinar i el desenvolupament de llenguatges dependents de contextos específics en el mare de les ciències de l'esport ha promogut l'actual fragmentació i manca de comunicació i transferència de coneixement entre científics. No obstant això, quan l'atenció es posa en els processos i les dinàmiques de canvi, es poden trobar principis generals comuns entre disciplines i fenòmens aparentment no relacionats. De fet, els enfocaments dinàmics estan canviant l'escenari de recerca en àrees tan distants com la biologia i les ciències socials, entre d'altres. La teoria de sistemes dinàmics no lineals (TSDN), que ja ha empès un canvi de paradigma en molts camps científics, ha estat recentment aplicada a l'estudi de la coordinació humana i el comportament relacionat amb l'esport. Aquesta teoria ofereix conceptes clau i un llenguatge comú per proporcionar un marc unificat per a la ciència de l'esport i per a la ciència en general, contribuint a promoure la transdisciplinarietat. L'objectiu de la present tesi és mostrar com fenòmens aparentment inconnexos relacionats amb l'esport i extrets a nivells individual i social poden ser estudiats utilitzant els mateixos conceptes i principis dinàmics. Es presenten diversos experiments on diferents variables col·lectives són testades sota la influència de diferents tipus de constrenyiments. A nivell de l'organisme, es va modelar l'evolució del nivell de rendiment en funció a la càrrega, i es van analitzar les dinàmiques de variables cinemàtiques i psicològiques durant exercicis dinàmics i estàtics realitzats fins a l'exhauriment. A nivell social, les actituds de fans en funció del nombre de decisions arbitrals errònies van ser també estudiades. Es mostra com totes aquestes variables col·lectives comparteixen dinàmiques comuns que es caracteritzen per l'estabilitat, inestabilitat i el canvi d'estat no lineal, independentment del seu nivell i escala temporal d'anàlisi. En conclusió, la TSDN pot proporcionar un mare unificat per estudiar diferents tipus de fenòmens relacionats amb l'esport, i contribuir així a integrar el coneixement científic i facilitar la transferència de principis teòrics explicatius entre disciplines.

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 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. Fil: Pantano, Maria Nadia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Juan; Argentina. Universidad Nacional de San Juan. Facultad de Ingeniería. Instituto de Ingeniería Química; Argentina Fil: Naval Fernández, Maria Cecilia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Juan; Argentina. Universidad Nacional de San Juan. Facultad de Ingeniería. Instituto de Ingeniería Química; Argentina Fil: Serrano, Mario Emanuel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Juan; Argentina. Universidad Nacional de San Juan. Facultad de Ingeniería. Instituto de Ingeniería Química; Argentina Fil: Scaglia, Gustavo Juan Eduardo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Juan; Argentina. Universidad Nacional de San Juan. Facultad de Ingeniería. Instituto de Ingeniería Química; Argentina Fil: Ortiz, Oscar Alberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Juan; Argentina. Universidad Nacional de San Juan. Facultad de Ingeniería. Instituto de Ingeniería Química; Argentina

En este proyecto de grado, se describen procesos de identificación y control multivariable de estructura variable de un helicóptero de dos grados de libertad. Modelos en función de transferencia que describen el sistema en tiempo discreto, son obtenidos a partir de los algoritmos de identificación que tienen en cuenta los comportamientos de entradas/salidas para encontrar dicho modelo el cual describe el sistema real. Estas representaciones se obtienen mediante el uso de métodos de identificación, tales como los Métodos de Regresión Lineal y Redes neuronales. Se selecciona una estructura de control no lineal de estructura variable por planos deslizantes, la cual es capaz de acoplarse a las no linealidades del sistema con dinámicas variantes en el tiempo. Se obtiene una superficie deslizante que posea una acción integral para garantizar que la ley de control logre que el error de seguimiento de trayectorias converja a cero. Se aplica la metodología propuesta para la identificación y control no lineal multivariable de estructura variable aplicado a un helicóptero de dos grados de libertad, sobre dicho sistema simulado y también sobre el sistema real.

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In recent years, autonomous driving technologies have become a topic of growing interest due to the promise of safer and more convenient mode of transportation. An essential element in every autonomous driving system is the control algorithm. Classical control schemes, like PID, are not able to manage Multiple Inputs-Multiple Outputs, complex, non-linear systems. A more recent control strategy is Model predictive control (MPC), a modern control method that has shown promising results in systems with complex dynamics. In MPC, a sequence of optimal control inputs are predicted within a short time horizon based on the car dynamics, and soft or hard restriction of the system. In this work, three different nonlinear-MPC (NMPC) controllers were formulated based on a kinematic, and two dynamic models (double-track and single-track). The steering system’s dynamics were additionally identified using experimental data. Each MPC was solved applying direct methods, by transforming the optimal control problem to a Nonlinear programming (NLP) problem using the Multiple shooting scheme with a Runge-Kutta 4 integrator. The NLPs were solved using the state-of-the-art optimization solver IpOpt. Before the real-time implementation, all the NMPC controllers were simulated in different scenarios and multiple configurations. The results allowed to select the most suitable controllers to be implemented in a 1:5 scale robotic car. Finally, two NMPC controllers based on the kinematic, and the single-track dynamic model were implemented in the robotic car. The algorithms were tested in two different scenarios at the maximum possible speed. The obtained results from the tests were very promising, and provide compelling evidence that MPC could be implemented as the core of future autonomous driving algorithms, since it computes the optimal control inputs, taking in consideration the restrictions inherent to the system. Tesis

El crecimiento del mercado de cuatrirotores (o cuadric´opteros) a lo largo de los ´ultimos a˜nos ha provocado un aumento de la necesidad de sistemas de control para los mismos debido a la gran cantidad de usos que tienen. La evaluaci´on de los nuevos sistemas de control no es sencilla ya que normalmente requiere pruebas de vuelo. A continuaci´on se presenta un sistema que permite la realizaci´on de pruebas de vuelo en zonas de espacio restringido, como los laboratorios universitarios. Se ha dise˜nado una base girosc´opica que restringiendo 3 grados de libertad de la aeronave permite estudiar el control de los 3 grados de libertad restantes.

Since the appearance of Newton-Rapshon's method more than 300 years ago, iterative methods have become almost unassailable in most branches of science. The development of computing has made it possible to solve problems of increasing complexity, and this has been accompanied by the need for more efficient and reliable methods. Several tools of discrete dynamics can be used to perform a dynamic analysis of methods and families of iterative methods for solving equations and nonlinear systems, with the aim of extracting information about their stability and classifying them. In this memory a biparametric family of iterative methods is designed that contains the schemes of Ostrowski and Chun as particular cases. The convergence of the family is analyzed and extended to make it suitable for the resolution of systems of nonlinear equations. Dynamic tools are used and developed to carry out a scalar and multivariate study, and problems are solved applied to verify the results of the dynamic study. Finally, the semilocal convergence in Banach spaces of the Chun method is determined. Chapter 2 sets out the basic concepts from which the rest of the chapters will be developed. The Newton method and its derivative free version, the Steffensen method, are transferred to the multivariable case, and the tools of complex and real dynamics are applied to them. In the Chapter 3 a dynamic study of King's family of iterative methods is performed for the resolution of nonlinear equations. The family is applied on a generic quadratic polynomial, and members with a more stable behavior are selected. In the Chapter 4 a biparametric family of iterative methods is designed combining the methods of Ostrowski and Chun and an extension of the family to the multivariable case is done by the use of the operator divided differences. Numerical tests are performed on academic problems and applied to confirm the theoretical results. In the Chapter 5 a dynamic study of the Ostrowski-Chun biparametric family is made and the most stable members are applied to the solution of the Bratu equation, whereas in Chapter 6 a real dynamic study of the family is made in the multivariable case, and in this case the most stable members apply to the resolution of Fischer's equation. In the Chapter 7 the semilocal convergence of the well-known method of Chun, member of the Ostrowski-Chun family, is proved, and the results obtained in the resolution of an integral Hammerstein-type equation are proved. Finally, conclusions and open lines of research are presented., Desde la aparición del método de Newton-Rapshon hace más de 300 años los métodos iterativos se han hecho poco menos que imprescindibles en la mayoría de las ramas de la ciencia. El desarrollo de la computación ha permitido resolver problemas de complejidad cada vez mayor, y este hecho ha venido acompañado de la necesidad de disponer de métodos más eficientes y fiables. Varias herramientas de la dinámica discreta se pueden utilizar para realizar un análisis dinámico de métodos y familias de métodos iterativos para la resolución de ecuaciones y sistemas no lineales, con el objetivo de extraer información sobre su estabilidad y clasificarlos. En esta Tesis Doctoral se diseña una familia biparamétrica de métodos iterativos que contiene los esquemas de Ostrowski y Chun como casos particulares. Se analiza la convergencia de la familia y se extiende para hacerla apta para la resolución de sistemas de ecuaciones no lineales. Se utilizan y desarrollan herramientas dinámicas para llevar a cabo un estudio escalar y multivariable, y se resuelven problemas aplicados para comprobar los resultados del estudio dinámico. Finalmente, se determina la convergencia semilocal en espacios de Banach del método de Chun. En el Capítulo 2 se exponen los conceptos básicos a partir de los cuales se van a desarrollar el resto de capítulos. Se transfieren al caso multivariable el método de Newton y su versión libre de derivada, el método de Steffensen, y se van aplicando sobre ellos las herramientas de la dinámica compleja y de la real. En el Capítulo 3 se realiza un estudio dinámico de la familia de métodos iterativos de King para la resolución de ecuaciones no lineales. Se aplica la familia sobre un polinomio cuadrático genérico, y se seleccionan los miembros que presentan un comportamiento más estable. En el Capítulo 4 se diseña una familia biparamétrica de métodos iterativos combinando los métodos de Ostrowski y Chun y se hace una extensión de la familia al caso multivariable mediante el uso del operador diferencias divididas. Se realizan pruebas numéricas en problemas académicos y aplicados para confirmar los resultados teóricos. En el Capítulo 5 se hace un estudio dinámico de la familia biparamétrica de Ostrowski-Chun y se aplican los miembros más estables a la solución de la ecuación de Bratu, mientras que en el Capítulo 6 se hace un estudio dinámico real de la familia en el caso multivariable, y en este caso los miembros más estables se aplican a la resolución de la ecuación de Fischer. En el Capítulo 7 se prueba la convergencia semilocal del conocido método de Chun, miembro de la familia de Ostrowski-Chun, y se comprueban los resultados obtenidos en la resolución de una ecuación integral de tipo Hammerstein. Finalmente, se presentan las conclusiones y las líneas abiertas de investigación, Des de l'aparició del mètode de Newton-Rapshon fa més de 300 anys els mètodes iteratius s'han fet poc menys que imprescindibles en la majoria de les branques de la ciència. El desenvolupament de la computació ha permès resoldre problemes de complexitat cada vegada més gran, i aquest fet ha vingut acompanyat de la necessitat de disposar de mètodes més eficients i fiables. Diverses eines de la dinàmica discreta es poden utilitzar per realitzar una anàlisi dinàmica de mètodes i famílies de mètodes iteratius per a la resolució d'equacions i sistemes no lineals, amb l'objectiu d'extreure informació sobre la seva estabilitat i classificar-los. En aquesta tesi doctoral es dissenya una família biparamétrica de mètodes iteratius que conté els esquemes de Ostrowski i Chun com casos particulars. S'analitza la convergència de la família i s'estén per fer-la apta per a la resolució de sistemes d'equacions no lineals. S'utilitzen i desenvolupen eines dinàmiques per dur a terme un estudi escalar i multivariable, i es resolen problemes aplicats per comprovar els resultats de l'estudi dinàmic. Finalment, es determina la convergència semilocal en espais de Banach del mètode de Chun. En el capítol 2 s'exposen els conceptes bàsics a partir dels quals es desenvoluparan la resta de capítols. Es transfereixen al cas multivariable el mètode de Newton i la seva versió lliure de derivada, el mètode de Steffensen, i es van aplicant sobre ells les eines de la dinàmica complexa i de la real. En el capítol 3 es realitza un estudi dinàmic de la família de mètodes iteratius de King per a la resolució d'equacions no lineals. S'aplica la família sobre un polinomi quadràtic genèric, i se seleccionen els membres que presenten un comportament més estable. En el capítol 4 es dissenya una família biparamétrica de mètodes iteratius combinant els mètodes d'Ostrowski i Chun i es fa una extensió de la família al cas multivariable mitjançant l'ús de l'operador diferències dividides. Es realitzen proves numèriques en problemes acadèmics i aplicats per confirmar els resultats teòrics. En el capítol 5 es fa un estudi dinàmic de la família biparamétrica d'Ostrowski-Chun i s'apliquen els membres més estables a la solució de l'equació de Bratu, mentre que en el capítol 6 es fa un estudi dinàmic real de la família en el cas multivariable, i en aquest cas els membres més estables s'apliquen a la resolució de l'equació de Fischer. En el capítol 7 es prova la convergència semilocal del conegut mètode de Chun, membre de la família de Ostrowski-Chun, i es comproven els resultats obtinguts en la resolució d'una equació integral de tipus Hammerstein. Finalment, es presenten les conclusions i les línies obertes d'investigació.

[ES] Este trabajo propone una estrategia de Control por Rechazo Activo de Perturbaciones (ADRC), usando observadores extendidos de perturbación, para estabilizar una bicicleta en movimiento, sin conductor y con una velocidad de avance variable. Aunque la bicicleta tiene una dinámica inestable y no lineal alrededor de su posición vertical, que puede modelarse como un sistema Lineal de Parámetros Variantes (LPV) dependientes de la velocidad, el diseño del controlador usa un modelo simplificado de parámetros concentrados invariantes en el tiempo y una velocidad nominal constante. El esquema ADRC agrupa las discrepancias entre el modelo simplificado y la planta, junto con las perturbaciones externas en una señal aditiva unificada, que es estimada a través del observador y realimentada mediante una ley de control lineal para rechazarla. La efectividad de la estrategia es validada mediante una co-simulación entre ADAMS y MATLAB, la cual exhibe un alto desempeño y robustez sobre un modelo dinámico virtual de la bicicleta, sometida a perturbaciones externas severas y variaciones de parámetros., [EN] This work proposes an ADRC (Active Disturbance Rejection Control) strategy by disturbance extended observers to stabilize a moving riderless bicycle with a variant forward speed. Although the bicycle has an unstable and non-linear dynamics when in its upright position, which can be modeled as a LPV (Linear-Parameter-Varying) system that depends on the forward speed, a simplified time-invariant and lumped-parameter model, with an nominal constant forward speed is used in the controller design. ADRC scheme groups discrepancies between the simplified model and the plant, with external disturbances into an equivalent additive unified disturbance signal at input, which is estimated via the observer and rejected through a linear control law. The effectiveness of this strategy is validated by a co-simulation between ADAMS and MATLAB, which exhibits a high performance and robustness in a virtual dynamic model of the bicycle, submitted to severe external disturbances and parameter variations.

El impacto del postmodernismo en las ciencias sociales y la posterior caída del marxismo decimonónico generó un vacío epistemológico re-construido por ciertas corrientes intelectuales por medio de teorías físico-matemáticas como la teoría del caos o de los sistemas dinámicos no-lineales. Esta opción, ampliamente extendida hoy en el mundo académico, trata de rescatar la posibilidad de pensar en un centro epistemológico pero al mismo tiempo pone en duda la libertad humana proponiendo un nuevo modelo determinista. En este articulo presentamos la génesis de estas ideas así como un posible rescate metafísico-cristiano de la libertad, la unidad y el movimiento.

El cerebro en acción es un sistema no lineal en el que no existe una relación evidente entre las causas y las consecuencias de un estado determinado: cambios sutiles en un estímulo pueden generar patrones corticales radicalmente distintos. Si las distintas funciones cognitivas surgen de este sistema complejo, es fundamental la introducción de métodos no lineales en el estudio de la relación mente-cerebro. En este artículo hacemos hincapié en la naturaleza fractal del electroencefalograma (EEG) y repasamos la relación entre la dimensión fractal del EEG y distintos estados mentales.

Una adecuada performance del método de Newton requiere una eficiente elección de la semilla, fundamentalmente en los casos en que la convergencia para la obtención de raéces sea altamente sensible a este punto inicial. En este trabajo se propone el uso de un método de optimización, denominado evolución diferencial, para generar los puntos iniciales necesarios que aseguren un eficiente uso del método de Newton. Este método es una metaheuréstica que tiene origen en las ideas de algoritmos evolutivos y el método del gradiente. Aquí se presentan la implementación de la propuesta -codificada en MATLAB-, ejemplos de aplicación y comparación de resultados obtenidos, con y sin la inclusión de esta mejora.

Este artículo realiza un estudio teórico del problema de la sincronización maestro-esclavo de Sistemas Lineales y no Lineales constituidos de sistemas homogéneos, así como la implementación a nivel de simulación de las estrategias de seguimiento de trayectoria sincronización y trabajo coordinado por medio del software Matlab-Simulink. Mediante una estrategia de retroalimentación del vector de estados se propone la estrategia de sincronización maestro-esclavo en Sistemas Lineales. Por otro lado, para el caso de Sistemas no Lineales la estrategia de control para seguimiento de trayectoria es analizada con un enfoque energético específicamente por el método de pasividad. Para hacer frente al problema de no tener acceso completo al vector de estados, se ha propuesto utilizar una herramienta virtual computacional que se encarga de estimular el valor de la velocidad a partir de la medición de la posición la cual normalmente se encuentra disponible.

[EN] In this work, a closed-loop control strategy is proposed. It allows tracking optimal profiles for a fed-batch bioprocess. The main advantage of this approach is that the control actions are computed from a linear equations system without linearizing the mathematical model, which allows working in any range. In addition, three techniques are developed to tune the controller. First, a completely probabilistic method, Monte Carlo. Second, a methodology based on Genetic Algorithms, an evolutionary optimization technique. Third, a Hybrid Algorithm, combining above algorithms advantages. Here, the objective function is to find the controller parameters that minimize the trajectory tracking total error. The controller performance is evaluated through simulations under normal operations conditions and parametric uncertainty, using the obtained controller parameters., [ES] En este trabajo se propone una estrategia de control en lazo cerrado para el seguimiento de perfiles óptimos previamente definidos para un bioproceso fed-batch. La mayor ventaja de este enfoque es que las acciones de control se calculan resolviendo un sistema de ecuaciones lineales, sin tener que linealizar el modelo matemático, lo que permite trabajar en cualquier rango. Además, se plantean tres técnicas para la sintonización de los parámetros del controlador diseñado. Primero se propone un método de Monte Carlo, el cual es un método probabilístico. En segundo lugar, se presenta una metodología basada en Algoritmos Genéticos, una técnica evolutiva de optimización. La tercera alternativa es el desarrollo de un Algoritmo Híbrido, diseñado a partir de la combinación de los dos métodos anteriores. En todos los casos, el objetivo es encontrar los parámetros del controlador que minimicen el error total de seguimiento de trayectorias. El desempeño del controlador se evalúa a través de simulaciones en condiciones normales de operación y frente a incertidumbre paramétrica, empleando los parámetros del controlador obtenidos., Este trabajo ha sido realizado con el apoyo del Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET) y del Instituto de Ingeniería Química (IIQ) de la Universidad Nacional de San Juan. Se agradece la colaboración del Dr. Ing. Francisco Rossomando en la implementación del controlador PID neuronal.