Maestría en Ingeniería - Énfasis en Automática
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Publicación Acceso abierto Control of a battery charger/discharger based on the Sepic/Zeta topology for DC bus regulation(Universidad del Valle, 2023) Montenegro Oviedo, Jhoan Alejandro; Orozco Gutierrez, Martha Lucia; Ramos-Paja, Carlos Andres; Franco Mejia, EdinsonIn a dc microgrid that involve a battery storage system, the primary energy man-agement is performed by a battery charger/discharger based on a dc/dc power con-verter. Moreover, the battery charger/discharger is also used to regulate the voltaje of the dc bus. One of the challenges at the control level is to regulate the DC bus voltage under battery charge and discharge conditions, but also under different relations between the battery and bus voltages. For this reason, this research work proposes a battery charger/discharger based on the Sepic/Zeta converter and adaptive controllers, which provides bidirectional current flow, stable bus voltage and satisfactory electrical characteristics. The main advantage of the proposed control system is the capability to adapt the controller parameters to any operation condition, which provides a general solution to interface any battery to any bus voltage. In addition, three methods are proposed to adapt the controller parameters, and its performance is evaluated. This study is focused on the design procedure of both the power converter and the controller, where a detailed mathematical analysis is conducted to ensure the system performance and stability. Finally, the proposed solution is validated using an experimental prototype and a practical application case. Resumen es español: En una microrred de DC que involucra un sistema de almacenamiento basado en baterías, la gestión de la energía primaria es realizada por un cargador/descargador de baterías basado en un convertidor de potencia DC/DC. El cargador/descargador de baterías también se utiliza para regular el voltaje del bus de DC. Uno de los desafíos a nivel de control es regular el voltaje del bus de DC en condiciones de carga y descarga de la batería, pero también bajo diferentes relaciones entre los voltajes de la batería y del bus. Por ello, en este trabajo de investigación se propone un cargador/descargador de baterías basado en el convertidor Sepic/Zeta y controladores adaptativos, que proporcionan flujo de corriente bidireccional, estabilidad del voltaje del bus y características eléctricas satisfactorias. La principal ventaja del sistema de control propuesto es la capacidad de adaptar los parámetros del controlador a cualquier condición de operación, lo que proporciona una solución general para interactuar cualquier batería con cualquier voltaje del bus. Se proponen tres métodos para adaptar los parámetros del controlador, y se evalúa su rendimiento. Este estudio se centra en el procedimiento de diseño tanto del convertidor de potencia como del controlador, donde se realiza un análisis matemático detallado para garantizar el rendimiento y la estabilidad del sistema. Finalmente, la solución propuesta se valida utilizando un prototipo experimental y un caso de aplicación practico.Publicación Acceso abierto Detección y autodiagnóstico de fallas en sistemas productivos(Universidad del Valle, 2014) Morales Domínguez, Ricardo; García Melo, José IsidroEn la actualidad, dadas las dinámicas de nuestra sociedad en el consumo de bienes y servicios, los sistemas productivos enfrentan grandes retos en términos de calidad, costos y eficiencia en e uso de los recursos para producirlos. En éste sentido, se hace necesario buscar mecanismos que permitan incrementar la confiabilidad de los sistemas de producción, reducir los tiempos de respuesta ante las fallas en los mismos y mitigar los impactos que estás fallas tienen sobre la calidad y el costo del producto/ Servicio.Publicación Acceso abierto Diseño de un sistema de almacenamiento de energía para la micro-red MredUV(Universidad del Valle, 2018) Armero Viveros, Juan Manuel; Ramirez-Scarpetta, Jose MiguelEste libro trata el diseño de un sistema de almacenamiento de energ ́ıa (SAE) para la micro-red eléctrica MredUV de la Universidad del Valle. El SAE se basa en una interfaz de potencia, la cual coordina dos convertidores eléctricos de potencia: 1. Convertidor de corriente continua a corriente continua bidireccional en medio puente para el control de tensión y corriente de carga del elemento de almacenamiento y regulación de la tensión continua de entrada del segundo convertidor en la descarga; 2. Convertidor de corriente alterna a corriente continua de cuatro cuadrantes trifásico para realizar el acople de tensiones y regulación de potencia del SAE con el bus de corriente alterna de la micro-red, mediante un control selectivo resonante de tensión y corriente de red. EL SAE tiene la capacidad de realizar un arranque en negro de la micro-red, participar en el compartimiento de carga mediante la estrategia de control de caída, compensar potencia del sistema por falta de generación, almacenar excedentes de generación y gestionar el estado de carga del elemento almacenador.Publicación Acceso abierto Diseño, implementación y análisis de eficiencia de topologías de interconexión de pilas de combustible con sistemas de auxiliares de almacenamiento de energía y cargas eléctricas.(2017-09-12) Sandoval Moreno, John Anderson; Quintero Calvache, Jorge Eliécer; Ramos Paja, Carlos AndrésEn el presente proyecto de investigación con características exploratorias debido al contexto social del país y la región, se abordó el diseño, implementación y análisis de eficiencia de las topologías básicas de interconexión (Serial y Paralela) empleadas en sistemas de generación de energía eléctrica basados en pilas de combustible, fuente de energía alternativa bastante prometedora hacia el futuro. El trabajo presenta un análisis del estado del arte de estas fuentes de energía alternativas, destacándose aspectos funcionales de las pilas de combustible. De igual manera, se realizó un análisis de la literatura, destacando el uso de las topologías (considerando como características potencia y aplicación) y la utilización de convertidores de potencia tipo DC/DC, para el acondicionamiento de potencias requerido en las topologías (considerando características como potencia, aplicación y complejidad). En la segunda parte del trabajo, se realiza un análisis completo de un sistema basado en pilas de combustible, que emplea como elemento auxiliar de almacenamiento de energía un banco de baterías y utiliza una carga resistiva con tensión de salida regulada. Debida a la limitada cantidad de recursos con los que se elaboró este proyecto, la pila de combustible fue remplazada por una fuente de DC de altas prestaciones. En este capítulo, se realiza el diseño de los convertidores de potencia (tipo Buck y Boost), sus respectivas tarjetas de control e instrumentos de medidas (tensiones y corrientes) de acuerdo a las condiciones de operación. Además, se presenta el desarrollo de controles de corriente que facilitan la controlabilidad y mejoran la robustez del sistema. El desempeño de estos controladores se evaluó en base a curvas de respuesta en frecuencia, comportamiento mediante simulación y experimentación. La tercera parte del trabajo profundiza en aspectos de análisis y diseño de estrategias de control y gestión de energía de las topologías de interconexión. En este capítulo se propone una estrategia de estimación de estado de carga para el elemento de almacenamiento auxiliar para fines de control de esta variable. A su vez, se proponen algunos cambios a los convertidores de potencia, con el fin de facilitar el desarrollo y mejorar la confiabilidad de las estrategias de control. Debido a estos elementos adicionales, para cada topología se realiza un análisis del sistema multivariable para establecer la dependencia de variables manipuladas y controladas de cada topología. Luego, se proponen las estrategias de control de cada topología (control de estado de carga, regulación de tensión de salida y limitación de slew rate de la corriente generada por la pila de combustible) en base a los resultados obtenidos del modelo multivariable. Finalmente, se analiza el desempeño de las topologías, mediante pruebas en simulación y en experimentación, donde se verificó el funcionamiento de cada una, habilitándolas para un estudio comparativo de eficiencias. En el cuarto capítulo se realiza un análisis de eficiencia de las topologías de interconexión, teniendo en cuenta características de un perfil de carga pulsante seleccionado; no obstante, los resultados obtenidos pueden extenderse a otras cargas (perfiles de conducción de automóviles, comportamientos de cargas industriales y residenciales, entre otras). Se realizó un análisis de flujos energéticos desde la pila de combustible y el sistema auxiliar para suplir una carga determinada y se obtuvo una expresión, donde es posible establecer qué topología tiene mayor eficiencia, ante un perfil de carga particular. Dicha expresión depende de las pérdidas de potencia de cada convertidor, las cuales varían de acuerdo al punto de trabajo. Por ello, para realizar el análisis de eficiencia, en caso de no disponer de mediciones confiables de energía generada por la pila de combustible, es posible emplear valores RMS de tensiones y corrientes para establecer qué topología muestra más eficiencia de acuerdo a la carga. De igual manera, se sugiere una metodología de simulación de las topologías en base a convertidores estáticos, con sus respectivas estrategias de control, con el fin de disponer de una herramienta para analizar la eficiencia de las topologías. Finalmente, se propone una estrategia de análisis, basada en resultados de simulación, para determinar qué topología debería emplearse de acuerdo al perfil de carga seleccionado. Los resultados de esta técnica propuesta se verificaron al comparar los resultados en simulación y en experimentación ante diversos perfiles de carga (diferentes magnitudes pico, frecuencias y ciclos de operación), con buenos resultados.Publicación Acceso abierto Diseño, simulación y control de un péndulo invertido doble lineal para el laboratorio de automática de la EIEE de Univalle [recurso electrónico](2017) Cortés Cardona, Gustavo Adolfo; Buitrago Molina, José TomasEn el siguiente trabajo de investigación, se analiza un sistema muy utilizado en ingeniería de control, por su alta no linealidad, el péndulo invertido, y en este caso, un péndulo invertido doble lineal o sobre un carro móvil, donde se realiza un prototipo virtual en 3D en el software CAD de SolidWorks, se hallan las ecuaciones que rigen el movimiento del sistema utilizando el Lagrangiano, obteniendo un sistema no lineal mediante las ecuaciones de Euler¿Lagrange, luego se prosigue a linealizar el modelo, consiguiendo un sistema lineal en espacio de estados alrededor de los valores de los estados en su posición invertida, a través de la matriz jacobiana, y se revisan características del sistema como estabilidad, controlabilidad y observabilidad. Teniendo el modelo linealizado, se procede luego a diseñar diferentes controladores por realimentación de estados, estimación de estados, y controladores óptimos como LQR, LQE (ó Filtro de Kalman) y LQG, para poder mantener el sistema de péndulo doble lineal en su posición invertida, para luego realizar la implementación de dichos controladores utilizando el toolbox SimuLink de MatLab, donde se pueden analizar y comprobar los resultados obtenidos por las diferentes estrategias y técnicas de control moderno empleadas.Publicación Acceso abierto Emulación de una columna de destilación binaria contínua [recurso electrónico](2015-01-13) Franco Ocampo, Diego FernandoEn este documento se presentan los resultados del trabajo de investigación de la emulación de una columna de destilación binaria continua, importante en los Procesos de enseñanza aprendizaje o para el desarrollo de investigaciones en control de proceso, lo cual permite la experimentación controlada sin disponer del sistema real. El desarrollo del emulador es realizado a partir del modelo de la columna en una plataforma de aplicación en tiempo real basada en LINUX compuesta por los proyectos RTAI, RTAI-Lab y RTAI-XML. Los resultados de las emulaciones son validados con los resultados de las simulaciones obtenidas en MATLAB. Finalmente, se presenta una propuesta metodológica para la emulación de columnas de destilación binaria continua.Publicación Acceso abierto Una estrategia de control basada en algoritmos de inteligencia de enjambres para el transporte cooperativo de carga usando un grupo de robots móviles.(2019-09-30) Ruiz Hidalgo, David Alejandro; Caicedo Bravo, Eduardo Francisco; Bacca Cortes, Eval BladimirLos escenarios de aplicación de la robótica han evolucionado enormemente en las últimas décadas; cada vez se desea llevar a cabo tareas más complejas que en muchas ocasiones requieren de la cooperación de múltiples robots. La cooperación de diferentes agentes robóticos toma gran importancia en aplicaciones como el transporte de carga, donde comúnmente existe la necesidad de mover elementos demasiado pesados o de geometría compleja, de tal manera que resultan imposibles de mover o manipular por un único individuo. Es ahí donde un grupo de robots móviles estaría en la capacidad de reunir fortalezas para desarrollar de forma cooperativa una tarea que de manera individual sería imposible realizar.Publicación Acceso abierto Pronóstico del índice estandarizado de precipitación (SPI) en la región de Nariño utilizando técnicas de inteligencia artificial(Universidad del Valle, 2023) Fernández Álvarez, Cristhian Eduardo; Alfonso-Morales, Wilfredo; Canchala Nastar, Teresita del RocioEn este trabajo de investigación se presenta un modelo computacional para el pronóstico del ́índice estandarizado de precipitación (SPI) en el departamento de Nariño. El modelo está conformado por las siguientes etapas: fuente de datos, metodología, modelo y finalmente el pronóstico del SPI. Para la etapa fuente de datos, se utilizó la base de datos satelital CHIRPS (Climate Hazards Group InfraRed Precipitation with Station data) y variables macro climáticas, de CHIRPS se extrajeron datos de precipitación mensual. Posteriormente en la etapa de metodología, se calculó el SPI para diferentes escalas temporales (1, 3, 6 y 12 meses); luego, se realizó una reducción de dimensionalidad empleando el método de análisis de componentes principales no lineales (ACPNL) en conjunto con un análisis de cluster, con la finalidad de encontrar regiones espaciales donde los datos SPI presentaran un comportamiento similar; determinando las regiones SPI similares, se realizó un análisis de correlación entre las regiones y los ́índices macro climáticos. Los ́índices que reportaron correlaciones altas fueron seleccionadas como variables predictoras del modelo de pronóstico, el modelo general, es la unión de cuatro modelos NNARMAX creados a partir de las regiones identificadas y la arquitectura ACPNL que dan como resultado el SPI pronosticado. El modelo general de pronóstico resulto en un modelo robusto con una ventana temporal de pronóstico de 6 meses, errores relativamente bajos de 0.13 (0.37) en el ECM, 0.85 (0.79) en el CPP y de 0.85 (0.78) en BICOR para la región Este (Oeste). El pronóstico del SPI permite evaluar la sequía meteorológica, como punto de partida en la implementación de estrategias de adaptación y mitigación a la variabilidad climática. La reducción de la vulnerabilidad a la sequía mediante la generación de nuevo conocimiento y construcción de herramientas interdisciplinarias se constituye como el principal aporte de esta investigación a la región.Publicación Acceso abierto Una propuesta para la rehabilitación de niños con lesión del miembro superior basada en un ambiente robótico lúdico(Universidad del Valle, 2017) Acevedo Londoño, Jairo Andres; Caicedo Bravo, Eduardo FranciscoEn éste trabajo se presenta una propuesta de apoyo a las terapias de rehabilitación de niños con lesión del miembro superior, basada en el desarrollo de un ambiente lúdico de asistencia tecnológica, cuyo objetivo es aportar al aumento del beneficio de las terapias del paciente de pediatría, en cuanto a la motivación por el proceso terapéutico y avance en el componente de rehabilitación físico.Publicación Acceso abierto Sistema de comunicaciones para una Microgrid de 5 Kw con arquitectura de control distribuido(Universidad del Valle, 2018) Guejia Burbano, Rudy Alexis; Orozco Gutierrez, Martha Lucia; Guerrero Moreno, Fabio GermánGeneralmente las fuentes de energía renovables (solar y eólica) tienen dependencia directa de factores climáticos y producen variaciones constantes, generando cambios en la operación normal de la microgrid. Así, se hace necesario la presencia de un sistema de comunicaciones que tenga la robustez suficiente para gestionar la información de cada elemento presente en el sistema y permita la operación normal de la microgrid ante los posibles disturbios que puedan entorpecer su funcionamiento, ya sea en las fuentes de generación, en los sistemas de gestión o de control. El presente trabajo está enmarcado dentro del proyecto "Micro-red UV" en el cual se construyó una microgrid (descrita en 3.1) que integra cuatro fuentes de energía; solar, eólica, sistema de baterías y un generador síncrono. Además de la inclusión de cargas lineales y no lineales. Para la correcta integración de las fuentes de energía se construyeron convertidores AC/DC, DC/DC según la necesidad. El aporte de este proyecto se enfoca en el sistema de comunicaciones necesario para la armonización en el funcionamiento del sistema general.Publicación Acceso abierto Sistema de ejecución de la manufactura (MES) en la línea de producción del equipo Prolog Factory según los estándares ISA-88/95(Universidad del Valle, 2022) Montaña Rojas, Julian; Orozco Gutierrez, Martha Lucia; Pinedo J, Carlos REn este trabajo se presenta la implementación de un sistema de ejecución de la producción (MES) para el sistema de fabricación PROLOG FACTORY, a partir de los modelos planteados por los estándares ANSI/ISA-88 y ANSI/ISA-95. La identificación de las necesidades que permitieron especificar los módulos de este sistema, fueron realizadas a partir de entrevistas, modelamiento y simulación del proceso con BPMN y la representación de estados de funcionamiento a partir de los modelos de la guía GEMMA. El sistema MES se desarrolló como una aplicación software compuesta por 9 interfaces principales para la interacción con los usuarios. Para poder desarrollar los módulos del sistema MES PROLOG, se generaron en primera instancia los requerimientos funcionales que debían cumplir las interfaces a partir del diagrama BPMN modelado, posteriormente, se genera los respectivos bocetos, casos de uso e implementación de las interfaces que se integran al proceso por medio de los datos entregados de manera manual por los diferentes actores que intervienen en la operación de la fábrica. Los datos ingresados al sistema deben ser almacenados y procesados para finalmente mostrar información útil sobre el proceso y así tomar decisiones oportunas, tal como es el objetivo de un MES. El sistema MES implementado fue validado funcionalmente mediante nueve pruebas de caja blanca que permitieron comprobar que la estructura interna de los códigos desarrollados en PHP y HTML cumplieron con los requerimientos funcionales planteados para cada interfaz.