Discriminador binario de imaginación visual a partir de señales EEG basado en redes neuronales convolucionales

Las interfaces cerebro-máquina (Brain-Computer Intarface, BCI, en inglés) son una tecnología que permite la comunicación directa entre el cerebro y el mundo exterior sin necesidad de utilizar el sistema nervioso periferico. La mayoría de sistemas BCI se centran en la utilización de la imaginación motora, los potenciales evocados o los ritmos corticales lentos. En este trabajo se ha estudiado la posibilidad de utilizar la imaginación visual para construir un discriminador binario (brain-switch, en inglés). Concretamente, a partir del registro de señales EEG de siete personas mientras imaginaban siete figuras geométricas, se ha desarrollado un BCI basado en redes neuronales convolucionales y en la densidad de potencia espectral en la banda α (8-12 Hz), que ha conseguido distinguir entre la imaginación de una figura geométrica cualquiera y el relax, con un acierto promedio del 91 %, con un valor Kappa de Cohen de 0.77 y un porcentaje de falsos positivos del 9 %.

Control mixto para el seguimiento de trayectoria en buques marinos

Este trabajo muestra el diseño de un controlador adaptable para un buque marino; la estrategia de control que se propone es la aplicación de un controlador basado en álgebra lineal para la cinemática y una técnica de control adaptable para la parte dinámica del buque. El controlador basado en álgebra lineal (LABC) para cinemática recibe las referencias de posición deseadas y esto genera otro par de velocidad de referencia para el controlador adaptable (dinámico). El objetivo principal de la aplicación de la técnica de control adaptable se presenta en el caso de que la masa del buque varíe con su trayectoria (por ejemplo, buque pesquero, buque de reabastecimiento de combustible, etc.) donde el controlador adaptable ajusta sus parámetros mediante la ley de adaptación, que a su vez genera una acción de control que compensa las variaciones dinámicas del buque. Además, este trabajo presenta el análisis de estabilidad y la ley de ajuste adaptable basada en la teoría de Lyapunov. Los resultados de simulación muestran que el sistema puede seguir las señales de referencia con un error muy bajo aún en presencia de incertidumbre.

Resultados experimentales del control de un sistema de teleoperación bilateral de robots con retardos variantes en el tiempo

Los sistemas bilaterales de teleoperación son útiles en una amplia gama de tareas que pueden resultar peligrosas o inaccesibles para un humano. Sin embargo, cuando aparecen retardos variantes en el tiempo en el canal de comunicación, ya no se puede garantizar una transparencia perfecta. En cambio, se pueden perseguir otros objetivos de control, como la correspondencia cinemática entre los robots local y remoto. Además, dado que la mayoría de los robots disponibles comercialmente no están equipados con sensores de velocidad, para garantizar un cierto nivel de transparencia o correspondencia cinemática, el controlador no puede depender de las mediciones de velocidad. Este artículo está enfocado en presentar los resultados experimentales de un esquema robusto ante los retardos en el tiempo para manipuladores no lineales conectados a través de un canal de comunicación. Las ventajas principales del esquema propuesto son: i) no es necesario conocer los parámetros dinámicos de los manipuladores, ii) no es necesario imponer restricciones acerca del comportamiento del operador humano y de la superficie remota, iii) se obtiene una estimación de velocidades através de un filtro lineal de segundo orden, iv) un término que garantiza el seguimiento de fuerza fue agregado al esquema. Con el objetivo de mostrar el buen desempeño del esquema propuesto, se reportan un conjunto de experimentos que se han llevado a cabo entre diferentes ciudades de México utilizando Internet como canal de comunicación.

Integración de la estrategia FMBPC en una estructura de control predictivo en lazo cerrado. Aplicación al control de fangos activados

En este trabajo se aborda la integración de dos métodos o estrategias de Control Predictivo basado en Modelos, a saber: Control Predictivo basado en Modelos Borrosos (FMBPC) y Control Predictivo en Lazo Cerrado (CLP MPC). La primera de estas estrategias utiliza principios de Control Predictivo Funcional (PFC) y está enmarcada, al mismo tiempo, en el ámbito del Control Inteligente (IC). La integración tiene como principal objetivo proporcionar a la estrategia de control no lineal FMBPC un procedimiento de optimización que permita el manejo automático de restricciones en la variable de control. La solución propuesta consiste en hacer uso de una estructura complementaria de tipo CLP MPC para determinar mediante optimización, en cada instante de muestreo, los valores óptimos de un cierto término aditivo, a sumar a la ley de control FMBPC, de tal modo que se satisfagan las restricciones. El modelo de predicciones y la ley de control base necesarios para realizar los cálculos en la estructura CLP MPC son proporcionados por la estrategia FMBPC. La estrategia mixta FMBPC/CLP propuesta ha sido validada, en simulación, aplicándola al control de fangos activados en plantas de tratamiento de aguas residuales (EDAR), poniendo el foco en la imposición de restricciones a la acción de control. Los resultados obtenidos son satisfactorios, observando un buen rendimiento del algoritmo de control diseñado, al tiempo que se garantiza tanto la satisfacción de las restricciones, que era el principal objetivo, como la estabilidad del sistema en lazo cerrado.

Control predictivo de sistemas ciberfísicos

El control predictivo engloba a una familia de controladores que replanifican continuamente las entradas del sistema durante un cierto horizonte temporal con el fin de optimizar su evolución esperada conforme a un criterio dado. Esta metodología tiene entre sus retos actuales la adaptación al paradigma de los llamados sistemas ciberfísicos, que están compuestos por computadoras, sensores, actuadores y entidades físicas de diversa índole entre las que se incluyen robots e incluso seres humanos que intercambian información con el objetivo de controlar procesos físicos. Este tutorial presenta los conceptos centrales de la integración del control predictivo en este tipo de sistemas mediante el repaso a una serie de ejemplos que explotan la versatilidad de este marco de diseño de controladores para resolver los desafíos que presentan las aplicaciones del siglo XXI.

Modelado de un AGV híbrido triciclo-diferencial

En el ámbito industrial se utilizan con frecuencia Vehículos de Guiado Automático (AGV) para el transporte de mercancía puntual, normalmente sustituyendo a los medios de transporte manuales o a las cintas transportadoras, para así reducir costes operativos y errores humanos. Para aumentar el rendimiento de estos sistemas industriales y que puedan realizar funcionalidades más avanzadas, es fundamental desarrollar modelos orientados al control que permitan probar nuevas estrategias y técnicas de control que los hagan más eficientes y seguros. Para ello, en este trabajo se desarrolla un modelo cinemático y dinámico orientado al control de un AGV. El principal objetivo del trabajo es conseguir una representación matemática de la compleja dinámica del AGV Easybot, un vehículo híbrido triciclo-diferencial, que permita estudiar los efectos de carga remolcada y la interacción rueda-suelo. Para ello se ha desarrollado el modelo cinemático de la parte diferencial y del triciclo, y se han combinado ambos entre sí y con el desarrollo de la dinámica del vehículo. Se ha descompuesto el AGV en sus distintos módulos y se han aplicado las ecuaciones de Newton-Euler para obtener las ecuaciones de su comportamiento dinámico. El modelo se ha validado en simulación para diferentes trayectorias, variando la carga y la velocidad.

Control mediante rechazo activo de perturbaciones de la temperatura de un módulo termoeléctrico

Este artículo presenta una aproximación mediante rechazo activo de perturbaciones para controlar, de manera indirecta, la temperatura de la cara fría de un módulo termoeléctrico alimentado por un convertidor CD-CD tipo reductor. La dinámica del módulo, es vista como una perturbación de naturaleza desconocida y variante en el tiempo, del voltaje de salida del convertidor. Dicha perturbación es estimada mediante un observador de tipo proporcional integral generalizado, el cual en combinación con el controlador permite regular la temperatura en la cara fría del módulo termoeléctrico a un valor constante deseado. El observador diseñado estima de manera simultánea el voltaje de salida del convertidor reductor y la perturbación exógena en un esquema de cancelación en línea, conocido como control mediante rechazo activo de perturbaciones. Para propósitos de comparación, se diseñan un controlador de tipo proporcional integral y un regulador cuadrático lineal, sobre la base de una linealización aproximada del modelo dinámico combinado del convertidor reductor y del módulo. Los resultados experimentales que se obtuvieron mediante un prototipo experimental, permiten mostrar la efectividad de la técnica de control propuesta para este tipo de dispositivos termoeléctricos.

Análisis del desempeño de un control PID de orden fraccional en un robot móvil diferencial

Este trabajo aborda el problema de seguimiento de trayectorias de un robot móvil tipo diferencial considerando una extensión dinámica del modelo cinemático y, controlando un punto frontal situado a una cierta distancia perpendicular al eje medio de las ruedas. Se proponen dos tipos de controladores, un controlador PID de orden fraccionario (PIdeltaDmu) y un controlador PD fraccionario (PDmu), ambos basados en errores de seguimiento. Los controladores propuestos se obtienen empleando la técnica de linealización entrada-salida. Por otra parte, los términos fraccionarios del controlador se basan en el operador de Caputo. Se presentan simulaciones numéricas con diferentes órdenes fraccionarios y se comparan con el controlador PID de orden entero, mostrando las variaciones ocurridas al cambiar únicamente el orden del controlador.

Sistema de control de posición mediante rechazo activo de perturbaciones para sistemas ópticos láser

En este trabajo se presenta de manera pragmática un esquema de control por rechazo activo a perturbaciones para un sistema de direccionamiento y estabilización de haz láser. Primeramente es diseñado un Observador Lineal de Estado Extendido, el cual permite estimar las perturbaciones externas e incertidumbres en el modelo, así como la velocidad de desplazamiento transversal del haz. Posteriormente, se propone una ley de control, la cual contiene términos de retroalimentación y precompensación, permitiendo realizar tareas de regulación y seguimiento. Mediante un análisis de estabilidad en el sentido entrada a estado, se muestra que el sistema en lazo cerrado, planta-observador-controlador, es robustamente estable, cuando la entrada es la perturbación total y el estado es el error de posición del haz. Dicho análisis presenta nuevas perspectivas en una técnica ahora madura. Los resultados experimentales muestran el funcionamiento del esquema de control y mediante la norma L2 y la Integral del Error Cuadrático se mide el desempeño en lazo cerrado, el cual es comparado con tres controles generalmente usados en este tipo de sistemas: PID, control por retroalimentación de estados con observador y regulador lineal cuadrático gaussiano.

Método de error de Bellman con ponderación de volumen para mallado adaptativo en programación dinámica aproximada

El control óptimo y aprendizaje por refuerzo lleva asociada una "función de valor'' que debe ser adecuadamente aproximada. Estos problemas de aproximar funciones de valor tienen, usualmente, diferentes requerimientos de precisión en diferentes regiones del espacio de estados. Un mallado uniforme tiene problemas porque desperdicia recursos en regiones en las que la función de valor es suave, mientras que no tiene la suficiente resolución en zonas con grandes cambios en dicha función. El presente trabajo propone una metodología de programación dinámica aproximada con mallado adaptativo, para poder adaptarse a dichos requerimientos cambiantes sin incrementar en exceso el número de parámetros del aproximador. La propuesta se basa en mallados simpliciales y en el error en la ecuación de Bellman con un criterios para añadir y quitar puntos del mallado: se modificarán propuestas de la literatura incluyendo el volumen de los símplices afectados en los criterios, y se detallarán las manipulaciones de la triangulación necesarias.