Maestría en Automatización y Sistemas de Control

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Modelación matemática y simulación 3D de la navegación autónoma y tele operación para un vehículo submarino no tripulado
(Universidad Técnica de Ambato. Facultad de Ingeniería en Sistemas, Electrónica e Industrial. Maestría en Automatización y Sistemas de Control, 2018) Núñez Cuesta, Leandro Tomás; Encalada Ruiz, Patricio Germán
Con el creciente desarrollo de la investigación a nivel nacional e internacional en el ámbito de los sistemas de control y la robótica, el desarrollo de modelos de matemáticos y la implementación de simuladores se convierten en herramientas de importancia y útiles para contribuir en las bases sólidas de nuevos resultados de investigación. La robótica presenta un campo muy diversificado, sobre todo en el campo de la robótica móvil, donde se tiene tres medios para la locomoción, siendo el medio acuático una de las áreas menos explorada en investigación, lo que se debe a las dificultades que presenta trabajar con este tipo de robots y lo complejo de su conducta, para lo cual se requieren modelos matemáticos que consideren los factores propios del sistema y que sean simulados en ambientes virtuales. Este trabajo de graduación presenta la modelación matemática de un submarino de dos grados de libertad, donde se determinar en primera instancia la cinemática del vehículo subacuático y luego se deduce un modelo dinámico que interprete su comportamiento considerando los factores internos y externos al submarino, además, se incluye un modelo probabilístico de la comunicación que determina los retardos de comunicación entre el sitio local en la superficie y el sitio remoto en el área subacuática. Los modelos matemáticos encontrados se utilizan para diseñar controladores con dos objetivos primordiales, la navegación autónoma y la tele-operación del submarino, para cual se desarrollar un control de posición mediante la cinemática inversa del robot submarino y un controlador PID para regular las velocidades del vehículo subacuático. Para este último controlador se obtienen las constantes proporcional, integral y derivativa mediante sintonización por el método de Ziegler y Nichols. Adicional, se implementa un entorno de simulación virtual en 3D en el software de simulación V-Rep, en el cual se construye el ambiente subacuático y el modelo del submarino de dos grados de libertad, este simulador está conectado a Matlab para resolver los modelos matemático y generar las acciones de control que rigen el comportamiento del simulador. Finalmente, se concluye con pruebas de simulación de los sistemas de navegación autónoma y tele-operación del vehículo submarino no tripulado, observando el correcto funcionamiento de todos los elementos diseñados en este trabajo de investigación.
Navegación autónoma de un robot móvil omnidireccional en trayectorias predeterminadas con evitación de obstáculos
(Universidad Técnica de Ambato. Facultad de Ingeniería en Sistemas, Electrónica e Industrial. Maestría en Automatización y Sistemas de Control, 2019) Álvarez Tobar, Santiago Javier; Encalada Ruiz, Patricio Germán
La navegación de robots hoy en día a evolucionado con propósitos de colaboración y de trabajo en diferentes espacios, haciendo uso sus modelos cinemáticos e incluso de modelos dinámicos para perfeccionar la tarea a realizar por un robot. Un robot móvil con capacidad de moverse en un lugar cumpliendo una trayectoria predefinida es muy útil para transportar objetos de un lugar hacia otro, incluyendo en este una capacidad de no colisionar con objetos en el espacio a desplazarse, logrando de esta forma llegar a la meta sin problema alguno. Es tanto el avance de la tecnología que se pude desarrollar prototipos no tan complejos de sistemas robóticos, para realizar tareas necesarias y cotidianas por las personas, con tan solo saber que dispositivos usar y de qué forma implementarlos, basándose en leyes matemáticos o algoritmos de control se puede comandar cualquier tipo de robot ya sea móvil terrestre, aéreo o acuático; dentro del campo investigativo se estudia múltiples algoritmos de control para sistemas no lineales con los cuales se pude obtener controladores que permitan emplearse para el funcionamiento adecuado, es así que se han creado controladores desde los más simples como un control PID hasta un control avanzado como controladores predicativos, entre otros. En esta propuesta de trabajo de titulación se presentará el desarrollo de un robot tipo omnidireccional, realizando un estudio mecánico para definir la manera adecuada de construcción en cuanto a materiales mecánicos y electrónicos y además que configuración implementar con el uso de ruedas Mecanum que nos permiten desplazar en cualquier dirección. Para lograr realizar un control autónomo se ejecuta un control interno en el robot para compensar la dinámica y por medio de un control basado en el modelo cinemático del robot emplear un control autónomo para que logre desplazarse por un perfil predefinido. Con el propósito de que el robot no colisione se incorpora un sensor Laser que permite obtener información del entorno en el que se está desplazando el robot. Para validar el modelo cinemático, el algoritmo de navegación autónoma y la construcción del robot se realiza pruebas experimentales del robot con diferentes perfiles predefinidos, observando cual es el comportamiento del robot y como lo errores tienden a ser cero según trascurra el tiempo de ejecución.
Sistema de control para la sincronización de velocidad en el proceso de solidificación continua del acero en la planta de acería de la empresa Novacero S.A.
(Universidad Técnica de Ambato. Facultad de Ingeniería en Sistemas, Electrónica e Industrial. Maestría en Automatización y Sistemas de Control, 2019) Espinosa Padilla, Albaro Trajano; Encalada Ruiz, Patricio Germán
En la actualidad la tecnología está desarrollándose en todos los ámbitos de nuestras vidas, aún más en todos los procesos productivos, siempre buscando el mejoramiento de la calidad, tiempos de producción y seguridad ocupacional. El proceso de solidificación continua del acero que se realiza en la empresa Novacero S.A. hasta antes de ejecutar esta propuesta no tenía una automatización adecuada a su proceso, por este motivo se desarrolló la implementación de una nueva automatización ajustada a al tipo de máquina de la que se dispone. En primer lugar, se determinaron las ecuaciones para la sincronización de velocidades de la máquina y se realizó el estudio del negative strip time, luego se procedió a migrar de tecnología reemplazando los variadores de velocidad antiguos por una versión moderna que contemplaba el uso de redes industriales, en este caso comunicación profibus al igual que las tarjetas principales de las entradas y salidas remotas (RIOS). Con esto ahora se dispone de una red profibus antes se tenía una red mixta con profibus, modbus y ethernet. El siguiente paso fue la implementación de plc´s que reemplazan los servidores de soft plc y se realizó la programación de los mismos, al mismo tiempo se fue trabajando en el desarrollo de los hmi y finalmente con la integración del control automático de colado; con la ayuda de sistemas se implementa un servidor con todas las seguridades para poder ingresar tanto a los plc´s como a los hmi en tiempo real desde cualquier parte del mundo.