Vés al contingut (premeu Retorn)

TEOMAPIN

Solucions a la llacuna entre teoria matemàtica i aplicacions d’enginyeria, dins de l’àrea de sistemes i automàtica, DPI2008-00403.

Objectius

El principal objectiu d’aquest projecte és la resolució de problemes pràctics que per ara impedeixen l’aplicació de noves tècniques de control avançat, a situacions reals de certa complexitat i la generació ( i possible solució) de problemes teòrics provinents de la pràctica.


El problemes que s’hauran de tractar durant el projecte són els següents:

    - Determinació  de la posició de sensors i actuadors, optimitzada en base a les prestacions màximes a aconseguir.
    - Identificació de sistemes dinàmics mutivariables (MIMO), no lineals i/o variants en el temps, representats en temps continu, discret o combinacions dels dos (híbrids).
    - In(validació) dels sistemes anteriors davant de les dades experimentals, considerant com a variables l'acotació de soroll extern (additiu) i la incertesa.
    - Problemes numèrics associats a l'ús de l'ordinador o DSP en l'anàlisi, la síntesis i la implementació de controladors.
    - Determinació del tipus d'incertesa més adequat per descriure un sistema físic a través d'una família de models i el còmput de les cotes menys conservadores possibles.

RESUM

Els desenvolupaments tecnològics més innovadors dels darrers anys, s’han vist fortament influenciats pels avenços en matemàtiques i informàtica. Les prestacions en àrees tradicionals de l’enginyeria han augmentat considerablement i noves aplicacions i més demandants han aparegut en altres àrees d’enginyeria i ciència. Encara hi ha una important llacuna per cobrir entre la teoria de base i els problemes pràctics. Habitualment, les decisions tècniques es prenen sense el consentiment complet de la teoria més recent i la clau per aplicar una tècnica novadora està basada en aquestes decisions. El problema també apareix quan la teoria no existeix o va endarrerida amb respecte de la pràctica. Normalment aquesta llacuna es cobreix mitjançant extenses simulacions i/o assajos experimentals, el que consumeix temps i recursos, ex. aplicacions aeroespacials. Quasi no hi ha aplicacions on la teoria “encaixa” perfectament amb la pràctica, sense necessitat de modificacions o retocs.

 

En aquest projecte la temàtica està centrada en la intersecció de l’enginyeria, la informàtica i la matemàtica aplicada. Conèixer a fons els fonaments dels problemes pràctics, permet encarar aplicacions d’ enginyeria de molts tipus diferents. L’àrea de treball és el de sistemes i automàtica, i especialment es treballarà en identificació, (in)validació, control, anàlisis d’implementació, diagnòstic i tolerància a fallades. Els sistemes a tractar seran generals: models dinàmics, lineals o no-lineals, de temps continu o discret, amb incertesa acotada, paramètrica, dinàmica o combinacions d’ambdues, invariable o variable en el temps. La llacuna entre teoria i pràctica en aquesta àrea segueix oberta i l’enfocament d’aquest projecte és el de resoldre problemes pràctics que impedeixin l’aplicació de tècniques noves a situacions reals de certa complexitat i la generació ( i possible solució) de problemes teòrics sorgits de la pràctica, per ex. La llacuna es veurà ressaltada, no ocultada.

 

El desenvolupament està enfocat sobre tres aplicacions pràctiques que serveixen de banc de proves pels resultats obtinguts. El grup SAC compte amb un certa experiència, realitzacions experimentals i interès industrial en aquestes tres aplicacions que són:

  • Control actiu de soroll acústic (tubs, càmeres, cascos)
  • Vehicles aeris no tripulats (helicòpters i avions)
  • Aerogeneradors
soroll.jpg

Treballs realitzats

 

Determinació de la posició de sensors i actuadors, optimitzada en base a les prestacions màximes a aconseguir: Aquest objectiu s’ha abordat de forma teòrica i els seus resultats s’han aplicat a dos problemes diferents de Control Actiu de Soroll, el cas de la moto i el del conducte acústic. Un dels resultats més significatius és un conjunt de mesures que permeten comparar la bondat de la localització dels sensors i actuadors en base a criteris pràctics en l’acompliment, la robustesa i la complexitat del controlador.

 

Identificació de sistemes dinàmics multivariables (MIMO), no lineals i/o variants en el temps, representats en temps continu, discret o combinacions d’ ambdós (híbrids). Cada aplicació ha comportat restriccions i nombroses llacunes entre la teoria i la pràctica. En concret, s’ha analitzat de forma teòrica i resolt en la pràctica l’ identificació de plantes amb retards variables en sistema MIMO (canals de reg), s’han identificat les dinàmiques no lineals de propagació de soroll acústic en diversos espais (cascos, conductes i caixes amb finestres), i finalment s’ha abordat el cas de l’ identificació en UAV de tipus helicòpter, amb la complexitat d’un sistema multivariable, acoblat i inestable. En aquest darrer cas s’ha elaborat una metodologia que permet l’aplicació de tècniques clàssiques.

 

(In)validació dels sistemes anteriors en front de les dades experimentals, considerant com variables les cotes de soroll extern (additiu) i la incertesa (global o estructurada, variant o invariant en el temps, lineal dinàmica o no lineal estàtica). Una de les aportacions més destacables en aquest entorn, és un mètode d’identificació / invalidació robusta per models Lineals de paràmetres variables (LPV). Aquest mètode permet completar algoritmes d’identificació nominal LPV, afegint incertesa i cotes de soroll que generen un conjunt de models consistent amb les evidencies experimentals.

 

Problemes numèrics associats amb l’ús de l’ordinador o DSP en l’anàlisi, la síntesis i la implementació de controladors. L’aplicació de control actiu i de control UAV requereixen una implementació en temps real i/o amb limitacions de computació importants que impedeixen l’ús de controladors arbitràriament grans o complexes. A més, aquests sistemes solen tenir zeros de part real positiva i oscil·lacions poc esmorteïdes. Per tot això, el disseny d’un controlador d’ordre baix és una imposició que representa un gran repte a la teoria de control.

 

Determinació del tipus d’incertesa més adequat per descriure un sistema físic a través d’una família de models i el còmput de les cotes menys conservadores possibles. Aquí s’ha analitzat l’estabilitat i rendiment robust i nominal en models amb retards incerts, per les estructures d’incertesa global dinàmica i paramètrica estructurada.

 

    Projecte finanzat per:
mec.jpg

Publicacions més destacades

  • R. Sanchez, Y. Bolea, y V. Puig, "MIMO Smith Predictor: General Performance and Robustness results", Journal of process control, Vol. 19 (1), pp. 163-177, <doi:10.1016/j.jprocont.2007.12.004>, 2009.
  • F. Bianchi y R. Sánchez-Peña, "Robust identification / invalidation in an LPV framework", International journal of robust and nonlinear control, Vol. 20 (3), pp. 301-312, <doi: 10.1002/rnc.1430>, 2010.
  • F. Bianchi y R. Sánchez-Peña, "Interpolation for gain-sheduled control with guarantees", Automatica, Vol. 47 (1), pp. 239-243, <doi: 10.1016/j.automatica.2010.10.028>, 2010.
  • R. Castañé-Selga y R. Sánchez-Peña, "A novel design approach for switched LPV controllers", International journal of control, Vol. 83 (8), pp. 1710-1717,<doi:10.1080/00207179.2010.490599>,2010.
,