Artículos (Ingeniería de Sistemas y Automática)

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Mejora de la robustez de controladores LQG/LTR. Aplicación a un sistema multivariable
(Universidad Politécnica de Valencia (PoliPapers), 1995) López, Manuel J.; Rodríguez Rubio, Francisco; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática
En el presente artículo se realiza un estudio de métodos de diseño LTR, demostrándose su utilidad con la aplicación de un sistema multivariable. El planteamiento se realiza en el espacio de estados para el cálculo e implementación de los algoritmos de control, y un tratamiento en el dominio de la frecuencia para el análisis de robustez. Se describen diferentes técnicas de diseño que emplean una filosofía de síntesis similar, conocida como LTR. Para evaluar los controladores se proponen unos indicadores de robustez. Se realizan diferentes diseños para un sistema multivariable, comparando los resultados obtenidos entre el regulador LQC/LTR convencional y un controlador LTR con estructura no basada en observador. Por último, se propone un controlador para mejorar la robustez y aplicabilidad del controlador LQR/LTR convencional.
¿Es menester que los ingenieros filosofen?
(Universidad de Sevilla, 1999) Aracil Santonja, Javier; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática
Fuzzy path tracking and position estimation of autonomous vehicles using differential GPS
(2000) Rodríguez Castaño, Ángel; Heredia Benot, Guillermo; Ollero Baturone, Aníbal; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática; Universidad de Sevilla. TEP151: Robótica, Visión y Control
This paper presents an autonomous vehicle position estimation system based on GPS, that uses a fuzzy sensor fusion technique. A fuzzy path tracking algorithm is also proposed. Both systems have been implemented in the ROMEO-4R vehicle developed at the University of Seville.
Segmentation-based lossless compression of burn wound images
(Society of Photo-optical Instrumentation Engineers, 2001) Serrano Gotarredona, María del Carmen; Acha Piñero, Begoña; Rangayyan, Rangaraj M.; Roa Romero, Laura María; Universidad de Sevilla. Departamento de Teoría de la Señal y Comunicaciones; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática; Universidad de Sevilla. TIC203: Ingenieria Biomedica
Color images may be encoded by using a gray-scale image compression technique on each of the three color planes. Such an approach, however, does not take advantage of the correlation existing between the color planes. In this paper, a new segmentation-based lossless compression method is proposed for color images. The method exploits the correlation existing among the three color planes by treating each pixel as a vector of three components, performing region growing and difference operations using the vectors, and applying a color coordinate transformation. The method performed better than the Joint Photographic Experts Group (JPEG) standard by an average of 3.40 bits/pixel with a database including four natural color images of scenery, four images of burn wounds, and four fractal images, and it outperformed the Joint Bi-Level Image experts Group (JBIG) standard by an average of 3.01 bits/pixel. When applied to a database of 20 burn wound images, the 24 bits/pixel images were efficiently compressed to 4.79 bits/pixel, then requiring 4.16 bits/pixel less than JPEG and 5.41 bits/pixel less than JBIG.
An Evolutionary and Local Search Algorithm for Motion Planning of Two Manipulators
(Wiley, 2001) Ridao Carlini, Miguel Ángel; Camacho, Eduardo F.; Riquelme Santos, José Cristóbal; Toro Bonilla, Miguel; Universidad de Sevilla. Departamento de Lenguajes y Sistemas Informáticos; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática
A method for obtaining coordinated motion plans of robot manipulators is presented. A decoupled planning approach has been used; that is, the problem has been decomposed into two subproblems: path planning, where a collision-free path is found for each robot independently only considering fixed obstacles, and trajectory planning, where the paths are timed and synchronized to avoid collisions with other robots. This article focuses on the second problem. The proposed plan can easily be implemented by programs written in most industrial robot programming languages. The generated programs minimize the total motion time of the robots along their paths. The method does not require accurate dynamic models of the robots and uses an evolutionary algorithm followed by a local search which produces near optimal solutions with a relatively small computational cost.
Dead-time compensation for ABR traffic control over ATM networks
(Elsevier, 2002) Gómez Stern, F.; Fornés, J.M.; Rodríguez Rubio, Francisco; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática
This paper presents a rate-based controller for throttling available bit rate (ABR) input rates in high speed asynchronous transfer mode (ATM) networks with significant propagation delays. First, a Smith predictor based controller is analyzed in terms of performance and stability. Saturation issues are handled with anti-windup techniques. Performance is improved by means of the feedback of an estimate of the ABR disturbance. This reduces the average queue level, guaranteeing the shortest delays possible while keeping the channel fully occupied. Finally, sensitivity to delay estimation errors is analyzed, and the limitations of the proposed controller are discussed.
Very high-energy γ-ray observations of the Crab nebula and other potential sources with the GRAAL experiment
(Elsevier, 2002) Arqueros, Fernando; Ballestrín, Jesús; Berenguel, Manuel; Borque, D.M.; Camacho, Eduardo F.; Díaz, M.; Gebauer, H.-J.; Enríquez, R.; Plaga, R.; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática
The “γ-ray astronomy at Almeria” (GRAAL) experiment uses 63 heliostat-mirrors with a total mirror area of ≈2500 m2 from the CESA-1 field at the “Plataforma Solar de Almeria” to collect Cherenkov light from air showers. The detector is located in a central solar tower and detects photon-induced showers with an energy threshold of 250±110 GeV and an asymptotic effective detection area of about 15 000 m2. A comparison between the results of detailed Monte-Carlo simulations and data is presented. Data sets taken in the period September 1999–September 2000 in the direction of the Crab pulsar, the active galaxy 3C 454.3, the unidentified γ-ray source 3EG J1835+59 and a “pseudosource” were analyzed for high energy γ-ray emission. Evidence for a γ-ray flux from the Crab pulsar with an integral flux of 2.2±0.4 above threshold and a significance of 4.5σ in a total measuring time of 7 h and 10 min on source was found. No evidence for emission from the other sources was found. Some difficulties with the use of heliostat fields for γ-ray astronomy are pointed out. In particular the effect of field-of-view restricted to the central part of a detected air shower on the lateral distribution and timing properties of Cherenkov light are discussed. Upon restriction the spread of the timing front of proton-induced showers sharply decreases and the reconstructed direction becomes biased towards the pointing direction. This is shown to make efficient γ-hadron separation difficult.
Ingeniería de control
(Órgano Oficial de Ciencia y Tecnología de la Federación de Asociaciones de Ingenieros Industriales, 2002) Rodríguez Rubio, Francisco; Morilla García, Fernando; Ortega Linares, Manuel Gil; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática
Hoy en día el control está involucrado prácticamente en todo sistema de uso cotidiano. Todo proceso necesita un funcionamiento cada vez más autónomo y por ello la Ingeniería de Control juega un papel crucial para conseguir máquinas que funcionen solas. En los siguientes apartados se realiza una introducción de los conceptos básicos, presentando mediante ejemplos algunos de los campos de actuación de la Ingeniería de Control e una manera intuitiva, se concibe la Ingeniería de Control como la rama de la técnica que tiene por objeto concebir ingenios que funcionen autónomamente, es decir, y hablando llanamente, que funcionen solos. El problema de controlar el funcionamiento de un proceso, sea la fabricación de una forma de representación de dicho sistema que permite su estudio, así como el análisis y diseño de las posibilidades de control que pueden aplicarse. El Control Automático aparece históricamente ligado al principio de la realimentación. Desde un punto de vista general, cabe decir que los sistemas con realimentación son aquéllos en los que, sí la acción que se lleva a efecto persigue una determinada meta, es la diferencia entre las cotas alcanzadas en esta meta y ella misma, la que determina las acciones posteriores. Este tipo de actuaciones son las que se denominan control en bucle cerrado o control por realimentación. En palabras de Norbert Wiener, "realimentación es un método de controlar un sistema reinsertando en él los resultados de su comportamiento anterior': Dicho concepto un producto, un avión en vuelo, una máquina funcionando, etc. queda reducido al de la toma de decisión de la secuencia de valores que deben tomar las señales de mando del mismo. Al existir distintas opciones respecto a la acción a tomar para gobernar el proceso, para realizar la elección conveniente de la señal de entrada es necesario que se sepa predecir qué resultados se obtendrán de cada una de las posibles acciones, con el fin de escoger la señal de entrada a la que corresponda un resultado apetecido. Dicha predicción requiere un conocimiento adecuado de las relaciones existentes entre las posibles acciones a tomar sobre el Proceso T,(t} (Temperatura de entrada) Corriente de Proceso T,(t) (Temperatura de entrada ) sistema y los resultados que determinarán cada una de ellas. Esto es lo que se conoce como un modelo matemático del proceso y está constituido por las relaciones formales que ligan a las señales de entrada y de salida del sistema. Por lo tanto, el modelo matemático del sistema es una forma de representación de dicho sistema que permite su estudio, así como el análisis y diseño de las posibilidades de control que pueden aplicarse. El Control Automático aparece históricamente ligado al principio de la realimentación. Desde un punto de vista general, cabe decir que los sistemas con realimentación son aquéllos en los que, sí la acción que se lleva a efecto persigue una determinada meta, es la diferencia entre las cotas alcanzadas en esta meta y ella misma, la que determina las acciones posteriores. Este tipo de actuaciones son las que se denominan control en bucle cerrado o control por realimentación. En palabras de Norbert Wiener, "realimentación es un método de controlar un sistema reinsertando en él los resultados de su comportamiento anterior': Dicho concepto es abstracto y puede utilizarse en sistemas físicos (mecánicos, hidráulicos, eléctricos, etc.) así como en otros campos ajenos a la Ingeniería.
Implementation of min–max MPC using hinging hyperplanes. Application to a heat exchanger
(Elsevier, 2004) Rodríguez Ramírez, Daniel; Camacho, Eduardo F.; Arahal, Manuel R.; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática
Min–max model predictive control (MMMPC) is one of the few control techniques able to cope with modelling errors or uncertainties in an explicit manner. The implementation of MMMPC suffers a large computational burden due to the numerical min–max problem that has to be solved at every sampling time. This fact severely limits the range of processes to which this control structure can be applied. An implementation scheme based on hinging hyperplanes that overcome these problems is presented here. Experimental results obtained when applying the controller to the heat exchanger of a pilot plant are given.
Control de plantas solares con generación automática de consignas
(Universidad Politécnica de Valencia (PoliPapers) [Editorial Universitaria], 2004) Cirre, Cristina M.; Valenzuela, Loreto; Berenguel Soria, Manuel; Camacho, Eduardo F.; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática
En este trabajo se muestran los resultados de operación de un campo de colectores solares del tipo cilindro parabólico de forma automática con una estructura de control por adelanto en paralelo con un controlador tipo I-PD que incorpora como principal novedad un sistema de generación automática de consignas. El objetivo de control para este sistema es mantener la temperatura del fluido a la salida del campo a un valor establecido, compensando las perturbaciones a las que está sometida la planta con dinámica fuertemente no lineal.
Automatic design of fuzzy controllers for car-like autonomous robots
(Institute of Electrical and Electronics Engineers, 2004) Baturone Castillo, María Iluminada; Moreno Velo, Francisco José; Sánchez Solano, Santiago; Ollero Baturone, Aníbal; Universidad de Sevilla. Departamento de Electrónica y Electromagnetismo; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática
Control predictivo: pasado, presente y futuro
(Universidad Politécnica de Valencia, 2004) Camacho, Eduardo F.; Bordons Alba, Carlos; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática
El control predictivo basado en modelo (Model Predictive Control, PC se ha desarrollado considerablemente en las últimas décadas tanto en la industria como en la comunidad de investigación. Este éxito se debe a que el Control Predictivo basado en Modelo es quizás la forma más general de formular el problema de control en el dominio del tiempo. El control predictivo integra control óptimo, control de procesos con tiempos muertos, procesos multivariables y utiliza las referencias futuras cuando están disponibles. Al utilizar una estrategia con horizonte de control nito permite la consideración de restricciones y procesos no lineales. Este articulo describe el control predictivo y sus posibilidades y pretende actuar como motivación para su utilización.
Invariants sets for a class of discrete-time lur'e Systems
(Elsevier, 2005) Cepeda, A.; Alamo, Teodoro; Camacho, Eduardo F.; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática
We present a method to estimate the domain of attraction of a class of discrete-time Lur'e systems. A new notion of LNL-invariance, stronger than the traditional invariance concept, is introduced. An algorithm to determinate the largest LNL-invariant set for this class of systems is proposed. Moreover, it is proven that the LNL-invariant sets provided by this algorithm are polyhedral convex sets and constitute an estimation of the domain of attraction of the non-linear system.
Robust MPC of constrained nonlinear systems based on interval arithmetic
(Institution of Engineering and Technology (IET), 2005) Limón Marruedo, Daniel; Bravo, J.M.; Alamo, Teodoro; Camacho, Eduardo F.; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática; DPI-2002-4375-C02-01
A robust MPC for constrained discrete-time nonlinear systems with additive uncertainties is presented. The proposed controller is based on the concept of reachable sets, that is, the sets that contain the predicted evolution of the uncertain system for all possible uncertainties. If processes are nonlinear these sets are very difficult to compute. A conservative approximation based on interval arithmetic is proposed for the online computation of these sets. This technique provides good results with a computational effort only slightly greater than the one corresponding to the nominal prediction. These sets are incorporated into the MPC formulation to achieve robust stability. By choosing a robust positively invariant set as a terminal constraint, a robustly stabilising controller is obtained. Stability is guaranteed in the case of suboptimality of the computed solution. The proposed controller is applied to a continuous stirred tank reactor with an exothermic reaction.
Improved MPC Design based on Saturating Control Laws
(Elsevier, 2005) Limón Marruedo, Daniel; Gomesda Silva, J.M.; Alamo, Teodoro; Camacho, Eduardo F.; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática
This paper is concerned with the design of stabilizing model predictive control (MPC) laws for constrained linear systems. This is achieved by obtaining a suitable terminal cost and terminal constraint using a saturating control law as local controller. The system controlled by the saturating control law is modelled by a linear difference inclusion. Based on this, it is shown how to determine a Lyapunov function and a polyhedral invariant set which can be used as terminal cost and constraint. The obtained invariant set is potentially larger than the maximal invariant set for the unsaturated linear controller, O∞. Furthermore, considering these elements, a simple dual MPC strategy is proposed. This dual-mode controller guarantees the enlargement of the domain of attraction or, equivalently, the reduction of the prediction horizon for a given initial state. If the local control law is the saturating linear quadratic regulator (LQR) controller, then the proposed dual-mode MPC controller retains the local infinite-horizon optimality. Finally, an illustrative example is given.
El péndulo invertido: un desafío para el control no lineal
(Comité Español de Automática. CEA-IFAC, 2005) Aracil Santonja, Javier; Gordillo Álvarez, Francisco; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática; Universidad de Sevilla. TEP102: Ingeniería Automática y Robótica
En este artículo se presenta una revisión de algunos métodos de diseño y análisis de sistemas de control no lineales, empleando el péndulo invertido como sistema de referencia. En este ingenio se conjugan una sencilla estructura muy fácil de modelar matemáticamente, con una notable complejidad a la hora de diseñar su control. Además constituye un ejemplo notable de la doble problemática local y global en su comportamiento. Se revisan algunos controladores empleados convencionalmente y se propone una solución al problema del swing up con estabilización, para la que se emplean diferentes métodos, como el modelo de energía y el forwarding.
Combining Heuristics in Assembly Sequence Planning
(IOS Press, 2005) Valle Sevillano, Carmelo del; Camacho, Eduardo F.; Toro Bonilla, Miguel; Martínez Gasca, Rafael; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática; Universidad de Sevilla. Departamento de Lenguajes y Sistemas Informáticos
Assembly Sequence Planning is tackled by modelling and solving a planning problem that considers the execution of the plan in a system with multiple assembly machines. The objective of the plan is the minimization of the total assembly time (makespan). To meet this objective, the model takes into account the durations and resources for the assembly tasks, the change of configuration in the machines, and the transportation of intermediate subassemblies between different workstations. In order to solve the problem, different heuristics has been defined from two relaxed model of it, one considering only the precedence constraints among tasks, and the other one considering only the use of shared resources. From these basic heuristics, other ones have been defined, combining both types of information from the problem, so that the refinement produces substantial improvements over the initial heuristics.
Enlarging the domain of attraction of MPC controllers
(Elsevier, 2005) Limón Marruedo, Daniel; Alamo, Teodoro; Camacho, Eduardo F.; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática
This paper presents a method for enlarging the domain of attraction of nonlinear model predictive control (MPC). The usual way of guaranteeing stability of nonlinear MPC is to add a terminal constraint and a terminal cost to the optimization problem such that the terminal region is a positively invariant set for the system and the terminal cost is an associated Lyapunov function. The domain of attraction of the controller depends on the size of the terminal region and the control horizon. By increasing the control horizon, the domain of attraction is enlarged but at the expense of a greater computational burden, while increasing the terminal region produces an enlargement without an extra cost. In this paper, the MPC formulation with terminal cost and constraint is modified, replacing the terminal constraint by a contractive terminal constraint. This constraint is given by a sequence of sets computed off-line that is based on the positively invariant set. Each set of this sequence does not need to be an invariant set and can be computed by a procedure which provides an inner approximation to the one-step set. This property allows us to use one-step approximations with a trade off between accuracy and computational burden for the computation of the sequence. This strategy guarantees closed loop-stability ensuring the enlargement of the domain of attraction and the local optimality of the controller. Moreover, this idea can be directly translated to robust MPC.
A new concept of invariance for saturated systems
(Elsevier, 2005) Alamo, Teodoro; Cepeda Caballos, Alfonso; Limón Marruedo, Daniel; Camacho, Eduardo F.; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática
In this paper, a new concept of invariance for saturated linear systems is presented. This new notion of invariance, denoted SNS-invariance, has a number of geometrical properties that makes its use suitable for the estimation of the domain of attraction of saturated systems. The notion of SNS-domain of attraction, that serves as an estimation of the domain of attraction of a saturated system, is introduced. It is shown that, in case of single input saturated systems, any contractive set is contained in the SNS-domain of attraction. A simple algorithm that converges to the SNS-domain of attraction is presented. Some illustrative examples are given.
On the computation of invariant sets for constrained nonlinear systems: An interval arithmetic approach
(Elsevier, 2005) Bravo Caro, José Manuel; Limón Marruedo, Daniel; Alamo, Teodoro; Camacho, Eduardo F.; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática
This paper deals with the computation of control invariant sets for constrained nonlinear systems. The proposed approach is based on the computation of an inner approximation of the one step set, that is, the set of states that can be steered to a given target set by an admissible control action. Based on this procedure, control invariant sets can be computed by recursion. We present a method for the computation of the one-step set using interval arithmetic. The proposed specialized branch and bound algorithm provides an inner approximation with a given bound of the error; this makes it possible to achieve a trade off between accuracy of the computed set and computational burden. Furthermore an algorithm to approximate the one step set by an inner bounded polyhedron is also presented; this allows us to relax the complexity of the obtained set, and to make easier the recursion and storage of the sets.

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