Facultad Regional San Francisco

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Author: search.filters.author.Bernardi, EmanuelStart date: 2020

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    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.
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    Laboratorios Remotos, caso de uso en Sistemas de Control Digital
    (AJEA - Acta de Jornadas y/o Eventos Académicos de UTN, 2024-12-27) Jaime, Ibrahim; Previotto, Santiago; Miretti, Marco; Bernardi, Emanuel
    La experimentación como herramienta de aprendizaje, es en sí un método sumamente enriquecedor, que al ser complementada con conceptos teóricos posibilita la generación de resultados sobresalientes. Este aspecto es particularmente relevante en áreas de formación ingenieril, donde realizar ensayos prácticos constituye una parte íntegra del estudio. En base a lo previamente mencionado, a través de este trabajo se presenta el resultado de una actividad práctica destinada a estudiantes avanzados de Ingeniería Electrónica, con el fin de ilustrar los aspectos centrales del uso de laboratorios remotos en la cátedra sistemas de control digital. Para la implementación de dicha actividad, se recurre al modelado e identificación de sistemas dinámicos, la síntesis e implementación de controladores discretos, y la evaluación de los mismos. En particular se presentan dos casos de sistemas dinámicos con acceso remoto sobre los cuales se ensayan y evalúan diversas técnicas, las más convenientes para cada aplicación.
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    Steinmetz: cálculo complejo y fasores en dos aspectos de la ingeniería eléctrica moderna
    (AJEA - Acta de Jornadas y/o Eventos Académicos de UTN, 2024-05-17) Ferreyra, Diego M.; Bernardi, Emanuel
    Entre fines del siglo XIX y principios del XX, Charles Proteus Steinmetz desarrolló conceptos revolucionarios para la naciente ingeniería eléctrica. A pesar de su bajo perfil en comparación con otros investigadores contemporáneos de renombre, su idea de aplicar cálculo complejo a los circuitos eléctricos de corriente alterna resultó clave para promover numerosos adelantos posteriores. Entre sus desarrollos, se cuentan el estudio de los transitorios eléctricos y la descripción matemática de la histéresis magnética. Actualmente, se aplica el concepto matemático de fasor por él propuesto para describir y calcular diversos fenómenos eléctricos cotidianos. Este trabajo se dedica a rescatar aspectos técnicos y humanos de esta figura de las ciencias de la ingeniería eléctrica, mostrando la aplicación educativa de su propuesta de cálculo complejo en dos aspectos de la ingeniería eléctrica moderna: la distorsión armónica y la medición fasorial.
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    Modeling of a Continuous Stirred Tank Reactor and Controller Design Using LMI Approaches
    (Wiley, 2025-01-07) Cappelletti, Carlos Alberto; Pipino, Hugo; Bernardi, Emanuel; Adam, Eduardo J.
    The design of non-linear control systems remains a challenge today, therefore through this work a procedure to obtain a vertex-reduced multi-model representation, without loss of convexity, is proposed as a suitable solution. That is, a novel approach which considers all parameter variations around the Continuous Stirred Tank Reactor (CSTR) system operating region is developed, resulting in a unique polytopic representation. After that, based on the linear matrix inequalities approach, a control scheme is developed to compute the optimal matrix gains, while the operating, states and inputs, constraints are satisfied and the stability conditions are ensured. Finally, the realistic simulation results highlight the model representation effectiveness in capturing the CSTR dynamic behavior in the operating region, despite parameter variations, allowing the optimal control law design, overcoming the non-linear system nature, to achieve the desired closed-loop system performance.
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    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.
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    Fault-tolerant predictive control based on linear parameter varying scheme for industrial processes
    (2021-12-01) Bernardi, Emanuel; Adam, Eduardo J.
    Background: Process safety is a major concern in the researchers community, both in the past and today. However, the hardware complexity and the involved non-linear dynamics of industrial processes could lead to unsatisfactory behavior of traditional control methods. Methods: To cope with these issues, this paper presents a model-based strategy for fault tolerance in non-lin- ear chemical processes. Specifically, an observer-based fault detection and diagnosis scheme was imple- mented, which generates early and detailed fault information. Therefore, this valuable data was used to compensate the effects induced by actuator and sensor faults throughout the use of an integrated optimiza- tion-based identification and model predictive control technique, which allowed to track a reference even in the presence of faults. Significant Findings: This method reinforces the inherent robustness against faults of linear parameter varying predictive controllers. Moreover, the observers convergence and the controller stability were guaranteed in terms of linear matrix inequalities problems. A simulation based on a typical chemical industrial process, the highly non-linear continuous stirred tank reactor shows that the proposed method can achieve satisfactory performance in fault tolerance.
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    Observer-based fault detection and diagnosis strategy for industrial processes
    (2020-07-30) Bernardi, Emanuel; Adam, Eduardo J.
    This study presents the design of a fault detection and diagnosis (FDD) scheme, composed from a bank of two types of observers, applied to linear parameter varying (LPV) systems. The first one uses a combination of reduced-order LPV observers to detect, isolate and estimate actuators faults, and the second one consists of a set of full-order LPV unknown input observers (UIO) to detect, isolate and estimate sensors faults. The observers’ design, convergence and its stability conditions are guaranteed in terms of linear matrix inequalities (LMI). Therefore, the main purpose of this work is to provide a novelty model-based observers’ technique to detect and diagnose faults upon non-linear systems. Simulation results, based on two typical chemical industrial processes, are given to illustrate and discuss the implementation and performance of such an approach.
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    Fault-tolerant energy management for an industrial microgrid: A compact optimization method
    (2021-01-10) Bernardi, Emanuel; Morato, Marcelo M.; Costa Mendes, Paulo R.; Adam, Eduardo J.; Normey-Rico, Julio E.
    This work presents an optimization-based control method for the fault-tolerant energy management task of an industrial energy microgrid, based on a sugarcane power plant. The studied microgrid has several renewable energy sources, such as photovoltaic panels, wind turbines and biomass power generation, being subject to different operational constraints and load demands. The proposed management policy guarantees that these demands are met at every sampling instant, despite eventual faults. This law is derived from the solution of an optimization problem that combines the formalism of a Moving Horizon Estimation (MHE) scheme (to estimate faults) and a Model Predictive Control (MPC) loop (for fault-tolerant control goals); it chooses which energy source to use, seeking maximal profit and increased sustainability. The predictive controller part of the scheme is based on a linear time-varying model of the process, which is scheduled with respect to the fault estimation brought up by the MHE. Via numerical simulations, it is demonstrated that the proposed method, when com- pared to other MPC strategies, exhibits enhanced performances.
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    Infraestructura para el desarrollo de laboratorios remotos
    (2022-06-15) Miretti, Marco; Bernardi, Emanuel
    El presente trabajo se fundamenta en la enseñanza a través de experiencias remotas. El mismo plantea el desarrollo de una infraestructura de aprendizaje a distancia mediante la construcción de laboratorios remotos de forma versátil, escalable y asequible, al apoyarse en la democratización de la tecnología. Si bien la propuesta es aplicable a un sinnúmero de ramas de la ciencia, con el fin de proveer un prototipo funcional, éste se implementó para la enseñanza de sistemas de control. En consecuencia, éste consiste en la construcción de un sistema dinámico, típico del área. Además, cuenta con una interfaz de programación de aplicación (API) que permite a los estudiantes desarrollar sus propios algoritmos de control, utilizando lenguajes de alto nivel, como son Python y GNU Octave, prescindiendo de competencias afines a los sistemas embebidos y a las redes de comunicación.
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    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).