Browsing by Author "Urdinola Restrepo , Álvaro"

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    Análisis de instrumentación y diseño de un sistema de control autónomo a pequeña escala para la detección y apagado del fuego a nivel industrial
    (Politécnico Colombiano Jaime Isaza Cadavid, 2018) Álavarez Mira , Luís Miguel; Acosta Gómez, Gabriel Jaime; Urdinola Restrepo , Álvaro
    Actualmente, con la creación de pequeñas y medianas empresas industriales, tanto a nivel nacional, como internacional, los procesos de mejoramiento cobran cada vez mayor relevancia, incluso, en algunos casos, afectando de manera significativa los diferentes recursos de la organización, tales como humanos, técnicos y económicos. Esta situación puede generar a veces falencias sobre los enseres y las materias primas de las organizaciones. Algunas de estas Pymes, han tomado medidas, las cuales llevan al aseguramiento de sus recursos, sin embargo, un gran porcentaje, no generalizan en el cuidado preventivo si no en la acción después del suceso. Por lo anterior, el objetivo principal de este trabajo de grado es realizar un análisis de instrumentación y construir un prototipo que permita detectar desde el momento inicial un conato de incendio y generar la acción correctiva y disminución del riesgo en el menor tiempo posible. Fundamentados en el método científico, tanto el diseño, programación, desarrollo y ejecución óptimo de este prototipo se recorrió en etapas, inicialmente se efectúo la observación del fenómeno a estudiar, posteriormente se realizó la recolección de la diferente información que nos permitiera identificar los sistemas de detección y apagado de fuego, así como la selección de los sensores apropiados para la construcción del mismo, luego, se procedió a esbozar la propuesta, y finalmente la conclusión, logrando con ello cumplir con el objetivo principal del trabajo de grado. De otra parte, se considera importante anotar que se realizó la selección de los sistemas de detección y apagado de fuego, el sistema de detección que se selecciono fue los sensores TPA81 y el sensor de llama LM395 los cuales tienen una medición de hasta 1.5 metros en su eje horizontal y poseen un rango de detección de 180° y 120° respectivamente y el sistema de apagado seleccionado7fueron los ventiladores FAN MOTOR, por las pruebas efectuadas que nos brindan una solución eficaz para apagar incendios de fuego. Esperamos que el prototipo sea mejorado de manera permanente, aportando recursos técnicos, financieros y humanos que nos permitan contar con una excelente herramienta de ayuda para las organizaciones y empresas que lo utilicen. Durante el desarrollo del prototipo se puede visualizar el diseño mecánico, electrónico y de software para que el dispositivo cumpla con su función de recorrer un perímetro y al instante en que detecte una fuente de calor se dirija hacia ella y ejecute su rutina de encendido del sistema extintor y de esta forma busque extinguir el fuego. Entre los resultados se puede destacar los diferentes tipos de materiales o combustibles con los que se produce el incendio, ya que se establece cuáles son los casos en que no se debe utilizar aire como agente extintor del fuego y las distancias bajo las que trabaja mejor el prototipo. Con este trabajo se muestra al lector todos los detalles que hay detrás de un detector de fuego y el funcionamiento óptimo de los sistemas de apagado para que con la información sobre la construcción de un prototipo a pequeña escala se animen a buscar alternativas para hacer nuestra industria segura y libre de incendios.
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    Automatización de la batidora Technogel 400 en la Planta de Helados Colombina
    (Politécnico Colombiano Jaime Isaza Cadavid, 2017) Muñoz Giraldo, Ricardo; Urdinola Restrepo , Álvaro; Vásquez Salazar, Rubén Darío
    En 2016 se decide empezar un proyecto ambicioso en la empresa Colombina® helados, que es una empresa dedicada a la producción y comercialización de helados. Todo nace de unos problemas sucesivos que vienen desde el 2015 con la compra de una nueva línea de producción de la marca italiana techno gel. Durante la puesta en marcha de la línea se empezaron a tener diferentes problemas que el proveedor fue solucionando, pero la variación de peso en la dosificación de helado y la falta de tecnología de las batidoras que conforman la línea, no fueron solucionadas porque Colombina nunca les especificó el porcentaje de variación máximo que podía tener su producto y para ellos fue transparente que las máquinas cumplían el objetivo de hacer helado. Antes de presentar el proyecto de solución se realizaron diferentes ajustes mecánicos a las máquinas siguiendo las recomendaciones del fabricante, pero sus mejoras fueron muy pocas, fue necesario analizar el funcionamiento del equipo durante un año para conocerlo y aprender cómo trabajan todas sus partes en conjunto para elaborar helado. Este estudio permitió elaborar una propuesta de automatización en contra de todos los pronósticos del fabricante, quien no comercializa batidoras de doble bomba de engranajes para equipos de producción inferiores a 600 litros hora de helado, al igual que las demás marcas de fabricantes de equipos. Tener esta barrera histórica generó muchos interrogantes sumado a que el proveedor del equipo se negó a migrar la tecnología de la batidora techno gel 400 por la requerida en los equipos de doble bomba de engranajes. Se emprendió el proyecto con la identificación de la causa raíz de los principales problemas de la batidora, mediante un diagnóstico inicial donde se identificaron los7problemas para garantizar una estabilidad en la dosificación de helado, con la información recolectada en entrevistas y pruebas se determinó que se debe mejorar el software y el hardware para optimizar el rendimiento de la batidora, el primero por carecer de sistemas para el control de la máquina y el segundo, por tener sistemas mecánicos complejos que no garantizan estabilidad y generan procesos de operación manuales constantes con poca estandarización en los productos. Se diseñó un sistema mecánico y eléctrico basado en el funcionamiento de dos bombas de desplazamiento positivo continuo para garantizar un flujo constante permitiendo ser instalado un flujómetro magnético que le daría al software un control de caudal y el sistema de presión de la batidora se potencializó cerrando el lazo de control, esto permitió que las dos bombas en conjunto se encargarían de trabajar en función de las dos variables mencionadas. Como resultado se obtuvo un sistema estable en flujo y presión normalizando el flujo de helado en la salida del extrusor, durante las pruebas realizadas se encontró que el overr un debía operarse por encima de los valores normales estandarizados para permitir que el aire pudiese ingresar a la mezcla de helado, este fenómeno es causa de un equilibrio de presiones donde una debe vencer a la otra para permitir su ingreso. Para no alterar la normal operación de las personas con la máquina se decidió afrontar el cambio del sistema de overr un implementado una válvula electrónica reguladora de caudal con medición de flujo incorporado que reemplazo la válvula electrónica reguladora de presión que tenía la batidora techno gel 400 y se reutilizó el control proporcional, esto permitió solucionar el tema operativo dejando a punto la batidora para su uso en la producción, retornado una ganancia económica a la empresa por tener una dosificación más cercana al peso registrado como venta.
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    Caracterización de controladores digitales MRAC, MVR2 y predictivo para una planta virtual no lineal, utilizando el lenguaje Python
    (Politécnico Colombiano Jaime Isaza Cadavid, 2016) Córdoba Juzga , Juan Felipe; Correa Posada, Andrés Felipe; Benitéz , David; Urdinola Restrepo , Álvaro
    La tecnología del siglo 21 ha crecido considerablemente con respecto a sus antecesores, uno de los aspectos fundamentales es la inclusión de herramientas informáticas para la creación de softwares de procesamiento de datos y control de procesos industriales, las necesidades de tener sistemas confiables de bajo costo, rápida implementación y fácil operación. Las herramientas para la creación de dichos softwares cada vez presentan compiladores de más alto desempeño y menor tiempo de implementación como el caso del lenguaje PHYTON y su compilador Pycharm, teniendo como principal filosofía ser OPEN Source (código abierto de dominio público) hace que la implementación sea código libre multi-plataforma es decir puede operar en Windows, Linux Y MAC OS.
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    Construcción de una máquina ruteadora de 3 ejes basada en control numérico para el prototipado de placas de circuitos impresos
    (Politécnico Colombiano Jaime Isaza Cadavid, 2018) Osorio Giraldo, Jaime Armando; Tobón Pineda, Juan Carlos; Muñoz Ceballos, Nelsón David; Urdinola Restrepo , Álvaro
    Se desarrolla un trabajo de grado en el cual se construye una máquina ruteadora CNC de bajos costos, capaz de plasmar en una placa de circuito impreso, diseños previamente elaborados y tratados por medio de aplicaciones libres, para fines académicos. Pensada principalmente para dar solución a problemáticas académicas presentadas a lo largo de los estudios de ingeniería en cuanto al tiempo dedicado y la calidad en la elaboración de circuitos con métodos convencionales; al tiempo que se impacta en el medio ambiente, la seguridad y salud de los desarrolladores. Se comienza desarrollando una descripción teórica de conceptos básicos en cuanto a las máquinas ruteadoras se refiere y algunas técnicas convencionales para la elaboración de placas de circuito impreso, que buscan dar al lector un enfoque para abordar este trabajo de grado. Se describe en su contenido una detallada información de los elementos que componen la máquina, sus características y su función dentro del prototipo que cuenta con tres ejes de desplazamiento (X, Y, Z), impulsados por motores paso a paso que obedecen a un lenguaje de programación llamado G, usado universalmente para el control numérico y con el que se busca controlar la posición en cada uno de los ejes. Para hacer la máquina un poco más amigable en algunas de sus operaciones, se implementó una interfaz gráfica por medio de una pantalla táctil HMI, que permite al usuario interactuar con el prototipo manipulando variables como la resolución de los pasos de los motores, definición del punto cero de operación y configuración de drivers de control de los motores paso a paso. Esta pantalla cuenta con un software libre que permite la edición, programación y configuración del dispositivo.
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    Control adaptativo tipo servo integrador para un proceso de esterilización de insumos hospitalarios utilizando Labview
    (Politécnico Colombiano Jaime Isaza Cadavid, 2017) Barrientos Vélez , Ricardo; Ramírez Ramírez, Santiago; Nuñez López, Juan David; Urdinola Restrepo , Álvaro
    En el trabajo se construye un módulo de una autoclave para la esterilización de insumos hospitalarios con el fin de implementar un controlador adaptativo tipo servo con integrador para el control de la temperatura al interior del tanque cilíndrico y un controlador ON – OFF para el control de la presión del tanque. El trabajo consta de 4 etapas, en la primera etapa se da inicio a la construcción del módulo con su debida instrumentación, se cuenta con un tanque el cual tiene una resistencia soldada en la parte inferior externa, luego para medición de las variables se utilizan transductores adecuados como lo es un termopar tipo K la cual genera un milivoltaje en sus dos terminales cuando se presenta un cambio en la temperatura, un transmisor de presión absoluta cuyo principio de funcionamiento es un puente de Wheatstone el cual se alimenta con + 10 voltios y genera una salida de 0 a 100 mV para un rango de medida de 0-50 P.S.I.a, el pre-acondicionamiento de estas señales entregadas por los transmisores se hace por medio de amplificadores de instrumentación (AD595) para el termopar tipo K y un (AD620) para el transmisor de presión, para el acoplamiento de las señales de salida se dispone dos relés de estado sólido con detección de cruce por cero y tiristor tipo triac con el fin de controlar los dos elementos finales de control los cuales son la resistencia y una válvula solenoide la resistencia como elemento final de control debe poder leer la ley de control generada por el controlador adaptativo por tal motivo se pretende generar un PWM, como requisito de diseño se desea que el PWM tenga la misma frecuencia de la línea con la cual se alimenta la resistencia, por tal motivo se diseña un PWM externo a 60 Hz, para la adquisición de datos se tiene un Arduino uno.
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    Control de posición de un balancín con motor-hélice
    (Politécnico Colombiano Jaime Isaza Cadavid, 2018) Bedoya Agudelo, Norvey Andrés; Gómez Pembertty , Julian Esteban; Carta Núñez, Yesid; Urdinola Restrepo , Álvaro
    Se presenta a continuación la implementación de un sistema Balancín motor – hélice partiendo de su composición física que parte de la descripción de la planta, los elementos que componen la planta como lo son el Motor brush less, una tarjeta arduino mega, una fuente de voltaje de 12VDC, un electronic speed control, unos rodamientos, un potenciómetro lineal y el software Labview® ,en el cual se debe de realizar la mención que los controladores que ingresaran no usan un PWM convencional de 0 a 255 sino que por pedido del sistema el PWM que se necesita es desde 1220 a 2248.Este trabajo parte de buscar la ecuación fenomenológica que describe el sistema partiendo de la segunda ley de Newton como método matemático para la obtención de las función de transferencia en términos de Laplace y en términos de transformada Z, cuando se realiza este procedimiento se parte a utilizar ecuaciones de diseño que permitirán crear un control por modelo de referencia (MRAC) y un controlador Adelanto – atraso modificado para simular el comportamiento de un controlador PI. Finalmente, el trabajo termina con la comparación de los controladores utilizando las métricas de la integral del error, la respuesta transitoria y el esfuerzo de control para buscar cual fue el mejor controlador para el sistema balancín motor – hélice.
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    Control de posición de una aplicación del péndulo invertido usando una estrategia de control predictiva GPC
    (Politécnico Colombiano Jaime Isaza Cadavid, 2017) Garavito Pinto , Carlos Andrés; Osorio Mazo , Luis Miguel; Gómez Cadavid, Juan Camilo; Urdinola Restrepo , Álvaro
    En este trabajo se presenta el diseño y la implementación de un control predictivo generalizado GPC para mantener la posición de un robot móvil tipo péndulo invertido perpendicular con respecto a la horizontal, el cual está montado sobre una plataforma diferencial. El péndulo invertido es considerado un problema clásico en la ingeniería de control, por ser un excelente banco de pruebas, para la sintonización e implementación de estrategias de control, al tratarse de un sistema no lineal e inestable. Inicialmente se muestra de forma resumida las investigaciones más recientes con respecto al tema tratado alrededor de los últimos 10 años. A lo largo del trabajo se ofrecen unas bases teóricas, que tienen como objetivo familiarizar al lector con los diferentes temas a tratar. El trabajo se desarrolla en tres etapas: la primera etapa está dedicada al diseño, construcción y modelación del prototipo, donde se describe la morfología, los componentes que harán parte del robot y la determinación de la función de transferencia partiendo de la modelación fenomenológica. En la segunda etapa se describe el proceso de diseño del GPC partiendo del modelo matemático obtenido. En la tercera y última etapa se realiza una comparación del rendimiento del controlador GPC con una estrategia de control convencional PD usando índices de desempeño como la integral absoluta del error, integral absoluta del error en el tiempo, integral cuadrática del error e integral cuadrática del error en el tiempo. Se utilizó un microcontrolador de 32 bits para implementar las estrategias de control, un acelerómetro/giroscopio para determinar el ángulo de inclinación, un driver para la etapa de potencia y con el fin de observar la funcionalidad en8espacios reducidos, el robot se construyó en una estructura con dimensiones específicas de 22 cm de ancho, 5 cm de alto y 8 cm de profundidad, permitiendo además, la posibilidad de visualizar los componentes mecánicos y electrónicos que conforman el prototipo. Lo anterior permite acceder a los componentes para cambios, solución de problemas de conexión o re-programación de algoritmos.
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    Control por eventos discretos del sistema de manufactura flexible del laboratorio de mecatrónica del Politécnico Colombiano JIC
    (Politécnico Colombiano Jaime Isaza Cadavid, 2018) Areiza Restrepo , Alejandro; Ospina Cuartas , Esteban; Muñoz Ceballos , Nelsón David; Urdinola Restrepo , Álvaro
    Actualmente el politécnico colombiano Jaime Isaza Cadavid adquirió para uso del laboratorio de mecatrónica del programa de ingeniería en instrumentación y control un sistema de celdas de manufactura flexible de los cuales se requería hacer el montaje para el funcionamiento de todo este sistema que está conformado por los siguientes siete módulos: distribución, procesamiento, visión artificial, ensamble, almacenamiento, clasificación y banda transportadora; a partir de esto se toma la iniciativa de realizar un trabajo de grado para la conexión, reconocimiento de los componentes, planos eléctrico-neumáticos y programación de las estaciones del sistema. Con la entrega de los equipos por parte del fabricante surge la necesidad de realizar las conexiones resaltando que se hacen con la supervisión de los fabricantes, se empieza con este proyecto realizando dichas conexiones eléctricas y neumáticas para realizar una simple prueba del funcionamiento de estos elementos, con el objetivo de automatizar el proceso se cuenta en seis de los módulos con un PLC s7-1200 que se programan por medio del lenguaje Ladder, mediante el software TIA Portal se crean los diferentes algoritmos de control, estos algoritmos se apoya en el método de las redes de Petri que consta de estados y transiciones consecutivas para poner los módulos en su respectivo funcionamiento; se plantea como último objetivo integrar al proceso la estación de visión artificial la cual ejecuta un algoritmo desarrollado mediante el software LabVIEW, verificando las características de los cilindros realizados en el proceso. Con la realización de este proyecto se considera que más que solucionar un problema se va a dar a los estudiantes de la institución la posibilidad de adquirir un mayor conocimiento práctico, considerando que en el momento de salir a laborar en la industria estos procesos son cada vez más comunes en el área de automatización.
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    Desarrollo de un equipo patrón de trabajo para verificar metrológicamente el estado de los sistemas de chequeo Trolley en la empresa Haceb Whirlpóol Industrial S.A.S.
    (Politécnico Colombiano Jaime Isaza Cadavid, 2017) Tobar Vásquez , Luís David; García Jaimes , Luís Eduardo; Urdinola Restrepo , Álvaro
    En el presente trabajo se describe el desarrollo de un equipo patrón de trabajo para dar solución a una problemática presente en la empresa Haceb Whirlpool industrial S.A.S, dicha problemática consiste en el rechazo de producto bueno y aprobación de producto no conforme por parte de sus sistemas primarios de medición de la calidad (Trolley) la cual se origina al no tener conocimiento del estado de los mismos ni de la dimensión del error presente en su medida. Inicialmente se describen los sistemas Trolley, sus funciones, sus partes, las partes de la lavadora, los elementos primarios de medición y las especificaciones que debe tener un equipo para calibrarlos, además de un análisis económico metodológico y técnico sobre la viabilidad del proyecto. En base al conocimiento obtenido sobre estos sistemas y las especificaciones técnicas levantadas se diseña un equipo que consiste en dos etapas principales el cual tiene como función principal determinar el error presente en la medición de los sistemas de chequeo. Para la primera etapa de medición de corriente se describen los equipos y partes compradas, los circuitos, planos, esquemas y procedimientos realizados, además de la forma de realizar las mediciones para los diferentes rangos de trabajo. Durante la segunda etapa de medición de flujo se describen los equipos comprados, los planos de conexión y funcionamiento del Trolley incluyendo la forma de recolección de los datos con el equipo desarrollado y los aspectos a tener en cuenta para la calibración de flujo.
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    Desarrollo de una plataforma robótica móvil con capacidad de identificar objetos y obedecer comandos de voz utilizando redes neuronales artificiales en Raspberry PI
    (Politécnico Colombiano Jaime Isaza Cadavid, 2018) Amar Gil , Alejandro; Urdinola Restrepo , Álvaro
    En el presente trabajo se muestra el desarrollo de una plataforma robótica móvil, la cual fue construida a partir de un carro a control remoto como su estructura básica y empleando una Raspberry Pi 3 como unidad central de procesamiento, en esta última se instaló el sistema operativo Raspbian Stretch. El sensado y las acciones de control en los actuadores se llevaron a cabo por medio del software ROS, además, el reconocimiento de voz y objetos fue realizado por medio de técnicas de inteligencia artificial, tales como redes neuronales convolucionales y redes neuronales recurrentes. Para el reconocimiento de objetos se utilizaron las redes neuronales convolucionales Mini VGGNet y la red YOLOV3 (You Only Look Once), donde la arquitectura YOLO dio mejores resultados debido a que esta puede identificar múltiples objetos y generar una respuesta rápida gracias a su arquitectura y entrenamiento. En cuanto a la red neuronal recurrente se usó una arquitectura de 2 capas recurrentes bidireccionales de 150 células LSTM y bases de datos sustraídas de Google y openslr para el reconocimiento de algunos comandos en inglés. Por otro lado, se genero el mapa del interior de una casa por medio de las funciones de mapeo de ROS y el uso tele-dirigido de la plataforma, lo anterior se desarrollo para poner a prueba los conocimientos del software ROS y la fusión sensoricade un módulo IMU (unidad de medida de inercia) y el sensor láser 2Y0A02.Palabras claves: plataforma robótica móvil, red neuronal, ROS, YOLO, reconocimiento de voz.
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    Diseño de un controlador difuso y un controlador predictivo generalizado para el control de velocidad en un motor de DC
    (Politécnico Colombiano Jaime Isaza Cadavid, 2018) Cardona Ariza, Nestor Esteven; Soto Parra , Kevin Alonso; Palacio Morales, Jairo Alonso; Urdinola Restrepo , Álvaro
    En el presente trabajo de grado se realiza el diseño de un controlador difuso y un controlador predictivo generalizado GPC, de los cuales el primer controlador hace parte de técnicas de control inteligente y el segundo de técnicas de control avanzado, para llevar a cabo el desarrollo del trabajo se dividió en cuatro partes fundamentales. Inicialmente se realiza la construcción de la planta Motor (DC, por sus siglas en inglés Direct Current), para el desarrollo de los controladores, la cual está compuesta por una fuente suicheada 110 V de corriente alterna y entrega una a 12 V de corriente directa, la cual brinda la alimentación del sistema, un Driver Dual, una tarjeta de Arduino UNO ®, un convertidor de frecuencia a voltaje, y finalmente un motor-reductor con en coder de 9 V de corriente directa, al cual le es retirada su caja reductora con el fin de aumentar las revoluciones del motor. Luego de tener la planta Motor DC se procedió a la obtención del modelo matemático que describe la dinámica del sistema. Para ello se realizó una adquisición de datos en lazo abierto para escalones del 20 % al 90 %, se aproximó a un modelo de primer orden con retardo (POR) y a un sistema de segundo orden con retardo (SOR) para un escalón del 60 %, se validaron tales aproximaciones y se obtuvo el error cuadrático medio para ambos casos y por medio de estos valores se escogió como modelo el sistema (SOR) ya que su error cuadrático fue menor al sistema (POR).Habiendo escogido el modelo, se realizó la identificación para cada uno de los escalones haciendo uso del método no paramétrico de la curva de reacción, para después obtener una función de transferencia promedio con la que se realizó el desarrollo de los controladores. Luego se explicó de manera detallada las bases teóricas de la lógica difusa y con la respuesta en lazo abierto del sistema se inició con el desarrollo del controlador, parametrizando las funciones de membresía, el rango del universo del discurso, la8cantidad de variables tanto en la entrada y en la salida y las reglas. Ya parametrizado el controlador, se procedió con la sintonización del controlador en tiempo real y de esta manera visualizar el comportamiento de la salida ante variaciones del set-point. Posterior a la sintonización del controlador difuso, se empezó con el desarrollo de las bases teóricas del control predictivo, sus características principales, sus ventajas, desventajas y su algoritmo para la obtención de la ley de control. Ya con esto se retomó la función de transferencia promedio, se discretizó y con ella se desarrolló el controlador predictivo. Al final se sintonizó el controlador en tiempo real y al igual que con el difuso visualizar el comportamiento de la salida ante variaciones en la referencia. Finalmente, se hicieron pruebas en ambos controladores en las cuales se realizó un análisis comparativo de ambas respuestas mediante el uso de métricas de desempeño de la integral del error, la respuesta temporal y el comportamiento de la variable manipulada ante perturbaciones en el sistema.
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    Diseño de un controlador por ganancia programable con interpolación de parámetros mediante una red neuronal y un controlador neuronal por modelo inverso para controlar la velocidad de un motor DC
    (Politécnico Colombiano Jaime Isaza Cadavid, 2017) Atehortúa Marín , Juan David; Marín Toro, Sergio Adrián; Ramírez, Jhon Alexander; Urdinola Restrepo , Álvaro
    En el presente trabajo de grado se realiza el diseño e implementación de dos estrategias de control, la primera de ellas consiste en una estrategia de control avanzada con ganancia programable combinada con una red neuronal para interpolación de parámetros; la segunda estrategia se resume en un controlador inteligente neuronal por modelo inverso. Las respuestas de ambos controladores se someten a comparación para medir sus desempeños .En la primera parte del desarrollo de este trabajo se lleva a cabo la construcción de una planta motor DC para la implementación de estrategias de control, la cual cuenta con elementos eléctricos y electrónicos tales como motor DC, fuente conmutada de 12 voltios, tarjeta Arduino/Genuino UNO®, modulo Driver Dual para motores, sensor ranurado FC-03, entre otros. Luego de la construcción de la planta motor DC, se profundiza en las bases teóricas de las redes neuronales artificiales aplicadas a la identificación de sistemas y al control de procesos. Posterior a la recopilación de las bases teóricas de las redes neuronales, se procede a efectuar el diseño de un controlador por ganancia programable mediante el uso de una red neuronal multicapa para el control de velocidad de un motor DC; para el diseño de este controlador se obtiene una base de datos de la respuesta del sistema ante estímulos de tipo escalón en lazo abierto. La base de datos se utiliza para aproximar la dinámica del sistema a un modelo POR en cada punto de operación, de igual manera los modelos aproximados se discretizan y se sintonizan controladores digitales para cada zona de trabajo. Los parámetros de los controladores sintonizados son utilizados para supervisar la MRNA de manera que aprenda los coeficientes del controlador e interpole aquellos coeficientes no presentados en el proceso de aprendizaje, para finalmente hacer la implementación en el proceso real y observar el comportamiento de la planta frente al controlador diseñado. Después de esto, se procede a ejecutar el diseño del segundo controlador neuronal, planteado por modelo inverso para el control de la velocidad del motor DC, igualmente para el diseño de este controlador se realiza una adquisición de datos con estímulos tipo escalón de diferentes magnitudes que han sido aplicados de forma aleatoria y por un periodo de tiempo que garantice la estabilidad de la velocidad del motor en lazo abierto. Se realiza el entrenamiento de manera tal que aprenda a realizar un seguimiento de cada referencia con la cancelación de la dinámica del sistema por parte de la red neuronal. En definitiva, se realiza la implementación del controlador en el proceso real para de esta manera visualizar el comportamiento de la planta con el controlador ante cambios en el set point. Finalmente, se realizan pruebas donde se evalúan los dos controladores y se comparan mediante métricas de desempeño de la integral del error y de respuesta temporal.
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    Diseño e implementación de planta didáctica de nivel con tanques concéntricos interconectados para la implementación de técnicas de control convencional y avanzado
    (Politécnico Colombiano Jaime Isaza Cadavid, 2016) Londoño Narcizo, Brayan Alexander; Urán Ospina , Iván Darío; Sarmiento Maldonado , Henrry Omar; Urdinola Restrepo , Álvaro
    Para este trabajo se diseñó e implemento una planta de nivel portátil de tanques concéntricos interconectados de bajo costo y que emula un sistema convencional de tanques en serie, pero el diseño innovador y poco convencional que este presenta cambia de manera drástica la dinámica del sistema, el cual será tema de estudio para el desarrollo de cada uno de los capítulos que componen este documento. En cuanto al prototipo, está conformado por dos tanques de diferentes dimensiones de tal manera que un tanque pueda albergar en su interior el otro, además de que están interconectados entre ellos, también se realiza la recirculación del agua por medio de bombas sumergibles de pequeñas dimensiones las cuales son consideradas como el elemento final de control de la planta. Como todo proceso existe la necesidad de medir el valor de la variable a controlar, para este caso se cuenta con dos sensores de presión diferencial que permiten la medición de la variable (nivel) en cada uno de los tanques. En segunda instancia se realiza la identificación del proceso con el fin de determinar el comportamiento del sistema, hay que mencionar que para establecer las funciones de transferencia que representen de manera idónea la dinámica del sistema se realizaron tres procedimientos diferentes los cuales fueron: el método fenomenológico en el cual se tienen en cuenta las diferentes variables físicas que interfieren en la planta, un método no paramétrico RLS (Recursive Least Squares) el cual estima constantemente el modelo del sistema y un método no paramétrico en el cual se efectúa una confrontación entre las funciones obtenidos por curva de reacción y toolbox ident de Matlab® para modelos de primer y segundo orden con el objetivo de elegir la función de transferencia más apropiada.
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    Diseño e implementación de un controlador predictivo generalizado (GPC) con parámetros de supresión y ponderación difusos para una planta de nivel con tanques concéntricos interconectados
    (Politécnico Colombiano Jaime Isaza Cadavid, 2017) Ospina Cardona , Juan David; Correa Tamayo, Sara; Ramírez Urrego, Jhon Alexander; Urdinola Restrepo , Álvaro
    En este trabajo se realiza el diseño e implementación de un controlador predictivo generalizado con factores móviles de supresión y ponderación difusos para realizar el control del tanque interior de una planta de nivel con tanques concéntricos interconectados. Inicialmente se realiza una identificación estructural de los componentes principales de la planta de nivel que entran en funcionamiento para la ejecución deeste trabajo, posteriormente se obtiene el modelo matemático en función de transferencia que describe el comportamiento dinámico del tanque interior de la planta de nivel por medio del método de identificación no paramétrica. Paradeterminar el modelo matemático más aproximado al proceso real se define una función de coste en base al error medio cuadrático donde se compara los modelos POR y SOR obtenidos mediante la identificación de sistemas y la salida asociadaal proceso real.Con el fin de adquirir un conocimiento previo al desarrollo del GPC con parámetros de supresión y ponderación difusos se hace un estudio detallado de las bases teóricas y conceptos del GPC y de los sistemas difusos basados en la formulación matemática de conjuntos y variables difusas. Con los conceptos y las bases teóricas del GPC se diseña el controlador en base al modelo matemático obtenido en la identificación del sistema, al finalizar el diseño del controlador se realizan pruebas de manera simulada con el fin de observar el funcionamiento de este. Luego de comprobar el diseño del controlador se procede a la implementación en el proceso real .Finalmente se compara el sistema de control GPC con un controlador PID difuso donde se pueda observar por medio de índices de desempeño el comportamiento7de la planta. Lo anterior con el fin de establecer qué tipo de controlador presenta mejor desempeño para la planta de nivel con tanques concéntricos interconectados.
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    Diseño e implementación de un sistema de control para la posición angular de un balancín con motor brushless y hélice
    (Politécnico Colombiano Jaime Isaza Cadavid, 2017) Correa Arango , Jorge Iván; Gaviria Piedrahíta , Daniel; Suárez Rivera, Giovanny; Urdinola Restrepo , Álvaro
    En este trabajo se realiza el diseño mecánico de un balancín, impulsado por dos motores brus hless con hélice aerodinámica, también se implementa un controlador predictivo generalizado para controlar la posición angular del brazo del balancín mediante la variación de la velocidad del motor y utilizando un acelerómetro ADXL-345 como elemento sensor. En la segunda parte se procede con la adquisición de datos necesarios para la identificación del sistema a través del software de modelamiento matemático llamado MatLab® (toolkit Ident) con el fin de encontrar un modelo optimo que se ajuste al funcionamiento del sistema, con el fin de soportar la sintonía de los controladores con base a este. Posteriormente se realiza un estudio detallado de las bases teóricas y los conceptos más representativos, los respectivos cálculos y sintonización del controlador predictivo generalizado que arroje los parámetros que se requieren para la ley de control y poder visualizar su comportamiento en una interfaz gráfica programada a través de LabView®. De igual forma se sintoniza un controlador PI convencional por el método de Ziegler Nichols, que servirá para que en la fase final del trabajo se realice una comparación, que permita evaluar y realizar conclusiones, sobre cuál es el controlador más eficiente, a la hora de controlar el balancín. Al comprobar el funcionamiento del GPC y teniendo información suficiente, se procede a acudir al controlador convencional PI, calculado bajo la misma función de transferencia arrojada en la identificación, para finalmente realizar una comparación entre ambos métodos de control realizados con el fin de determinar la viabilidad, rendimiento y eficiencia de ambos controladores a través de los índices de desempeño .Este trabajo se realiza con el fin de generar una donación de una planta didáctica de entrenamiento, a la institución universitaria Politécnico Jaime Isaza Cadavid, para que sea usada como medio de aprendizaje, en la cual se puedan realizar 8 prácticas experimentales de laboratorio y demostrativas, en los diferentes escenarios y aulas académicas, teniendo como objetivo, dar una versión diferente de planta, con sensores no usados de manera común en el medio académico, y con elementos tecnológicos que se están convirtiendo en tendencia.
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    Diseño e implementación de un sistema de control para la temperatura y la presión de una autoclave para esterilizar instrumental odontológico y médico
    (Politécnico Colombiano Jaime Isaza Cadavid, 2017) Álzate Aristizabal , Juan Felipe; Bedoya Mora , Héctor Camilo; Moreno , Luís David; Urdinola Restrepo , Álvaro; Ur
    Este trabajo contiene el desarrollo de un sistema de control para la temperatura y la presión dentro de una autoclave para esterilizar instrumentos odontológicos y médicos. Inicialmente se define la dinámica del proceso de esterilización y se caracteriza cada uno de los elementos que hacen parte del sistema de control. Luego para el diseño del algoritmo de control predictivo generalizado se utiliza un modelo de segundo orden que representa la dinámica de temperatura y para la presión se diseña un control PI por asignación y cancelación de polos que para hacerlo autoadaptable se trabaja con un algoritmo de identificación en línea RLS. Este sistema de control se implementó en una Raspberry PI3 que a través de una pantalla LCD táctil de 3.5” se configuran y se visualizan los parámetros de funcionamiento de la autoclave. Finalmente la calidad de los ciclos de esterilización son validados a través de indicadores químicos y se registran los datos de temperatura, presión, tiempo, señal de control del predictivo generalizado y señal de control del PI por asignación y cancelación de polos.
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    Diseño e implementación para un sistema de viga y bola utilizando un controlador con observador de estados de orden reducido
    (Politécnico Colombiano Jaime Isaza Cadavid, 2016) Cadavid Álzate , Jorge Daniel; López Giraldo , Juan Camilo; García Jaimes , Luís Eduardo; Urdinola Restrepo , Álvaro
    En este trabajo se presenta el diseño de una planta inestable de tipo bola y viga, utilizando como controlador un observador de estados de orden reducido, para implementar el controlador es necesario garantizar una rápida velocidad de logre estabilizar la bola en el punto de referencia deseado. El trabajo inicia con el desarrollo e implementación del prototipo realizando la descripción de cada uno de los elementos que la comprende, desde la parte mecánica como la parte electrónica, finalizando con su funcionamiento detallado. Una vez elaborado el prototipo en óptimas condiciones el paso a seguir es obtener un modelo aproximado del sistema que permita diseñar los controladores, al ser una planta inestable no se puede identificar por métodos paramétricos o no paramétricos, debido a esto se procede a encontrar un modelo por medio de leyes físicas fundamentada esta teoría en las ecuaciones de Euler LaGrange, de esta manera asegurar que el modelo resultante es válido e iniciar el proceso de adaptar la planta, generando parámetros los cuales deben garantizar una buena ejecución del control en el sistema por medio de la ley de control. Luego se procede a diseñar las controladores, para el trabajo se utilizó un observador de estados de orden reducido con la intensión de proponer un controlador avanzado no visto durante el programa académico, estimando de forma permanente el error del sistema y su estabilización, luego de obtener la estabilización del sistema, se procede a implementar un controlador clásico conocido como PID, ambos desarrollados en el software LabView®, donde se desarrolla la parte de control contemplando una interfaz gráfica para obtener la respuesta en tiempo real y permitir la manipulación del sistema. Por último se procede a comparar los controladores por medio de las métricas del error con el fin de obtener un resultado sobre la respuesta y el esfuerzo de control de cada controlador sobre la planta prototipo.
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    Implementación de un manipulador vertical electroneumático de carga con controlador PID mas filtro de media móvil para pesos variables
    (Politécnico Colombiano Jaime Isaza Cadavid, 2016) Gallego Builes, Sara María; Ruíz Álzate, Juan Camilo; Maya Londoño , David; Urdinola Restrepo , Álvaro
    En el presente trabajo se presenta el diseño y la implementación de un sistema manipulador electro neumático vertical para cargas variables con un controlador PID más filtro de media móvil, el sistema antes mencionado consta de un actuador neumático, una celda de carga tipo S encargada de enviar la señal correspondiente al peso que va a ser levantado, un PLC S7-1200 que enviará la señal de control a una válvula transductora y esta a su vez enviará la señal análoga al actuador neumático para sostener dicho peso. Para hallar el modelo de la planta se utilizó inicialmente la ecuación de la fuerza (segunda ley de Newton), incluyendo la ley universal de los gases y las constantes de la válvula y el cilindro utilizados para la implementación del prototipo, seguido a esto se propuso hallar los parámetros del controlador PID mediante el método de sintonización de Ziegler – Nichols, en este punto se trato primero de llevar el modelo de tercer orden a uno de primer orden con retardo mediante el toolbox identi de matlab y de esta manera obtener los valores correspondientes al tiempo integral, tiempo derivativo y ganancia, este paso no se pudo llevar a cabo debido a que las aproximaciones no se podían dar, ya que el sistema en lazo abierto no es estable por la acción del polo en el origen, por esta razón se hizo uso del segundo método de sintonización de Ziegler – Nichols que corresponde a hacer que el sistema tenga unas oscilaciones sostenidas y de esta forma, valiéndose de la ganancia que genera las oscilaciones en el sistema y el periodo entre picos se lograran hallar los parámetros del controlador, obteniendo como resultado el controlador PID para el sistema, además de esto se buscó un controlador adicional que satisficiera el correcto funcionamiento de la planta, para esto se diseñó un controlador – observador de orden completo, el cual a pesar de no tener relación directa con un PID deja una idea clara de cómo controlar el proceso para brindar recomendaciones para posteriores implementaciones, paso seguido se realizó el filtro de media móvil deseado para que el sistema tenga un retardo en su accionamiento y se eviten accidentes por la velocidad del desplazamiento del actuador.8Se diseñó el prototipo virtual y de este se pasó al prototipo físico, programando inicialmente el PLC a utilizar con los parámetros hallados para el controlador PID más su filtro de media móvil, mediante el software TIA V13, se realizaron las pruebas para que este cumpliera con la función para la cual fue diseñado, lo cual no fue posible debido a que la ganancia era muy pequeña para lograr cambios en el sistema por lo que se realizaron ajustes en los parámetros del controlador y de esta forma el prototipo funcionó correctamente
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    Implementación de un módulo de inspección en 3D para el Laboratorio de Mecatrónica del Politécnico Jaime Isaza Cadavid
    (Politécnico Colombiano Jaime Isaza Cadavid, 2018) Montoya Bustamante , Camilo Andrés; Gómez López , Jorge Alberto; Urdinola Restrepo , Álvaro
    El avance de las tecnologías y las constantes actualizaciones de procesos han hecho emerger tecnologías nuevas de vanguardia, es por esto que el manejo en la visión ha cobrado gran importancia en los procesos industriales y locativos en muchas ramas del desarrollo humano. El ingreso de múltiples programas de interacción y control han desencadenado muchos proyectos de gran importancia en el medio. El mundo de las imágenes en dos dimensiones “2D” han generado muchas necesidades de definición, calidad y presentación generando en muchas empresas una libre competencia que ha generado un importante avance en los elementos de vanguardia como lo son las cámaras en general y celulares (gran diferenciador en el mercado a la hora de adquirirlo). El manejo de imágenes en el medio digital y en las redes han llevado a grandes aplicaciones industriales de gran proyección a la calidad, procesos como identificación de defectos tanto estructurales como de apariencia mostrando al proceso oportunamente detalles que inciden directamente en la calidad. Se puede apreciar como en la última década el mundo se empieza a inclinar sobre las imágenes en tres dimensiones “3D”, empezando por los televisores, el cine y los juegos de diversión. No obstante, las necesidades industriales de todo tipo se han visto en la necesidad de invertir y desarrollar la tecnología 3D. Casos puntuales como la reconstrucción de piezas arqueológicas, fachadas coloniales, elementos en accidentes aéreos o de tránsito, fusilamiento de objetos para aplicarles ingeniería inversa, el campo médico y en distintas ramas de la ingeniería. Este proyecto de implementación de un módulo de inspección en tres dimensiones para el laboratorio de mecatrónica del politécnico Jaime Isaza Cadavid nace con el objetivo principal de recuperar un proyecto de investigación dirigido a una panadería7local, el cual se había dejado de usar por inconvenientes económicos y de alcances propios de la entidad para la cual fue ejecutado. En el rediseño del proyecto se recuperó la estructura y componentes físicos y funcionales que muchos de hechos se volvieron a fabricar por perdida. Así mismo sucedió con los componentes eléctricos y de programación. Se diseñó un nuevo código de programación con la versión del software Labview® 2017 la cual cuenta con la respectiva licencia en el Politécnico Jaime Isaza Cadavid. La implementación del escáner 3D en el laboratorio de mecatrónica representa la oportunidad de realizar procesos de escaneo que pueden ser aplicados al conocimiento de los estudiantes y las respectivas inclinaciones por el mejoramiento y desarrollo de esta tecnología como herramienta para satisfacer situaciones de primera necesidad en la industria, tanto local como internacional. Cada aplicación ha demostrado procesos muy específicos y de sutil tratamiento, es por esto que se le debe dar gran importancia a esta herramienta de alta aplicación y demanda.
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    Implementación de un sistema automático para dispensar frutas
    (Politécnico Colombiano Jaime Isaza Cadavid, 2016) Romero Gaspar , Jaime Humberto; Henao Henao , Carlos Alberto; García Jaimes , Luís Eduardo; Urdinola Restrepo , Álvaro
    En este trabajo se presenta la descripción para la implementación de un sistema automático para dispensar frutas, haciendo uso de la plataforma Arduino MEGA. Se inicia con la realización de una investigación en el mercado local a través de encuestas, para identificar cuáles son las frutas de mayor consumo y la forma de distribución de éstas, para luego ser utilizadas en el prototipo, se identifica frutas de contextura esférica con cierta tolerancia como los aguacates y mangos. Posteriormente se presenta el diseño de un sistema electromecánico que genera el desplazamiento de las frutas de forma adecuada, sin maltratarlas, con la ayuda de un servomotor para generar el movimiento, diseñado inicialmente con materiales maleables como el cartón que permitan la modificación de la estructura hasta llegar al objetivo final de movimiento preciso; Además un sistema de refrigeración que permite conservación por más tiempo, mediante la adaptación de una nevera minibar con un sistema de celdas de peltier; También se desarrolla un programa de automatización bajo lenguaje C utilizando un microcontrolador con una interface usuario-máquina, para visualizar y validar el dinero ingresado, el cual es de forma exacta, debido a que el sistema de pago no realiza la devolución del dinero por su tamaño y tecnología, también cuenta con unos procesos de entrega garantizada en los cuales se determine que no está apto para la venta del producto, así como un sistema electrónico de potencia adaptado al sistema electromecánico de entrega de la fruta. Finalmente se realiza el proceso de validación de entrega del producto con la ayuda de un display con tecnología I2C que indique que el procedimiento ha terminado.