Uno de los aspectos fundamentales dentro del aprendizaje del Control Automático, la Robótica y la Mecatrónica es la evaluación de algoritmos de control. Esta tarea se puede llevar a cabo mediante simulaciones numéricas o a través de la utilización de prototipos de laboratorio. En el caso de éstos últimos, existen dos posibilidades para tener acceso a ellos. La primera es su compra y la segunda consiste en su construcción.

La investigación llevada a cabo sobre la construcción de prototipos está guiada por los siguientes criterios:

• Costo bajo.
• Disponibilidad de los componentes.
• Empleo de programas comerciales tales como MATLAB® o de lenguajes de programación para implementar los algoritmos de control.
• Modelos matemáticos preferente lineales que describan al prototipo.

Actualmente se tiene desarrollado un prototipo construido a partir de un servomotor de Radio Control (RC). En la elección de este último se ha tomado en cuenta su amplia disponibilidad y bajo costo.

Servomotor de RC

 Para construir el prototipo se elimina la tarjeta de control alojada dentro del servomotor  y se mantienen el tren de engranajes, el potenciómetro que mide la posición angular del eje de salida de este tren, el motor de Corriente Directa (CD) y la estructura del servomotor.

 
Vista interna del servomotor de RC con y sin tarjeta de control.


Conexiones al motor de CD y al potenciómetro.

Para alimentar al motor CD se utiliza un amplificador operacional de potencia como se muestra a continuación:

Circuito amplificador de potencia para alimentar al motor de CD basado en el amplificador operacional LM675.

El potenciómetro se utliza como un divisor de tensión para obtener un voltaje proporcional a su posición angular:

Potenciómetro y su conexión mecánica al tren de engranajes y su empleo como divisor de tensión.

Se muestra a continuación una imagen del prototipo construido incluyendo las fuentes de alimentación que utiliza:

REFERENCIAS
1. J. Luis Luna, Jessica Maldonado, Rubén Garrido.
   Active Disturbance Rejection Control Applied to a Low-Cost Educational Prototype.
   Proceedings of the XVIII Latin American Conference in Automatic Control CLCA 2018.
   Quito, Ecuador, 24 a 26 de octubre (2018): 93-94.
2.Jessica Maldonado, Rubén Garrido, Gerardo Castro.
   A Methodology to Teach Mechatronics through Building a Hands-on Platform.
  15th International Conference on Electrical Engineering, Computing Science and Automatic Control CCE.
  Ciudad de México, México, 5 a 7 de septiembre (2018).
 

CONTROL POR RECHAZO ACTIVO DE PERTURBACIONES

Este tópico ha recibido gran interés en los últimos años como lo puede atestiguar la gran cantidad de trabajos sobre el mismo. La idea básica de este esquema es realizar la estimación de la perturbación y utilizar el estimado dentro de una ley de control con el fin de contrarrestar sus efectos.

 Las perturbaciones internas o externas, incertidumbres paramétricas y términos de alto orden en una expansión en series de Taylor de un modelo no lineal de la planta a controlar, se concentran en un sólo término el cual se considera como una perturbación única. La parte de la planta que no se incluyen dentro de la perturbación constituye su modelo nominal. Como ejemplo, considérese la planta siguiente la cual está constituida por varios integradores conectados en cascada

En este caso d constituye la perturbación, y la salida, x_i : i=1,...,n el estado, u la entrada y b la ganancia de entrada.

Dos aspectos bajo estudio en este tema son:

• La equivalencia entre un controlador basado en un observador de perturbaciones y un controlador PID.
  
• Aplicación de observadores de incertidumbre al control de Motores Ultrasónicos Lineales (Linear Ultrasonic Motors LUM en inglés). La figura siguiente muestra a un motor de este tipo y el equipo para controlarlo.

REFERENCIAS
1.Mario Ramirez-Neria, Hebertt Sira-Ramirez, Ruben Garrido-Moctezuma, Alberto Luviano-Juarez.
   Linear Active Disturbance Rejection Control of Underactuated Systems: The case of the Furuta Pendulum.
   ISA Transactions. (2014), Vol. 53, No. 4, pp 920-928.
2.Mario Ramirez-Neria, Hebertt Sira-Ramirez, Ruben Garrido-Moctezuma, Alberto Luviano-Juarez.
   On the Linear Control of Underactuated Nonlinear systems via tangent Flatness and Active Disturbance Rejection Control:
   The case of the  ball and beam system.
   ASME Journal of Dynamic Systems, Measurement and Control. (2016), Vol. 138, No. 10, pp (104501-1)-(104501-5).
3.M. Ramírez-Neria, H. Sira-Ramírez, R. Garrido-Moctezuma and A. Luviano-Juárez.
   Active Disturbance Rejection Control of the Inertia Wheel Pendulum through a Tangent Linearization Approach.
   International Journal of Control, Automation and Systems. (2019), Vol. 17, No. 1, pp 18-28.
4. Rubén Garrido,  J. Luis Luna. On the equivalence between PD+DOB and PID controllers applied to servo drives.
    3rd IFAC Conference on  Advances in Proportional-Integral-Derivative Control,
   Ghent, Belgica, 9 a 11 de mayo (2018): 95-100.
5.Carlos Aguilar-Ibanez, Hebertt Sira-Ramirez, Miguel S. Suarez-Castanon and Ruben Garrido.
   Robust trajectory tracking control of a PVTOL under crosswinds.
   Asian Journal of Control. (2019), Vol. 21, No. 3, pp 1293-1306.

  SISTEMAS DE SEGUIMIENTO SOLAR

Los sistemas de seguimiento juegan un papel importante en el aprovechamiento de la energía solar, en particular, en el caso de celdas fotovoltaicas de concentración. El seguimento del movimiento aparente del sol puede realizarse utilizando los esquemas siguientes:

La figura siguiente muestra un seguidor solar de dos ejes

El esquema de laboratorio siguiente se ha utilizado para llevar a cabo experimentos con un seguidor de un eje.