El Grupo de Control Avanzado (GCA) es un grupo de investigación de
Los componentes son Licenciados en Ciencias
Físicas (Especialidad de Electrónica), Ingenieros en Electrónica, Licenciados
en Matemáticas y e Ingenieros Mecánicos. De los ocho miembros, siete de ellos
son Doctores y el uno está finalizando su tesis doctoral en el programa de
doctorado Comunicaciones, Electrónica y Control de
Dr. Oscar Barambones Caramanzana UPV/EHU
- Dpto. Ingeniería de sistemas y Automática (ISA) ( oscar.barambones@ehu.es )
Dr. Aitor J. Garrido Hernández UPV/EHU - Dpto. Ingeniería
de sistemas y Automática (ISA) ( aitor.garrido@ehu.es )
Dra. Izaskun Garrido Hernández UPV/EHU
- Dpto. Ingeniería de sistemas y Automática (ISA) ( izaskun.garrido@ehu.es )
Dr. Francisco Javier Maseda
Rego UPV/EHU - Dpto. Ingeniería de sistemas y Automática (ISA) ( javi.maseda@ehu.es
)
D. Patxi Alkorta Eguiguren UPV/EHU - Dpto.
Ingeniería de sistemas y Automática (ISA)
( patxi.alkorta@ehu.es )
Dr. Ekaitz Zulueta Guerrero UPV/EHU - Dpto.
Ingeniería de sistemas y Automática (ISA)
( ekaitz.zulueta@ehu.es )
Dr. José Maria Gonzalez de Durana, UPV/EHU
- Dpto. Ingeniería de sistemas y Automática (ISA) ( jmaria.gonzalez@ehu.es )
Dra. Itziar Martija Lopez UPV/EHU
- Dpto. Ingeniería Mecánica ( itziar.martija@ehu.es )
El
presente grupo de investigación ha estado trabajado durante los últimos años en
el diseño e implementación en tiempo real de algoritmos avanzados de control
para manipuladores robóticos y para maquinas de
inducción, por lo que el Grupo de Control Avanzado acredita una amplia
experiencia en el desarrollo de algoritmos avanzados de control como son:
·
Control Robusto
·
Control Adaptativo.
·
Control Neuronal.
·
Control Predictivo.
Los objetivos alcanzados por los miembros del grupo en las investigaciones realizadas durante los últimos años se pueden resumir de la siguiente manera:
Control
Se han desarrollado teóricamente y posteriormente implementado físicamente sobre sistemas robóticas (manipuladores robóticos) y electrónicos (motores de inducción) diferentes tipos de control avanzado: control adaptativo, control adaptativo con multiestimación, control inteligente mediante sistemas expertos, control multirate, híbrido, multimodelo, fuzzy, neuronal, robustos basados en la teoría de modo deslizante, etc. Todos ellos implementados y probados sobre sistemas reales, algunos de ellos en tiempo real, principalmente durante las tesis doctorales del núcleo de especialistas en control del equipo.
En la actualidad la investigación en este campo se centra en el control robusto en tiempo real de máquinas de inducción mediante técnicas de control vectorial. En particular se han desarrollado controladores de campo orientado basados en compensadores de estructura variable (con dinámica estocástica), cuya estabilidad ha sido demostrada analíticamente utilizando la teoría de estabilidad de Lyapunov y los teoremas de conjuntos invariantes. Estos diseños incorporan observadores de flujo del motor de forma que se evita la utilización células Hall para la medida del mismo, así como estimadores de velocidad que permiten eliminar el encoder, necesario en esquemas de control tradicionales. Además incluyen un algoritmo de adaptación de parámetros tanto del modelo como de la ganancia a fin de asegurar un transitorio rápido pero suave. Estos controladores han sido validados tanto en simulación como implementado sobre motores de inducción industriales de 10 HP en tiempo real, utilizando para ello procesadores digitales de señal (DSPs) Motorola y Dspace. Para ello se diseñó también íntegramente la etapa de potencia, abriendo una nueva línea de investigación sobre la eliminación de contaminación armónica en la red eléctrica mediante la elección de un determinado tipo de convertidor en conjunción con controladores adecuado. Las citadas implementaciones proporcionan un seguimiento de trayectoria asintótico en presencia de incertidumbres tales como errores en los parámetros y dinámica no modelada y muestran un comportamiento robusto ante variaciones en el par de carga. Por otro lado, también se han desarrollado teóricamente diversas técnicas de control inteligente que se pretenden aplicar en un futuro mediante el diseño de una red experta para derivar modelos paramétricos discretos a partir de muestras de entrada-salida de sistemas a modelar. El primero de ellos está basado en una minimización mediante un algoritmo típico de mínimos cuadrados, mientras que el segundo está basado en el algoritmo de Leverrier. Estas técnicas son de especial interés cuando el sistema a modelizar es desconocido (caja negra) o su expresión analítica es muy compleja o complicada de obtener como es el caso de algunas máquinas de inducción o el modelado de la dinámica de un aerogenerador entre otros.
Simulación
Parte del equipo es experta en modelado, simulación y control de sistemas complejos y ha desarrollado su carrera profesional en este campo. En este sentido, se han desarrollado códigos de simulación (explotados comercialmente en la actualidad) que han permitido predecir el comportamiento de un control robusto sobre sistemas tales como columnas de destilación o las propiedades de diversas distribuciones de pozos e inyecciones de fluidos sobre reservas petrolíferas. En particular, en este último caso se hace necesario el diseño y simulación tanto de problemas de estabilidad y equilibrio como de transporte (fluido o cinético, no turbulento). El diseño esta condicionado a los métodos de discretización empleados, fundamentalmente diferencias finitas, elementos finitos y Monte Carlo, y usualmente se lleva a cabo tomando como referencia modelos estándar a fin de minimizar el margen de error. De esta forma, los esfuerzos se han concentrado en el estudio del error e inestabilidad consecuencia de las diferentes aproximaciones y desacoplamientos, así como la precisión en la solución, eficiencia de computación y robustez del algoritmo ante incertidumbres en los parámetros del sistema. Finalmente, se ha validado experimentalmente el funcionamiento de los algoritmos. También se han diseñado paralelizaciones masivas en espacio y desarrollado métodos noveles de paralelización en tiempo. En ambos casos los algoritmos computacionales requieren el conocimiento y comprensión de la dinámica del sistemas a simular. Los códigos desarrollados son orientados a objeto, usando ANSI estándar C++ (gnu) sobre linux kernel-s y MPI para paralelización (mpich en MCR), mientras que para sistemas complejos se ha implementado el control mediante sistemas operativos de código abierto en tiempo real como RTAI-Linux. En la actualidad se está diseñando un cluster Beowulf para comunicar entre sí las diversas cajas, que se prevé que puede ser de utilidad en el presente proyecto.
Electrónica de potencia
Algunos miembros del equipo son especialistas en el campo de la electrónica de potencia, y han estado trabajando durante lo últimos años en la mejora de la calidad de la energía eléctrica, así como en la mejora del rendimiento de los motores de inducción. En este sentido se ha diseñado y construido un convertidor de alto rendimiento para alimentar motores de inducción. Este convertidor se ha utilizado para probar en tiempo real los algoritmos de control avanzado que se han desarrollado en proyectos anteriores. También se realizó un estudio experimental del efecto de los diferentes algoritmos avanzados de control sobre la red de alimentación a través del convertidor de alto rendimiento. Dado que los convertidores que se utilizan en las etapas de potencia de los de los grandes motores de inducción industriales contaminan la red introduciendo gran cantidad de armónicos, este análisis se utilizó para la mejora y optimización de los algoritmos de control que se realizaron. Estos conocimientos previos de las maquinas de inducción, que aunque se han estudiado desde el punto de vista de su funcionamiento como motor su conocimiento será fácilmente extrapolable a su funcionamiento como generador serán de gran interés para el desarrollo de controles avanzados para los aerogeneradores, ya que uno de sus elementos más importante es el generador.
Resumen de las contribuciones bibliográficas de los miembros del equipo.
Dada su amplitud se han destacado solamente algunas de las contribuciones a revistas internacionales con elevado factor de impacto,
[1] O. Barambones
and A.J. Garrido, A sensorless
variable structure control of induction motor drives, Electric Power Systems
Research, no. 72, pp. 21-32.
[2] O. Barambones, A.J. Garrido and F.J.
Maseda, “An integral sliding mode controller for
induction motor based on field oriented control theory”. IET Proc. Control
Theory and Applications. 2007, 3, pp. 786-794.
[3] O. Barambones and A.J. Garrido, “Adaptive
sensorless control of AC drives based on sliding mode
control theory”.
Int. J. of Robust and Nonlinear Control. 2007, 9, pp.862-879.
[4] O. Barambones
A.J. Garrido, and I. Garrido “Robust speed estimation
and control of an induction motor drive based on artificial neural netwoks”. Int. J. of Adaptive Control and
Signal Procesing. 2007 32, pp.873-895.
[5] F.J. Maseda, A.J. Garrido, O. Barambones and I. Martija. “Command and
Modulation Techniques for Electronic Energy Converters and their Application
for Induction Motor Drives”. WSEAS Transactions on
Circuit and Systems Journal. 2006, Vol. 5. pp.
1389-1396.
[6] O. Barambones and A.J. Garrido, “An Adaptative Variable Structure Control Law for Sensorless Induction Motors”. European Journal of Control. 2007 (aceptado)
[7] O. Barambones. Sistemas Digitales de Control. Editorial:
Universidad del País Vasco. 2005.
375 paginas ISBN: 84-8373-641-1.
[8] O. Barambones,
V. Etxebarria, An adaptive robust approach to control
rigid robots, Advances in Intelligent Systems and Computer Science, pp.
157-162, 1999.
[7] O Barambones and V. Etxebarria, “An adaptive robust Approach to Control Rigid Robots” en Advances in Intelligent System and Computer, Pages. 157-162, WSES Press. 222, Rosewood Drive, Danvers, MA, USA. 1999. ISBN: 960-8052-16-5.
[8] O. Barambones, El Control System Toolbox y su Aplicación al Diseño de Sistemas de Control.
2001, Pages.:115. Servicio de Reprografía de
[9] O. Barambones,
Design and implementation of a laboratory control in order to proof advanced
robotic control algorithms. M.Sc. in Applied Physics.
2001, Pages.:95. University of the
Basque Country.
[10] O. Barambones, Control de manipuladores robóticos mediante métodos adaptativos, neuronales y en modo deslizante. Tesis Doctoral. 2000, Pages.:150. Universidad del País Vasco.
[11] O. Barambones
and V. Etxebarria, “Robust Adaptive Control of
Mechanical Manipulators with Unmodelled Dynamics”. Cybernetics and Systems. 2000, Vol. 31.
pp. 67-86. ISSN: 0196-9722.
[12] .O Barambones
and V. Etxebarria, “A robust Terminal Sliding
Composite Adaptive Control Scheme for Rigid Robots”. Cybernetics
and Systems. 2000,
Vol. 31. pp. 731-748. ISSN: 0196-9722.
[13] O. Barambones and V. Etxebarria, “A
new Robust Composite Adaptive Approach to the Control of Rigid Robots which
Guarantees Finite Error Convergence Time”. Systems Science. 2000, Vol. 26. pp. 69-82. ISSN: 0137-1223.
[14] O. Barambones
and V. Etxebarria, “Robust Sliding Composite Adaptive
Control for Mechanical Manipulators with Finite Error Convergence Time”. Int. Journal of Systems Science. 2001,
Vol. 32. pp. 1101-1108. ISSN: 0020-7721.
[15] O. Barambones
and V. Etxebarria, “Robust Neural Control for Robotic
Manipulators”. Automatica. 2002,
Vol. 38. pp. 235-242. ISSN: 0005-1098.
[16] O. Barambones and V. Etxebarria,
“Energy-based approach to sliding composite adaptive control for rigid robots
with finite error convergence time”. Int. Journal of Control.
2002, Vol. 38. pp. 235-242. ISSN: 0020-7179.
[17] O. Barambones
and V. Etxebarria, “An adaptive robust Approach to
Control Rigid Robots” en Advances in Intelligent System and Computer, Pages.
157-162, WSES Press. 222, Rosewood Drive, Danvers, MA, USA.
1999. ISBN: 960-8052-16-5
[18] M. de
[19] M. de
[20] M. de
[21] M. de
[22] M. de
[23] M. de
[24] Aitor
J. Garrido, Manuel De
[25] M. de
[26] M. de
[27] Aitor
J. Garrido, M. de
[28] Aitor J. Garrido, _Modelos aproximados discretos para la descripción de procesos de muestreo y retención real utilizando retenedores de corrección parcial de velocidad (FROH),_ Memoria de Grado de Licenciado en Ciencias Físicas. Departamento de Electricidad y Electrónica. Universidad del País Vasco, pp. 76, 1999.
[29] Aitor J.
Garrido. _Sistemas Expertos para Control Automático. Formalismo y aplicación a
Manipuladores Robóticos y Multiestimación,_ Memoria de Grado de Doctor por
[30] M. de
[31] M. de
[32] O. Barambones
and A.J. Garrido, _A sensorless
variable structure control of induction motor drives,_
Electric Power Systems Research, no. 72, pp. 21-32. ISSN: 0378-7796, 2004.
[33] I. Garrido,
_Bases for the gradients of Powell Sabin Splines,_ M.
Sc. In Numerical Analysis and Programming. University of Dundee, pp. 75, 1994.
[34] I. Garrido,
_Studies of some Mixed Finite Element Methods,_ Ph.D.
Thesis in finite elements. University of Dundee, pp. 175,
1994.
[35] I. Garrido
and D. F. Griffiths _On the stability and stabilization of some mixed of some
Mixed Finite Element Methods,_ Trends in Computational
Structural Mechanics. CIME in cooperation with IACM, pp. 297-307, ISBN:
84-89925-77-1, 2001.
[36] I. Garrido
and D. F. Griffiths _Stability of some Mixed Finite Element Methods,_ Problems in Applied Mathematics and Computational
Intelligence. CIME in cooperation with IACM, pp. 897-903, ISBN: 84-89925-77-1,
2001.
[37] I. Garrido
and D. F. Griffiths _Stability of some Mixed Finite Element Methods,_ WSES Press. 222,
[38] I. Garrido
and D. F. Griffiths _Stability and Reduced Stability of Mixed FEM: Macro
Element Techniques, Modelling Identification and Control, pp. 897-903, ISBN:
0-88986-316-4, 2001.
[39] Franck, S.; Block, A.; von Bloh, W.; Bounama, C; Garrido, I; Schellhuber, H.J. _Planetary habitability: Is earth common place in the milky way?,_ Naturwissenschaften. Núm. 88, pp. 416-426, ISSN: 1432-1904 (electrónica), ISSN: 0028-1042 (impresa), 2001.
[40] I. Garrido
and M. C. Steinbach. _A
Multistage Stochastic Programming Approach in Real-Time Process Control,_ Online Optimization of Large Scale Systems. Springer-Verlag, pp. 477-496, ISSN: 1057-7122, ISBN 3-340-42459-8,
2001.
[41] E. Oeian, I. Garrido, M. Chaib, G. E. Fladmark and M. S. Espedal. _Modelling fractured and faulted regions: LGR methods for implicit
solvers,_ Computing and Visualization in Science.
Springer-Verlag, pp. 123-129 ISSN: 1432-9360 (Paper)
1433-0369 (Online), 2003.
[42]
[43]
[44] M. Espedal, E. Oian, I. Garrido and G. E. Fladmark. Parallel simulation of
multiphase/multicomponent flow models,_ Domain
Decomposition Methods in Science and Engineering. Springer, pp. 99-115, ISSN:
1439-7358, ISBN: 3-540-22523-4, 2005.
[45]
[46] Llorente,
J.I.; López de Lacalle,
L.N.; Sánchez, J.A.; Sarachaga, I.; Martija, I.; Burgos, A. _Advanced Control for Automated
Plants,_ Elektrotechnik und Informationstechnik,
pp. 331-337, 1994.
[47] López,
J.M. Llorente, J.I.; Burgos, A.; Martija,
I. _On the application of Software Engineering Concepts to the Design of
Manufacturing System Control,_ Internacional Journal
of Computer_Integrated Manufacturing, pp. 126-141,
1994.
[48] Maseda,
F.J., Garrido, A.J., Barambones, O. , Martija, I.,
2006, Command and Modulation Techniques for Electronic Energy Converters and
their Application for Induction Motor Drives, WSEAS Transactions on Circuit and
Systems Journal, vol. 5, pp. 1389-1396.
A continuación se resume los proyectos de investigación de grupo en los últimos cinco años.
Título del
proyecto: Diseño de Controladores Adaptativos, Neuronales y en Modo
Deslizante para Motores de Inducción y Estudio de su Funcionamiento en Tiempo
Real.
Entidad/es
financiadora/s: UPV/EHU
Entidades
participantes: UPV/EHU
Duración, desde:29/11/2002 hasta: 28/11/2003
Investigador
responsable (y entidad a la que pertenece): Oscar Barambones
perteneciente a
Número de
investigadores participantes (y nº de investigadores de
Importe
total de la subvención: 21.926,68 €
Título del
proyecto: Control de Sistemas de Máquina Herramienta de Alta Velocidad
Mediante Empleo de Levitación Magnética Activa y Motores Lineales de Acción
Directa.
Entidad/es financiadora/s: Ministerio de Educación y Ciencia (MEC)
Entidades
participantes: UPV/EHU
Duración, desde:31/12/2002 hasta: 31/12/2005
Investigador
responsable (y entidad a la que pertenece): Victor Etxebarria perteneciente a
Número de
investigadores participantes (y nº de investigadores de
Importe total de la subvención: 87.120,00€
Título del
proyecto: Implementación en tiempo real sobre un procesador digital de
señal de algoritmos avanzados de control para gobernar motores de inducción.
Entidad/es
financiadora/s: UPV/EHU
Duración, desde:01/11/2004 hasta: 30/11/2006
Investigador
responsable (y entidad a la que pertenece): Oscar Barambones
perteneciente a
Número de
investigadores participantes (y nº de investigadores de
Importe total de la subvención: 17.600,00€
Nombre del
grupo: Grupo de Control Avanzado
Entidad/es
financiadora/s: UPV/EHU.
Duración, desde: 22/07/2006 hasta: 31/12/2006
Investigador
responsable (y entidad a la que pertenece): Oscar Barambones
perteneciente a
Número de
investigadores participantes (y nº de investigadores de
Importe total de la subvención: 14.992,00€
Título del
proyecto: Control de Plasma en procesos de Fusión.
Entidad/es
financiadora/s: Red Vasca de Ciencia, Tecnología e Innovación
Entidades
participantes: UPV/EHU
Duración, desde:01/01/2007 hasta: 31/12/2009
Investigador
responsable (y entidad a la que pertenece): Aitor J. Garrido perteneciente a
Número de
investigadores participantes (y nº de investigadores de
Importe total de la subvención: 36.511,62€
Título del
proyecto: Estudio de las propiedades de los sistemas positivos
retardados e híbridos. Modelado y control mediante técnicas de supervisión e
inteligencia artificial.
Entidad/es financiadora/s: Ministerio de Educación y Ciencia (MEC)
Entidades
participantes: UPV/EHU
Duración, desde:31/12/2006 hasta: 31/12/2009
Investigador
responsable (y entidad a la que pertenece): Manuel de
Número de
investigadores participantes (y nº de investigadores de
Importe
total de la subvención: 65.000,00€
Título del
proyecto: Técnicas de control de posición, corriente y forma de plasma
en procesos de fusión.
Entidad/es financiadora/s: Ministerio de Educación y Ciencia (MEC)
Entidades
participantes: UPV/EHU
Duración, desde:31/12/2006 hasta: 31/12/2009
Investigador
responsable (y entidad a la que pertenece): Izaskun Garrido perteneciente a
Número de
investigadores participantes (y nº de investigadores de
Importe total de la subvención: 38.200,00€
Título del
proyecto: Control de Plasma en procesos de Fusión.
Entidad/es
financiadora/s: UPV/EHU
Entidades
participantes: UPV/EHU
Duración, desde:01/01/2007 hasta: 31/12/2008
Investigador
responsable (y entidad a la que pertenece): Aitor J. Garrido perteneciente a
Número de
investigadores participantes (y nº de investigadores de
Importe total de la subvención: 23.000,00€