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A Procedure for Determination of Reduced Polytopic Models Based on Robust Multi-Model Representation of Large Dimensions
(Universidad Nacional de Misiones. Facultad de Ingeniería., 2023-11-03) Cappelletti, Carlos Alberto; Pipino, Hugo; Bernardi, Emanuel; Adam, Eduardo J.
This study entails a meticulous examination of the dynamic characteristics exhibited by the continuous stirred tank reactor (CSTR) with the objective of establishing a robust multi-model representation that accurately captures the reactor behavior across its operational range. To achieve this, a methodology is presented, which incorporates parameter variations as uncertainties within the model. The result is a concise polytopic representation, reduced to its vertices, that effectively captures the system dynamics and encompasses the range of parameter uncertainties.
A qLPV Nonlinear Model Predictive Control with Moving Horizon Estimation
(2021-10-15) Morato, Marcelo M.; Bernardi, Emanuel; Stojanović, Vladimir
This paper presents a Model Predictive Control (MPC) algorithm for Nonlinear systems represented through quasiLinear Parameter Varying (qLPV) embeddings. Input-to-state stability is ensured through parameter-dependent terminal ingredients, computed offline via Linear Matrix Inequalities. The online operation comprises three consecutive Quadratic Programs (QPs) and, thus, is computationally efficient and able to run in real-time for a variety of applications. These QPs stand for the control optimization (MPC) and a Moving-Horizon Estimation (MHE) scheme that predicts the behaviour of the scheduling parameters along the future horizon. The method is practical and simple to implement. Its effectiveness is assessed through a benchmark example (a CSTR system).
Adaptive Predictive Control for Industrial Processes
(IEEE, 2021-11-05) Bernardi, Emanuel; Pipino, Hugo; Cappelletti, Carlos Alberto; Adam, Eduardo J.
In this work a predictive controller formulation is developed within a linear parameter-varying formalism, which serves as a non-linear process model. The proposed strategy is an adaptive Model-based Predictive Controller (MPC), designed with terminal set constraints and considering the scheduling polytope of the model. At each sample time, two Quadratic Programming (QP) problems are solved: the first QP considers a backward horizon to find a virtual model-process tuning variable that defines the best LTI prediction model, considering the vertices of the polytopic system; then, the second QP uses this LTI model to optimise performances along a forward horizon. This paper ends with a realistic solar thermal collector process simulation, comparing the proposed MPC to other techniques from the literature. Discussions regarding the results, the design procedure and the computational effort are presented.
Análisis predictivo sobre la cantidad de horas de generación de una instalación solar fotovoltaica
(2018-09-12) Szwarc, Gerardo D.; Rocchia, Nicolás J.; Ferreyra, Diego M.; Bernardi, Emanuel
En el presente trabajo, se busca obtener una función matemática que modelice la cantidad de horas de generación de una instalación solar fotovoltaica que se encuentra interconectada con la red de distribución eléctrica. Al analizar la variación de la cantidad de horas de generación a lo largo del año se observó que sigue una onda cuasisinusoidal, lo cual hizo suponer que un modelo matemático de este tipo sería adecuado para la predicción de las mismas. La función obtenida se genera en base a la cantidad de horas de generación de la instalación en 2016, y se verifica su fiabilidad contrastándola con los datos obtenidos en 2017. Dicha verificación es realizada mediante un análisis de correlación entre el modelo teórico y los datos reales. Los datos son obtenidos a través del estudio de la información de funcionamiento de la instalación provista por el equipo inversor que inyecta la energía a la red.
Aplicación del procesamiento de imágenes en la caracterización y clasificación de áreas agrícolas
(2018-09-14) Busano, Facundo Nicolás; Miretti, Marco; Bernardi, Emanuel; Pipino, Hugo; Peretti, Gastón Carlos
En el presente trabajo se aborda el desarrollo e implementación de un sistema de acon- dicionamiento y posterior procesamiento de imágenes para la estimación de la cantidad y calidad de vegetación, así como la cuantificación de superficies inundadas. Para ello, se empleó el cómputo del índice de vegetación de diferencia normalizada y el índice de agua de diferencia normalizada, utilizando como elemento sensor una cámara web genérica, modificada para captar las porciones necesarias del espectro electromagnético. Los experimentos realizados, en condiciones ambientales controladas, demuestran la factibilidad de implementación de dicho sistema en la estimación de la proporción de superficies inundadas y en la evaluación de la cantidad de vegetación.
Caracterización y calibración de unidades de medición inercial de bajo costo
(edUTecNe, 2024-10) Jaime, Ibrahim; Beck Ferrero, Federico Augusto; Miretti, Marco; Bernardi, Emanuel
Considerando que la agricultura es una de las bases fundamentales de nuestra economía, su modernización resulta crucial para mejorar el rendimiento. La incorporación de tecnologías avanzadas permite una mejor gestión de los recursos, mayor precisión en las labores y una reducción significativa de los tiempos de trabajo. Además, estas tecnologías contribuyen a disminuir el impacto ambiental y a reducir la frecuencia de accidentes laborales. Con el objetivo de contribuir a la tecnificación de los procesos agro-industriales, desde el grupo de investigación de control aplicado y sistemas embebidos se inició el desarrollo de un vehículo autónomo multipropósito, para la evaluación de estrategias de navegación y control. Un componente fundamental para el seguimiento de trayectorias de manera autónoma es el sistema de adquisición de datos sobre la actitud del vehículo, en cada instante. Esto es, para determinar la orientación del mismo se utiliza una unidad de medición inercial (IMU), la cuál está compuesta por tres tipos de sensores: magnetómetro, giroscopio y acelerómetro. Dichos sensores son del tipo microelectromecánico y brindan mediciones de campo magnético, aceleración y velocidad angular. Las unidades de bajo costo comerciales cuentan con nueve grados de libertad, ya que poseen tres sensores de cada tipo, apropiadamente dispuestos. En el presente trabajo se presentarán las técnicas empleadas para la caracterización y calibración de IMU's de bajo costo. Dicho proceso es fundamental para su correcto funcionamiento debido a las perturbaciones que los sensores reciben por parte del entorno y también por el movimiento y vibraciones del vehículo en movimiento. Esto es, se realizará la caracterización de los sensores empleando el método varianza de Allan. Dicha información será utilizada tanto en el desarrollo del algoritmo de control como también en la determinación del período de recalibración del sensor, para asegurar un correcto funcionamiento.
Desarrollo de herramientas IoT para la enseñanza de Sistemas de Control
(2020-06-19) Miretti, Marco; Bicego, Martín; Olmedo, Paula Beatriz; Bernardi, Emanuel
La línea de investigación formulada en este proyecto está orientada a la enseñanza de Sistemas de Control en ámbitos académicos. El mismo expone un conjunto de herramientas del internet de las cosas (IoT), donde sus dispositivos de hardware constituyen sistemas dinámicos, típicos del área, que posibilitan el diseño de controladores y su posterior validación. En tanto el paquete de software involucrado, diseñado en Python, se compone de una interfaz intuitiva y amigable que facilita la interacción con el hardware, permitiendo su utilización por parte de usuarios ajenos al ámbito de los sistemas embebidos.
Desarrollo de un dispositivo CANSAT para fomentar el acceso a las tecnologías espaciales
(2019-04-26) Anchino, Leonardo Agustín; Torti, Andrés; Miretti, Marco; Bernardi, Emanuel; Peretti, Gastón Carlos; Podadera, Rodolfo David
En nuestro país, la enseñanza y el acceso a las tecnologías espaciales no está contemplado en los contenidos curriculares de las instituciones educativas de nivel medio. En consecuencia, el acercamiento de los estudiantes a las mismas y su aplicación a través de actividades formativas, es generalmente dificultoso. Esto se debe principalmente a la gran cantidad de conceptos, aprendizajes y equipamiento, que estos sistemas conllevan. Es por ello, que el presente proyecto aborda la investigación y el desarrollo de dispositivos CANSAT para la implementación de una plataforma educativa lista para usar, permitiendo que las instituciones, cualesquiera sea su orientación, se introduzcan progresivamente en la enseñanza de las tecnologías espaciales, sin necesidad de adoptar todos los conocimientos técnicos que esto implica. De esta forma, se posibilita que los estudiantes se enriquezcan con la experiencia obtenida a partir del uso de la misma con un enfoque más general. Promoviendo así, el incentivo y el fortalecimiento de vocaciones científicas.
Desarrollo de una infraestructura de laboratorios para la educación remota
(ACSE – Asociación Civil para la investigación, promoción y desarrollo de Sistemas Embebidos, 2020-11-01) Miretti, Marco; Bernardi, Emanuel
En los últimos años, especialmente a partir del brote de COVID-19 a inicios de 2020, el acceso remoto a la educación ha demostrado ser una necesidad. En muchos aspectos, se ha evolucionado a un ritmo sin precedentes. No obstante, las experiencias de laboratorio se han visto especialmente perjudicadas debido a la naturaleza presencial de las mismas. Es por ello, que este trabajo describe la construcción de un marco de desarrollo orientado a la creación de experimentos prácticos de forma remota. El mismo, procura ser modular, replicable y escalable. Su aplicación resulta en la creación de diversos laboratorios a partir de componentes de bajo costo y de fácil acceso. Específicamente, con el fin de demostrar las posibilidades de este framework, el presente ensayo muestra una instancia orientada a la enseñanza de sistemas de control.
Detección y control de malezas a través de la evaluación de parámetros normalizados
(2018-10-09) Miretti, Marco; Busano, Facundo Nicolás; Bernardi, Emanuel; Peretti, Gastón Carlos
Este trabajo presenta la mejora de un desarrollo previo, cuyo objetivo era la detección de malezas durante el período de barbecho, para la posterior aplicación selectiva de herbicidas. En este caso, con el mismo fin, se busca optimizar el método de detección basándose en la utilización de parámetros normalizados, tales como el Índice de Vegetación de Diferencia Normalizada. El cálculo de este tipo de índices precisa no solo de la adquisición de luz visible, sino también de bandas infrarrojas. Por tal motivo, se realizaron modificaciones en una cámara de bajo costo que permiten la recepción de las porciones necesarias del espectro electromagnético. Luego de la alteración del hardware se empleó la plataforma de desarrollo Raspberry pi 3 para realizar las tareas de procesamiento de imágenes. Las pruebas en laboratorio arrojan resultados prometedores, ya que no solo se mejoraron los tiempos de procesamiento previos, sino también se disminuyo la detección de falsos positivos.
Diseño de Observadores para la Detección y Diagnóstico de Fallas Aplicados a la Industria de Procesos
(UTN, 2020-05-20) Bernardi, Emanuel; Adam, Eduardo J.
En las últimas décadas, los sistemas de control han evolucionado, desde simples estructuras de realimentación mecánicas hasta la concepción de estrategias avanzadas, cuya implementación sobre dispositivos electrónicos permite significativas mejoras en la operación de sistemas complejos y/o altamente inestables, optimizando costos y esfuerzos de control. A menudo, escenarios inesperados, o eventos no contemplados previamente en el diseño del controlador, suceden en los sistemas provocando rendimientos insatisfactorios o incluso comprometiendo su estabilidad. En general, tales eventos se generan ante el mal funcionamiento de los componentes del sistema (actuadores, sensores, entre otros). Por lo que para afrontar estos inconvenientes resulta estrictamente necesario el desarrollo de sistemas de detección, aislación y diagnóstico de fallas capaces de inferir, en una fase temprana de su desarrollo, la ocurrencia de una falla e indicar la razón que la causó, conociendo en detalle las anomalías del sistema, de forma tal, que permita a los controladores tomar decisiones adecuadas, mientras se mantienen las características de rendimiento y estabilidad deseadas. Es por ello, que a través de este trabajo de tesis se busca conocer, evaluar y desarrollar técnicas de detección y diagnóstico de fallas con fines prácticos. Específicamente, se presenta el estado actual de conocimiento sobre el tema acompañado por los principales conceptos básicos involucrados, para luego abordar aquellas herramientas que emplean redundancia analítica generada a partir del conocimiento del modelo matemático del proceso. Esto es, profundizar el abordaje de los esquemas de detección y diagnóstico de fallas basados en observadores de estados tanto sobre sistemas lineales e invariantes en el tiempo, como para sistemas lineales de parámetros variables. Los esquemas de detección y diagnóstico propuestos se evaluaron, mediante simulaciones numéricas, sobre tres operaciones unitarias típicas de la industria química de procesos. Siendo estas: el proceso de dos tanques sin interacción, un sistema intercambiador de calor y un reactor continuo de tanque agitado.
Diseño de un Registrador de Frecuencia de Línea con PMU
(AJEA- Actas de Jornadas y Eventos Académicos de UTN, 2023-12) Hachman, Germán; Bernardi, Emanuel
Las unidades de medición fasorial constituyen un recurso tecnológico que permite la medición con gran precisión del estado dinámico del sistema eléctrico de potencia. Los avances técnicos y las investigaciones en este campo facilitan la obtención de sincrofasores de tensiones o corrientes de forma precisa. Como consecuencia, este proyecto se basa en el diseño e implementación de un equipo de bajo costo, utilizando el método de la detección de cruce por cero para el cálculo de la frecuencia y de la fase, ajustando el cristal interno de un microcontrolador por medio de la base de tiempo de un GPS, el cual posibilita el registro de la frecuencia de la red eléctrica, la generación del sincrofasor de tensión de línea y el envío de esta información a un concentrador, donde se reciben las mediciones de los diferentes sincrofasores distribuidos en distintas partes de la red eléctrica, para luego evaluar y controlar la operación del sistema de potencia.
Diseño e Implementación de antena para recepción satelital en VHF
(X Congreso de Microelectrónica Aplicada (uEA 2019)., 2019-09-25) Dovis, Emmanuel Mario; Ribero, Fernando; Miretti, Marco; Bernardi, Emanuel
En las ultimas décadas, las imágenes satelitales han sido ampliamente utilizadas para el estudio y predicción de parámetros ambientales. En nuestra región los fenómenos climatológicos tiene incidencia directa sobre las capacidades productivas, y una mejora en la comprensión de sus impactos posibilita al ejecución de estrategias paliativas. Es por ello, que el presente trabajo describe los aspectos técnicos y metodológicos abordados en el diseño, montaje y testeo de una antena, del tipo Yagi- Uda, con el objetivo de recibir las señales satelitales provenientes de satélites de órbita baja. Específicamente, se pretende la recepción de las transmisiones de los satélites meteorológicos de la serie NOAA.
Efectos del tiempo de procesamiento y la cuantización sobre el ángulo de optimización de un sistema de seguimiento
(2012-08-27) Lizárraga, Enrique M.; Peretti, Gastón Carlos; Bernardi, Emanuel
En este trabajo se plantea un modelo de análisis del ángulo de orientación que optimiza un sistema basado en el seguimiento de un objeto con una posición fija, desde un segundo objeto que tiene una trayectoria que se desarrolla en el tiempo. Este análisis surge de un estudio particular conseguido a partir de un vehı́culo aéreo no tripulado (UAV, unmanned aerial vehicule) de pequeña escala, al que se ha dotado con un sistema de adquisición de posición basado en el sistema de posicionamiento global (GPS, global positioning system). Un modelo lineal es utilizado para estimar variables interpoladas que se utilizan para calcular el ángulo de orientación. Con estos resultados se determinan el ángulo de desajuste que introduce el retardo de procesamiento y la cuantización en un procesador digital, además de la respuesta dinámica de un eventual actuador. Estos resultados se utilizan como punto de partida para una especificación de velocidad de cómputo y requerimientos de hardware que son necesarios en el dispositivo para control de orientación.
Enlace Sub-1 GHz para telemetría en plataforma de divulgación tecnológica CANSAT
(Secyt UTN Facultad Regional San Francisco, 2019-10) Torti, Andrés; Anchino, Leonardo Agustín; Dovis, Emmanuel Mario; Bernardi, Emanuel
En los últimos años, se ha observado como los jóvenes, al concluir sus estudios secundarios, pocas veces optan por carreras de grado, con orientación tecnológica. Posiblemente la falta de vocación científico-tecnológica, sumado a la escasa información y al desinterés por afrontar carreras altamente demandantes, constituyan algunas de las principales razones de esta problemática (UTN-BA, 2018). Por otro lado, la necesidad de formar más ingenieros es apremiante y fundamental para resolver desafíos vinculados al desarrollo de la matriz productiva nacional. En consecuencia, a través del proyecto PID-UTN “Desarrollo de una plataforma educativa basada en proyectos CANSAT” (CCUTNSF0005414), se exponen y argumentan las técnicas empleadas en el desarrollo e implementación de un nanosatélite tipo CANSAT1 (Anchino et al., 2019a). Por lo que, a través del presente trabajo se abordan los aspectos técnicos y metodológicos empleados en el diseño e implementación de la nueva versión del enlace Sub-1 GHz para telemetría de la plataforma CANSAT.
Esquema de detección y diagnóstico de fallas basado en observadores de tiempo discreto
(Secyt UTN Facultad Regional San Francisco, 2019-10) Bernardi, Emanuel; Adam, Eduardo J.
En la actualidad los sistemas de control están presentes en casi todos los aspectos de nuestras vidas, su implementación va desde las formas más sencillas en elementos del hogar, hasta las aplicaciones más complejas en aviónica, industrias químicas, petroquímicas y nucleares (Gertler, 1998). El diseño de un controlador convencional, ante un evento como el mal funcionamiento de un actuador, sensor u otro componente del sistema, puede resultar en un rendimiento insatisfactorio, o incluso llevar al sistema a la inestabilidad. En base a lo previamente expuesto, el presente artículo presenta el diseño de un conjunto de observadores de orden reducido para el desarrollo de un esquema FDD de tiempo discreto, capaz de detectar, aislar y diagnosticar el funcionamiento defectuoso de actuadores en sistemas no lineales, que aceptan representación Lineal de Parámetros Variables (LPV), para luego evaluar su comportamiento y capacidades sobre un proceso típico de la industria de procesos químicos.
Estación terrena de adquisición de señales de satélites no geoestacionarios
(2018-04-26) Busano, Facundo Nicolás; Miretti, Marco; Dovis, Emmanuel Mario; Bernardi, Emanuel; Pipino, Hugo; Peretti, Gastón Carlos; Felissia, Sergio Francisco
El creciente desarrollo de los nanosatélites ha conducido a empresas privadas y universidades a involucrarse fuertemente en la industria aeroespacial. Pese a que cada operador de nanosatélite suele poseer su propia estación terrena de comunicación y control, la reducida ventana de tiempo disponible para establecer la comunicación, por tratarse de órbitas terrestres bajas, hace necesaria una red global de recolección de datos. Es por ello, que mediante este proyecto se pretende desarrollar un sistema de posicionamiento de múltiples antenas que reciben señales (UHF, VHF y S-Band) provenientes de satélites no geoestacionarios, entre ellos los nanosatélites o CubeSat. Para luego, emplear dichas señales, compuestas de datos de telemetría e imágenes, en el monitoreo de la salud de cultivos, la cuantificación de superficies inundadas y el análisis climático de nuestro entorno. Por último, además de adquirir, procesar y utilizar la información recolectada, el proyecto contempla la colaboración con los operadores ya establecidos en distintas organizaciones a nivel mundial.
Estación terrena para la obtención de imágenes satelitales
(edUTecNe, 2021-06) Busano, Facundo Nicolás; Ribero, Fernando; Mapelli, Román ; Dovis, Emmanuel Mario; Bernardi, Emanuel
El creciente interés en la temática aeroespacial, ha sentado las bases propicias en las que aficionados a la materia vuelcan sus conocimientos y/o experiencias en el desarrollo de prácticas relacionadas. Es por ello que mediante este trabajo se planteó la construcción de un sistema de posicionamiento de antena para la recepción de señales de radiofrecuencia provenientes de satélites no geoestacionarios. Específicamente, se pretende la recepción de las transmisiones de los satélites meteorológicos. Asimismo, el sistema se propuso como herramienta de aplicación a la hora de procesar y analizar el contenido de la información relevada según los requerimientos existentes.
Estimación híbrida de posición angular en dispositivos de captura de imágenes aéreas
(2018-09-14) Miretti, Marco; Busano, Facundo Nicolás; Bernardi, Emanuel; Pipino, Hugo; Peretti, Gastón Carlos
El presente trabajo aborda el análisis, implementación y comparación de resultados de dos técnicas frecuentemente empleadas en la fusión de sensores. Éstas son: filtro de Kalman y filtro complementario. Además, se trata la adecuación de la información brindada por los sensores involucrados. Dichas técnicas se utilizan para lograr una estimación óptima de los estados del sistema. Para luego, en base a posición angular estimada, desarrollar un sistema de estabilización de un dispositivo de captura de imágenes aéreas que nos permita la evaluación cuantitativa de superficies sembradas, inundadas o sin explotar.
Estrategia de divulgación y enseñanza para fomentar el interés en las tecnologías espaciales
(2019-04-26) Torti, Andrés; Anchino, Leonardo Agustín; Chiappero, Leandro Andrés; Miretti, Marco; Dovis, Emmanuel Mario; Bernardi, Emanuel; Calloni, Juan Carlos; Tomé, Jorge; Berón, Mario Alberto; Podadera, Rodolfo David
Mediante el presente proyecto, se propone analizar el impacto y el efecto multiplicador que proporciona la incorporación de una plataforma tecnológica de vanguardia, como son los dispositivos CANSAT, en el sistema educativo de nivel medio. Dicho de otro modo, la inclusión de las plataformas CANSAT manifiesta el deseo de posicionar a las instituciones, universitaria y de nivel medio, en el punto más avanzado de la tecnología educativa, con el objetivo de despertar e incentivar vocaciones científicas y tecnológicas entre los jóvenes alumnos. Se entiende como plataforma CANSAT a un pequeño satélite, no orbital, con las dimensiones de una lata de gaseosa, como medio diseñado especialmente para permitir a los alumnos de nivel medio insertarse en el mundo de las tecnologías espaciales a través de la programación, la electrónica, el uso de estadísticas, la interpretación de datos, etc.

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