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[Resumen] Una de las principales ventajas de las arquitecturas de control en cascada es dotar al sistema de control de una mayor rapidez de respuesta ante perturbaciones en el lazo interno, lo cual puede desembocar en un ancho de banda de control excesivo. La arquitectura de control y el método de diseño que se presentan en este trabajo ponen el foco en usar la cantidad de realimentación estrictamente necesaria en cada frecuencia para garantizar las especificaciones robustas de seguimiento y/o rechazo que se estipulen. Después, es de vital importancia cómo distribuir dicha realimentación entre los lazos, interno y externo. En el presente trabajo se resuelve un problema concreto, el control de la posición de un servomotor donde es también accesible su velocidad. Se ilustra cómo la frecuencia de conmutación entre lazos afecta notablemente a la amplificación de ruidos de medición, lo que puede evitar una posible saturación del actuador. La arquitectura de control emplea dos controladores de realimentación y uno de prealimentación. Los diseños se realizan de acuerdo a la Teoría de Realimentación Cuantitativa (QFT), siendo por tanto robustos. El entorno de trabajo permite incorporar cualquier tipo de especificación y facilita el diseño iterativo de ambos lazos, así como sopesar la complejidad de los controladores y su ancho de banda., [Abstract] One of the main advantages of cascaded control architectures is to provide the control system with a faster temporal response to disturbances in the inner loop, which can lead to excessive control bandwidth. The control architecture and design methodology presented in this paper focuses on using the amount of feedback that is strictly necessary at each frequency to ensure the specified reference tracking and disturbance rejection. The next critical issue is how to distribute this feedback between the inner and outer loops. The present work solves a specific problem, the position control of a servomotor where its speed is also accessible, and illustrates how the switching frequency between loops significantly affects the amplification of the measurement noise, anticipating a possible saturation of the actuator. The control architecture uses two feedback controllers and one feedforward controller. The designs are based on Quantitative Feedback Theory (QFT) and are therefore robust. The working environment allows the incorporation of any type of control specification, facilitates the iterative design of both loops, and makes it possible to balance the complexity of the controllers and their bandwidth.

[Resumen] Este trabajo aborda el control robusto de la actitud de un UAV de tipo multirrotor. Como principal novedad destaca el empleo de una estructura de control model-matching en cascada que, junto a los dos controladores de realimentación del ángulo de rotación y su velocidad angular, incorpora un controlador de prealimentación de la referencia. Fruto de la estructura de control y un adecuado reparto frecuencial de las tareas de control entre los lazos en realimentación, el ancho de banda de los controladores se reduce con el fin de alcanzar una solución de control que incurre en una menor amplificación de ruidos de medida en la acción de control. Los diseños de control son robustos y se han realizado en el dominio de la frecuencia discreta siguiendo los postulados de la Teoría de Realimentación Cuantitativa. Se han considerado explícitamente especificaciones de estabilidad, de rechazo de perturbaciones de par y de seguimiento de referencias angulares., [Abstract] This paper deals with the robust attitude control of a multirotor UAV. The main novelty is the use of a cascaded model-matching control structure that includes a reference feedforward controller along with the two angle and velocity feedback controllers. As a result of the control structure and appropriate frequency feedback sharing between the feedback loops, the bandwidth of the controllers is reduced to achieve a control solution that introduces less measurement noise into the control action. The control designs are robust and performed in the discrete frequency domain according to the postulates of Quantitative Feedback Theory, with explicit consideration of stability, torque disturbance rejection, and angular reference tracking specifications.

Este trabajo consiste en el diseño de un modelo de control vectorial (FOC) para el control óptimo de velocidad de un motor sincrónico de imanes permanentes (PMSM) empleando las técnicas de máximo torque por ampere (MTPA) y debilitamiento de Flujo. El proyecto abarcará las fases de simulación y validación del modelo en el entorno Simulink de MATLAB para posteriormente realizar su implementación en una plataforma HIL de prototipado rápido de dSPACE que permitirá realizar el control del motor a través de un inversor de potencia. La solución incluirá una aplicación gráfica diseñada mediante el software ControlDesk para la visualización, control y adquisición de datos en tiempo real que permitirá realizar cambios en los parámetros del modelo, logrando así, emplear las técnicas de HIL para el testeo y validación rápida del diseño. Inicialmente se abordarán de forma general los conceptos técnicos necesarios para desarrollar el modelo del motor PMSM de imanes superficiales, se describirán los componentes de hardware y software empleados para el desarrollo de la solución, para luego construir el modelo mediante los bloques disponibles en Simulink. Se empleará el método de control en cascada, con lazos de control de corriente y velocidad que se sintonizarán mediante la técnica de asignación de polos, buscando que ambos lazos de control tengan una respuesta de un sistema de primer orden, lo cual es ideal para aplicaciones de motores. Posteriormente, en el modelo desarrollado se incluirán los bloques RTI especiales para integración del software con los dispositivos I/O que se conectarán a la caja de control MicroLabBox para el control del motor. Finalmente, se construirá la interfaz gráfica que incluirá los instrumentos para la interacción con el sistema

[EN] Typically, the control scheme of the active power filter corresponds to a cascade controller, which consists of an outer loop for dc voltage regulation and an inner loop for the tracking of a reference current. Each control loop must be associated with controllers that allow a fast convergence to the established references. This paper presents a cascade controller for active power filter applications, employing a proportional-integral (PI) controller for the external loop, and the super-twisting algorithm (STA) for the internal loop, where the union of both controllers is called PI-STA cascade controller. On the one hand, a step response analysis for the estimation PI gains is carried out. On the other hand, the STA tuning takes place from considering the similarity between the structures of STA with a PI. In order to validate the methodology tuning consistency simulation and experimental results are presented., [ES] Típicamente el esquema de control de un filtro activo de potencia corresponde a un controlador en cascada, el cual consta de un lazo externo para la regulación del voltaje de cd y un lazo interno para el seguimiento de una corriente de referencia. Cada uno de estos lazos de control está asociado a un controlador que permite converger rápidamente a su respectiva referencia. Este trabajo emplea un controlador PI en el lazo externo y el algoritmo Super-Twisting (STA) en el lazo interno, los cuales conforman al controlador en cascada denotado como PI-STA. Este artículo presenta una metodología para sintonizar los controladores PI y STA, donde el primero se sintoniza a partir de la respuesta al escalón, mientras el STA se sintoniza a partir de considerar la similitud de su estructura con respecto a la de un PI, facilitando así la obtención de las ganancias del STA. Para validar la metodología de sintonización, se presentan resultados en simulación y experimentales.

Se utilizará un PLC para controlar el modelo no lineal de reactor continuo de tanque agitado encamisado simulado con LabVIEW. Desde el punto de vista del controlador, se está controlando el proceso real, pero en realidad se está controlando la implementación discreta del modelo no lineal en LabVIEW del proceso real. Se utilizará Matlab y Simulink para simular el sistema de ecuaciones diferenciales no lineales del modelo matemático, y también del modelo linealizado en torno a un punto de funcionamiento. Se implementará el modelo no lineal discreto en LabVIEW y se validará con los resultados obtenidos de la simulación con Matlab y Simulink. Además, se diseñará una interfaz de usuario atractiva y fácil de utilizar que permitirá visualizar lo que está pasando en la planta y también la configuración de los ensayos de lazo abierto y de lazo cerrado a realizar. La interfaz también permitirá la exportación de los datos de los ensayos realizados. Por último, los datos del ensayo en lazo cerrado recogidos con LabVIEW serán analizados con Matlab y Simulink para comprobar el diseño del regulador.

[Resumen] En la actualidad, el control en cascada continúa siendo una de las estrategias más utilizada en la industria de procesos y manufacturera. Los nuevos requisitos de precisión y robustez en los sistemas de control de posición y trayectoria para la fabricación de componentes en la micro escala y la dificultad de transferir a la industria estrategias avanzadas de control, obligan a rediseñar los métodos de ajuste para hacer frente a no linealidades duras como la fricción y la zona muerta. Este trabajo presenta el diseño y aplicación de un método de ajuste automático basado en simulación y optimización para el ajuste de los parámetros de sistema de control cascada del lazo de control de posición y de velocidad de un servomecanismo en presencia de fricción, elasticidad y holgura. La optimización basada en el método de Nelder-Mead utiliza como función de coste u objetivo, la minimización del máximo error de posición durante la inversión en presencia de no linealidades. El estudio realizado en simulación, los experimentos en tiempo real en el control de trayectoria y los estudios de viabilidad demuestran la validez de la estrategia propuesta con una mejora de más de 10% en la reducción del máximo error de posición, y sienta las bases a la implementación a nivel industrial de método propuesto., [Abstract] Currently, cascade control continues to be one of the most used strategies in the manufacturing and process industry. The new requirements of precision and robustness in the systems of control of position and trajectory for the manufacture of components in the micro scale, force to redesign the methods of adjustment to deal with hard non-linearities such as friction and dead zone. This paper presents the design and application of an automatic adjustment method based on simulation and optimization for the adjustment of the cascade control system parameters of the position and speed control loop of a servomechanism in the presence of friction, elasticity and clearance. The optimization based on the Nelder-Mead method uses as a function of cost or objective, the minimization of the maximum position error during the investment in the presence of nonlinearities. The simulation study, the real-time experiments in trajectory control and the feasibility studies demonstrate the validity of the proposed strategy with an improvement of more than 10% in the reduction of the maximum error of position, and pave the way for the implementation at industrial level of the proposed method.

Este artículo analiza la eficiencia energética de un ciclo de refrigeración, generando un optimizador de referencias para el control basado en aproximaciones lineales. Se plantean dos enfoques de control: el control de potencia, en el cual se propone un controlador robusto descentralizado para la regulación de la potencia frigorífica dada por el ciclo, y el control de temperatura de recinto, en el cual se considera también la dinámica del recinto a refrigerar y se propone una estructura de control en cascada donde un controlador externo genera las referencias de potencia frigorífica al controlador interno del ciclo de refrigeración. Se analizan en simulación y también experimentalmente el seguimiento de referencias y el rechazo de perturbaciones en ambas estrategias de control.

[Resumen] Este artículo analiza la eficiencia energética de un ciclo de refrigeración, generando un optimizador de referencias para el control basado en aproximaciones lineales. Se plantean dos enfoques de control: el control de potencia, en el cual se propone un controlador robusto descentralizado para la regulación de la potencia frigorífica dada por el ciclo, y el control de temperatura de recinto, en el cual se considera también la dinámica del recinto a refrigerar y se propone una estructura de control en cascada donde un controlador externo genera las referencias de potencia frigorífica al controlador interno del ciclo de refrigeración. Se analizan en simulación y también experimentalmente el seguimiento de referencias y el rechazo de perturbaciones en ambas estrategias de control.

[Resumen] Los nuevos procesos de microfabricación imponen nuevos requisitos de precisión y robustez en los sistemas de control de posición y trayectoria, lo que abre nuevas líneas de investigación en el campo del modelado y el control, y la necesidad de evaluar técnicas de control inteligente tales como el control borroso. En este trabajo, se presenta por una parte el modelado clásico de partes eléctricas y mecánicas consideradas como un sistema de múltiples masas acopladas mediante una transmisión elástica y amortiguamiento, en presencia de la fricción y la holgura, dos no linealidades duras. Además, se muestra el diseño de un controlador a partir de un modelo paramétrico dependiente de la frecuencia de resonancia y del amortiguamiento. Como paso inicial del estudio, se diseña un sistema de control en cascada dotado de componentes anticipativas que es el esquema más utilizado en la industria. Con vistas a evaluar el alcance de las no linealidades en la ley de control, se sintetiza un control borroso en cascada equivalente a partir del método propuesto por Matia et al. 1992. Para evaluar el comportamiento del sistema de control, se consideraron incertidumbres en parámetros tales como la frecuencia de resonancia, el amortiguamiento y el ancho de la zona muerta de la holgura y se realizaron simulaciones considerando trayectorias circulares. Algunas cifras de mérito tales como la integral del valor absoluto del error en el tiempo (ITAE), el error máximo absoluto (MAE) y la integral del valor absoluto de la señal de control (IAU) se utilizaron en el estudio comparativo de ambos controladores en cascada. El estudio permitió comprobar que no hay diferencias significativas en el comportamiento de ambos sistemas de control (cascada clásico y cascada borroso), [Abstract] New microfabrication processes impose new requirements for accuracy and robustness in position and trajectory control systems, opening up new lines of research in the field of modeling and control, and the need to evaluate intelligent control techniques such as Fuzzy control. In this paper, is presented the classical modeling of electrical and mechanical parts considered as a system of multiple masses coupled by an elastic transmission and damping, in the presence of friction and slack, two hard nonlinearities. Furthermore, the design of a controller is shown from a parametric model dependent resonance frequency and damping ratio. As the initial step of the study, a cascade control system is designed with anticipatory components that is the most used scheme in the industry. In order to evaluate the scope of nonlinearities in the control law, a cascade equivalent control is synthesized using the method proposed by Matia et al. 1992. To evaluate the behavior of the control system, uncertainties are considered in parameters such as the resonance frequency, the damping ratio and the width of the dead zone of the slack, and simulations were performed considering circular trajectories. Some merit numbers such as the integral of the absolute value of error in time (ITAE), the absolute maximum error (MAE) and the integral of the absolute value of the control signal (IAU) were used in the comparative study of both cascade controllers. The study allowed to verify that there are no significant differences in the behavior of both control systems (classic cascade and fuzzy cascade)

[ES] Durante los útlimos años se ha intentado innovar con nuevas tecnologías y estudios para la minimización de los diversos constituyentes en las estaciones depuradoras de aguas residuales. El Benchmark Simulation Moden nº1 propone, a través simulaciones de estrategias de control en un sistema de fangos activos, la minimización de los compuestos nitrogenados (nitrógeno amoniacal y total) presentes en tres tipos de afluentes. El modelo incorpora todos los procesos, parámetros químicos y cinéticos necesarios para llevar a cabo una simulación lo más realista posible que se asemeje al comportamiento de un caudal de aguas residuales que atraviesa un sistema de fangos activos convencional. El usuario se encarga de diseñar las estrategias de control que él crea conveniente para el cumplimiento de los objetivos marcados. El modelo utiliza los parámetros de índice de calidad del efluente e índice de costes operacionales para llevar a cabo una comparación objetiva entre las distinas estrategias diseñadas., [CA] Durant els ultims anys s'ha intentat innovar amb noves tecnologies i estudis per a la minimització dels diversos components a les estacions depuradores d'aigües residuals. El Benchmark Simulation Moden nº1 proposa, mitjantçant simulacions d'estratègies de control en un sistema de fangs actius, la minimització dels compostos nitrogenats (nitrògen amoniacal i total) presents en tres tipus d'afluents. El model incorpora tots els processos, paràmetres químics i cinètics necessaris per tal d'obtenir una simulació el més realista possible que s'assemble al comportament d'un caudal d'aigües residuals que atravessa un sistema de fangs actius convencional. L'usuari s' encarrega de disenyar les estrategies de control que crega convenients per al compliment dels objectius marcats. El model utilitza els paràmetres d'índex de qualitat de l'afluent i índex de costos operacionals per a dur a terme una comparació objectiva entre les distintes estratègies disenyades., [EN] Over the last decade, new technologies and studies have been discovered for nitrogen removal in wastewater treatment plants. The IWA Task Group Benchmark Simulation Model nº1, throught control strategies simulations using a sludge activated system, tries to achieve the targets set. The model incorporates all the processes and kinetic and chemical parametres essential for the correct development of it. The BSM1 uses the quality index and operational cost index as parametres to evaluate and compare the different designed alternatives.

[Resumen] El objetivo de este trabajo es el de estudiar el comportamiento de un controlador Fuzzy en el control de las velocidades lineales de un vehículo aéreo no tripulado, en el caso concreto de aplicación en un helicóptero coaxial en miniatura. Para ello, se parte de un sistema de control en cascada compuesto por un control de trayectoria, un control de velocidad y un control de actitud, y del cual ya se ha validado su funcionamiento de forma experimental. Este control, resultado de otro proyecto, muestra un correcto comportamiento respecto a sus especificaciones, pero demuestra una respuesta mejorable en el control de las velocidades. Por ello, en este artículo se muestran los resultados obtenidos al substituir este controlador, el cual anteriormente estaba implementado con un conjunto de controladores de tipo Proporcional- Derivativo, por un controlador inteligente de tipo Fuzzy. Los resultados muestran un comportamiento algo más rápido y más suave, por lo tanto se consigue mejorar el controlador de velocidad anterior.

El objetivo de este trabajo es el de estudiar el comportamiento de un controlador Fuzzy en el control de las velocidades lineales de un vehículo aéreo no tripulado, en el caso concreto de aplicación en un helicóptero coaxial en miniatura. Para ello, se parte de un sistema de control en cascada compuesto por un control de trayectoria, un control de velocidad y un control de actitud, y del cual ya se validado su funcionamiento de forma experimental. Este control, resultado de otro proyecto, muestra un correcto comportamiento respecto a sus especificaciones, pero demuestra una respuesta mejorable en el control de las velocidades. Por ello, en este artículo se muestran los resultados obtenidos al substituir este controlador, el cual anteriormente estaba implementado con un conjunto de controladores de tipo Proporcional-Derivativo, por un controlador inteligente de tipo Fuzzy. Los resultados muestran un comportamiento algo más rápido y más suave, por lo tanto se consigue mejorar el controlador de velocidad anterior., Peer Reviewed, Postprint (published version)

Este documento resalta información relacionada al modelamiento y simulación de un sistema de control para un proceso industrial (el tope de una torre de destilación que tiene como producto final kerosene). Modelamiento de válvula de control, diseño de convertidores y transductores de señales eléctricas. También se observa el manejo de ecuaciones en términos de Laplace para la simulación en el software Simulink y desarrollo del control en cascada utilizando el toolbox “PID tuner”.

This article describes the development of a flow and level cascade control by diffuse methods, evaluating the Mamdami and Takagi-Sugeno control algorithms. They were implemented in the system for the ethanol manufacture. The algorithms were simulated with MATLAB 5.3 and developed in the graphical programming environment of LabVIEW 7.1, National Instruments., Este artículo describe el desarrollo de un control en cascada de flujo y nivel por métodos de lógica difusa, evaluando los algoritmos de control Mamdani y Takagi-Sugeno implementados en un sistema de mosto para la fabricación de etanol. Los algoritmos de control fueron previamente simulados en MATLAB y desarrollados en la plataforma de programación gráfica de LabVIEW 7.1 de National Instruments.