Browsing by Subject "Control automático"
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- PublicationOpen AccessAceleración de algoritmos intervalares de ajuste automático del lazo en QFT(Universidad de Murcia, 2022-07-19) Martínez Forte, Isaac; Cervera López, Joaquín; Escuela Internacional de DoctoradoEn este trabajo se aborda la aceleración de algoritmos del tipo búsqueda global intervalar que tienen por objetivo la resolución, de forma automática, del problema del ajuste del lazo en QFT. Esta técnica de diseño de controladores robustos en el dominio de la frecuencia se plantea como una sucesión de etapas. En cada una de ellas se genera la información necesaria para la siguiente, culminando todo este proceso en la fase más importante, el ajuste del lazo, donde se genera el controlador. Disponer de algoritmos que puedan resolver de forma automática, sin intervención del usuario, el ajuste del lazo en QFT no es una tarea sencilla. Dado que constituye un problema de optimización no lineal y no convexo, las soluciones algorítmicas que se le pueden aplicar tienen dificultades inherentes de difícil solución. A lo largo de la historia se han planteado diferentes propuestas para dar respuesta a esta necesidad, pero hasta ahora no se ha conseguido ninguna solución satisfactoria. Dada la complejidad del proceso, se ha afrontado el problema desde diversas ópticas. Una aproximación interesante son los algoritmos de búsqueda global intervalar. Este tipo de propuestas buscan asegurar el óptimo en la solución utilizando aritmética intervalar, pero tienen la problemática de que, al ser una búsqueda global, tienen un coste computacional muy alto, y con ello, lleva a una curva exponencial del tiempo de ejecución conforme el tamaño del problema aumenta.\ Este trabajo se ha centrado en analizar con detenimiento los algoritmos de este tipo, focalizando el esfuerzo en comprender donde existen más posibilidades de mejora. Una vez concluida esta tarea, se ha trabajado en el planteamiento de alternativas que mejoren las propuestas existentes, culminando en una serie de novedosas estrategias que tienen por objetivo reducir el coste computacional y el tiempo de ejecución. Un primer grupo de estrategias tienen la finalidad de acotar el espacio de búsqueda del algoritmo, y su objetivo es detectar tanto el subrango viable como inviable de cada una de las variables del controlador, utilizando la fase y la magnitud en el plano de Nichols. De esta forma, por un lado se consigue eliminar los subrangos identificados como inviables, y por otro lado, encontrar soluciones en el subrango viable. Dentro de este mismo grupo, se plantea una estrategia que busca encontrar soluciones al problema de forma rápida, su funcionamiento es similar a las acotaciones descritas, pero tiene la capacidad de encontrar mejores soluciones, que podrán ser utilizadas para realizar podas en nodos poco prometedores. Un segundo grupo tienen un carácter más transversal. La primera de ellas contiene varias opciones para realizar la bisección del nodo. Como opción principal se propone una bisección avanzada que utiliza la información generada del nodo actual para tomar la mejor decisión posible. Complementado a ésta, se plantean tres opciones más básicas, realizar la bisección por la variable que más influye en el área, por la que más influye en la magnitud o por la que más influye en la fase, todas ellas en el plano de Nichols, según convenga en cada momento. A continuación, se plantea una segunda estrategia que está centrada en adaptar el funcionamiento del algoritmo a la situación en la que se encuentre a lo largo de su ejecución, es decir, modifica el comportamiento del resto de estrategias y las adapta a las circunstancias concretas del algoritmo en ese momento consiguiendo, de esta forma, mejorar las prestaciones de todas las estrategias desarrolladas. Para terminar, esta tesis propone un nuevo algoritmo de ajuste automático del lazo en QFT del tipo búsqueda global intervalar que engloba todas estas estrategias propuestas. Dicho algoritmo logra reducir el coste computacional de manera importante con respecto a las soluciones previas y, de esta forma, consigue una mejora en el tiempo de ejecución de dos órdenes de magnitud para controladores típicos.
- PublicationMetadata onlyAjuste automático de contoladores en QFT mediante estructura fraccionales / Joaquín Cervera López; director, Alfonso Baños Torrico(Murcia : Universidad de Murcia, Departamento de Infórmatica y Sistemas,, 2006) Cervera López, Joaquín
- PublicationOpen AccessAnalyis and design of reset control systems(2015-10-20) Davó Navarro, Miguel Ángel; Baños Torrico, Alfonso; Facultad de InformáticaEsta tesis se enmarca principalmente en el área de los sistemas de control reseteados, los cuales surgen hacen 60 años con el claro objetivo de superar las limitaciones fundamentales de los compensadores lineales. En los últimos años una multitud de trabajos han mostrado los potenciales beneficios de la compensación mediante acciones de reset. Sin embargo, solo unos pocos trabajos abordan dos de las limitaciones mas comunes en las aplicaciones de control de procesos como es el retardo y la saturación. Es bien conocido que dichas limitaciones pueden producir el deterioro del rendimiento, pudiendo llegar a la inestabilidad el sistema de control. Por lo tanto, el objetivo principal de la tesis es el estudio de la estabilidad de los sistemas control reseteados en presencia de dichas limitaciones. En primer lugar se ha llevado a cabo un análisis de la estabilidad de los sistemas de control reseteados con retardo. Para ello se han desarrollado criterios de estabilidad para sistemas impulsivos con retardo, basados en el método de Lyapunov-Krasovskii. Por una parte se consideran sistemas impulsivos con ley de reset dependiente del estado. La aplicación de los criterios de estabilidad obtenidos a los sistemas de control reseteados con retardo suponen una clara mejora con respecto a los resultados previos, garantizando la estabilidad del sistema para retardos mas grandes. Por otro lado, con el objetivo de superar las limitaciones del sistema base, se contempla la estabilización de sistemas impulsivos mediante condiciones temporales en los intervalos de reset. Como resultado se obtienen criterios de estabilidad para sistemas impulsivos con retardo, y en particular sistemas de control reseteados, cuyo sistema base es inestable. Finalmente, el nuevo criterio es utilizado para establecer condiciones de estabilidad en sistemas de control reseteados compuestos por un compensador proporcional-integral mas un integrador de Clegg (PI+CI). Por otra parte, se realiza un análisis de la estabilidad de los sistemas de control reseteados en presencia de saturación a la entrada de la planta. En particular, se desarrolla un método para la obtención de una aproximación de la región de atracción, basado en una representación del comportamiento del sistema de control mediante politopos y grafos dirigidos. La principal ventaja del método propuesto es que la aproximación obtenida puede ser no-convexa e infinita. Por lo tanto, como se ilustra en varios ejemplos, la estimación de la región de atracción es considerablemente mayor que la estimación obtenida con los resultados previos. Desde el punto de vista practico, se considera la utilización del compensador PI+CI. Para este compensador se estudian las diferentes mejoras de diseño propuestas en la literatura, y se proponen nuevas modificaciones con el objetivo de mejorar el rendimiento del sistema de control en aplicaciones reales. Por otra parte, se desarrolla un método sistemático para el diseño del compensador PI+CI, basado en el análisis y optimización de la respuesta impulsional de un conjunto de sistemas lineales e invariantes en el tiempo. Como resultado se obtiene un conjunto de reglas de sintonización sencillas y aplicables a procesos modelados como sistemas de primer y segundo orden, e integradores con retardo. Finalmente, los beneficios del compensador PI+CI y del método de ajuste propuesto son comprobados sobre sistemas reales de control de procesos. En primer lugar, se realiza el control de un proceso de pH en linea, mostrando que las reglas de sintonía para procesos de primer y segundo orden pueden ser aplicadas a procesos mas complejos. En segundo lugar, se lleva a cabo el control de nivel de un tanque de agua. En ambos procesos, la utilización del compensador PI+CI conlleva una mejora del rendimiento en comparación a su homologo lineal PI. En particular, se obtiene una respuesta mas rápida con menor sobreimpulso y tiempo de establecimiento. Abstract PhD Thesis: Analysis and Design of Reset control Systems This thesis is focused on the field of reset control, which emerged more than 50 years ago with the main goal of overcoming the fundamental limitations of the linear compensators. In the last years, a multitude of works have shown the potential benefits of the reset compensation. Nevertheless, there are only a few works dealing with two of the most common limitations in industrial process control: the time-delay and the saturation. It is well-known that both limitations may lead into a detriment of the performance, and even the destabilization of the closed-loop system. Therefore, this thesis aim at analyzing the stability of the reset control systems under these limitations. First, in order to provide a solid mathematical foundation, the reset control systems are described by the framework of impulsive dynamical systems, then we have developed stability criteria for impulsive delay dynamical systems, based on the Lyapunov-Krasovskii method. The applicability of the results to time-delay reset control systems arises naturally, since they are a particular class of impulsive systems. We first focus our attention on impulsive delay systems with state-dependent resetting law. The application of the criteria to reset control systems supposes an improvement of the results in the literature, guaranteeing the stability of the systems for larger values of the time-delay. In addition, in order to overcome the limitations of the base system, we consider the stabilization of impulsive delay systems by imposing time-dependent conditions on the reset intervals. As a result, stability criterion is developed for impulsive systems, and in particular time-delay reset control systems, with unstable base system. Finally, the new criterion is used to establish conditions for the stability of a reset control system containing a proportional-integral plus Clegg integrator (PI+CI) compensator. On the other hand, we study the stability of the reset control systems in presence of plant input saturation. In particular, we propose a method to obtain an approximation of the region of attraction based on a representation of the behavior of the reset control system by polytopes and directed graphs. The main advantage of the proposed procedure is that the approximation of the region of attraction is not necessarily neither convex nor finite. Therefore, as it is illustrated by several examples, the provided region of attraction estimate is considerably greater than the estimation obtained by the previous results. From the application point of view, it is considered the PI+CI compensator. We study several modifications of the compensator which are proposed in the literature, for instance variable band resetting law and variable reset ratio. In addition, we propound new design improvements such as switching reset ratio, in order to enhance the performance in real applications. On the other hand, it is developed a systematic method for PI+CI tuning, based on the analysis and optimization of the impulse response of a set of linear and time invariant systems. Therefore, simple tuning rules have been developed for processes modeled by first and second order systems, and integrator plus dead time systems. Finally, the superior performance of the PI+CI compensator with the proposed tuning method is shown in real experiments of process control. First, the control of an in-line pH process is performed, showing that the tuning rules for first and second order systems can be applied to more complex processes. Second, we accomplish the control of water level in a tank. In both cases, the PI+CI supposes an improvement of the performance in comparison to its linear counterpart PI. In particular, the reset compensation provides a faster response with smaller overshoot and settling time.
- PublicationMetadata onlyEstabilidad de sistemas de control reseteado / Joaquín Carrasco Gómez ; dirigida por: Alfonso Baños Torrico, Aurelio Arenas Dalla-Vecchia.(Murcia : Universidad de Murcia, Departamento de Informática y Sistemas,, 2009) Carrasco Gómez, Joaquín
- PublicationOpen AccessParalelización de algoritmos QFT mediante OpenMP y CUDA(2018-10-03) Martínez Forte, Isaac; Cervera López, Joaquín; InformáticaEn este trabajo se aborda la optimización y paralelización de distintos algoritmos relacionados con la técnica de control robusto QFT. Los algoritmos estudiados corresponden a las primeras fases de diseño QFT, concretamente un algoritmo de cálculo de plantillas, un algoritmo de cálculo del contorno de las plantillas y un algoritmo de cálculo de fronteras.
- PublicationOpen AccessQFTbx, herramienta de diseño QFT: especificación de requisitos y prototipado(2018-10-03) Martínez Forte, Isaac; Cervera López, Joaquín; InformáticaEn este trabajo se aborda la creación de un prototipo software que reúna las distintas investigaciones realizadas sobre la técnica de diseño de controladores robustos QFT en el Grupo de Investigación Informática Industrial, con la pretensi´on de que pueda incluir más adelante investigaciones de ámbitos más amplios, bajo una implementación libre y abierta.
- PublicationOpen AccessSistemas de control reseteado discretos : aplicaciones a control en red(2013-01-17) Pérez Rubio, Félix; Baños Torrico, Alfonso; Cervera López, Joaquín; Departamentos y Servicios::Departamentos de la UMU::Informática y SistemasEsta tesis presenta un estudio de los sistemas de control reseteados en tiempo discreto y su aplicación a los sistemas de control en red. Se da una formulación formal que es coherente con las formulaciones de sistemas de control reseteados continuos. Para ello se emplean elementos de sistemas impulsivos y sistemas conmutados. En este trabajo se aborda la estabilidad de los sistemas reseteados en tiempo discreto empleando técnicas de regularización temporal y también técnicas de análisis de parámetros lineales variables temporalmente. Se emplean controladores reseteados en sistemas de control en red para intentar compensar los efectos negativos que introduce la presencia de la red. Se comprueba que los controladores reseteados, bien sintonizados, pueden contribuir mejorar las prestaciones de los sistemas de control en red. También se han aplicado los resultados obtenidos a dos casos prácticos donde se observa cómo los controladores reseteados pueden superar las limitaciones de los controladores lineales. RESUMEN INGLÉS: This work presents a study of discrete time reset control systems and its application to networked control systems. It gives a formal formulation that is consistent with the formulation of continuous time reset control systems. This is done by using elements of switched and impulsive control theory. This work addresses the stability of discrete time reset control systems employing discrete time version of temporal regularization technique and linear varying parameters analysis. Reset controllers are applied to networked control systems to try to offset the negative effects introduced by the presence of the network, such as the induced delay and packet loss. It can be seen how a well tuned reset controller, can improve the performance of networked linear control systems. The results obtained have been applied into two practical cases where it can be seen how the reset controllers overcome the limitations of linear controllers.