En este trabajo se propone una técnica híbrida que combina la evolución diferencial adaptable y MATPOWER para resolver el despacho económico con restricciones de red. El método se evalúa en un sistema de 8 nodos bajo cuatro casos: (i) modelo DC sin restricciones; (ii) modelo DC con una restricción de 30 MW de potencia activa entre los nodos 1 y 2; (iii) modelo AC sin límites de línea; y (iv) modelo AC con una restricción de 30 MVA de potencia aparente entre los nodos 1 y 2. De este modo, se cuantifica el impacto de incorporar pérdidas, potencia reactiva y límites operativos sobre el costo y las pérdidas del sistema. En el caso más realista (AC con límites), el costo de operación aumenta alrededor de un 4 % respecto al modelo DC sin restricciones, y las pérdidas activas son aproximadamente un 17 % mayores que en el modelo AC sin límites de línea. La técnica propuesta converge en menos de 200 generaciones y resulta competitiva frente a la PLEM, los algoritmos genéticos y la ED clásica.
En el presente artículo se presenta una herramienta de innovación docente, específicamente un videojuego educativo diseñado para facilitar la enseñanza de los conceptos fundamentales de la disciplina de Control Automático, dirigido a estudiantes de ingeniería. Esta herramienta ha sido desarrollada utilizando el entorno de programación Matlab, aprovechando las capacidades de este software especializado para crear una experiencia de aprendizaje interactiva. Adicionalmente, se documenta la implementación de esta herramienta en una asignatura de ingeniería de segundo año, cuyos resultados evidencian una retroalimentación positiva por parte de los estudiantes respecto al cumplimiento de su objetivo principal: facilitar la comprensión de los conceptos teóricos y prácticos de esta disciplina mediante una metodología innovadora y atractiva.
La planificación de trayectorias en manipuladores industriales sigue siendo un desafío cuando se busca equilibrar simultáneamente productividad, suavidad de movimiento y durabilidad de los actuadores. En particular, los métodos tradicionales tienden a centrarse en un número reducido de métricas, lo que limita la capacidad de evaluar el rendimiento del robot desde una perspectiva integral. Este trabajo propone una metodología inteligente de optimización multiobjetivo para la generación de trayectorias, aplicada al robot colaborativo ABB GoFa5. La aproximación se basa en un modelo tridimensional realista del robot, que reproduce su comportamiento dinámico e incorpora las propiedades físicas de los eslabones, junto con la detección de colisiones tanto con el entorno como con el propio manipulador. La optimización se realiza mediante un algoritmo de enjambre de partículas multiobjetivo, considerando tres configuraciones experimentales: (i) minimización del tiempo de trayectoria y de los pares articulares medios, (ii) optimización del tiempo de trayectoria junto con las velocidades máximas de cada articulación, y (iii) una formulación ampliada que integra tiempo de trayectoria, pares medios y velocidades máximas, alcanzando un total de trece objetivos. Los resultados demuestran que la metodología propuesta facilita la identificación de trayectorias óptimas en función del criterio de interés, ya sea minimizar el tiempo de trayectoria, reducir las velocidades articulares máximas, o prolongar la vida útil del manipulador, garantizando en todos los casos soluciones suaves, libres de colisiones y físicamente eficientes.
Este artículo presenta el diseño, implementación y validación de un gemelo digital del robot ABB IRB 140, integrando Unity y RobotStudio mediante comunicación TCP/IP con el controlador IRC5 y programación en RAPID. La propuesta combina un entorno de realidad virtual inmersiva con una simulación en Unity 3D, lo que permite a los usuarios interactuar de manera segura e intuitiva con el robot antes de ejecutar los movimientos en el sistema físico real. El sistema incluye modos de control manual, manipulación de ejes y programación de trayectorias, con transmisión en tiempo real de las coordenadas articulares al sistema físico. Las pruebas preliminares mostraron una comunicación estable con un retardo promedio de 0,1 s, garantizando la sincronización entre el entorno virtual y el robot real. Desde una perspectiva educativa, se trata de un recurso innovador para la enseñanza de la robótica industrial. Las pruebas realizadas con docentes destacaron la facilidad de uso, la fidelidad de la simulación y el impacto motivador de la experiencia inmersiva. Además, se mitigan las limitaciones típicas de los robots físicos, como la disponibilidad y los riesgos operativos. El gemelo digital se proyecta como una herramienta válida para el aprendizaje activo y basado en proyectos, facilitando la comprensión de conceptos de robótica manipulativa, la práctica de programación y la experimentación segura en entornos universitarios.
En este trabajo se diseña e implementa de forma experimental un Sistema de Conducción Automática (SCA) para el vehículo robótico a escala AutoMINY capaz de conducir sobre una carretera respetando la señalización vertical. Este SCA consta de (i) un sistema de percepción, el cual procesa las mediciones de los sensores a bordo y obtiene información útil sobre el estado del automóvil y de su entorno; (ii) un selector de maniobras, el cual toma la información provista por el sistema de percepción y elige la maniobra de conducción que se debe llevar a cabo; y (iii) los controladores de movimiento diseñados para llevar a cabo cada maniobra. Con este SCA el AutoMINY pudo reconocer 20 clases de objetos de interés y señales de tránsito, detectar el camino y los obstáculos a su alrededor, conducir siguiendo su carril a diferentes velocidades, llevar a cabo la maniobra de rebase al detectar otros autos estacionados en el camino, estacionarse en paralelo o en batería y detenerse al detectar peatones sobre su carril o semáforos en rojo.
La necesidad de inspección y mantenimiento en estructuras reticulares metálicas como puentes o torres de alta tensión expone a los operarios humanos a riesgos considerablemente elevados, como caídas desde gran altura y electrocuciones. Este trabajo nace con el objetivo de reducir estos riesgos mediante el uso de robots trepadores para la realización de tareas de inspección y mantenimiento en estos entornos. Para este tipo de robots resulta fundamental desarrollar métodos de segmentación del entorno que permitan la navegación del robot. El presente artículo desarrolla y compara diferentes métodos de segmentación de estructuras reticulares a partir de nubes de puntos 3D. Los métodos propuestos se basan en dos enfoques: redes neuronales entrenadas con paralelepípedos para favorecer la generalización, y un algoritmo analítico ad hoc. Ambos métodos se evalúan en una base de datos generada sintéticamente. Para la generación de la base de datos, se ha desarrollado un método capaz de generar grandes cantidades de nubes de puntos realistas etiquetadas automáticamente. Los resultados muestran que el algoritmo ad hoc es adecuado para robots con recursos limitados (87 % mIoU), mientras que las redes neuronales alcanzan mayor precisión (98 % mIoU), pero requieren GPU dedicadas. Los resultados y propuestas evaluadas en este artículo aportan información relevante para la selección de métodos de segmentación en este tipo de estructuras reticulares.
En esta nueva edición de Mujeres en Automática se presenta a la matemática e ingeniera de control australiana Ruth Curtain. Su investigación supuso un avance significativo en la teoría de control al ampliar la teoría desarrollada para sistemas de dimensiónfinita a sistemas de dimensión infinita. Asimismo, fue la coordinadora de la beca Rosalind Franklin, una exitosa iniciativa para aumentar el número de mujeres en puestos científicos permanentes en la Universidad de Groninga.
Se han desarrollado múltiples robots móviles capaces de superar obstáculos utilizando varios mecanismos. Entre ellos, destacan aquellos que implementan una estrategia diseñada para ubicar al robot frente al obstáculo y utilizar un brazo acoplado para generar puntos de apoyo adicionales que permitan al robot superar el obstáculo. Recientemente se ha mejorado dicha estrategia, permitiendo que el robot con un brazo acoplado pueda superar obstáculos más complejos (inclinados), estando el robot ubicado en cualquier orientación con respecto al obstáculo. En este trabajo, se presenta un sistema de inferencia difuso que permite, a partir de la orientación del robot y la inclinación de las superficies que conforman el obstáculo, determinar la posición que debe adoptar el brazo para generar un punto de apoyo efectivo que permita superar el obstáculo mientras que se minimiza el riesgo de vuelco durante la operación. Dicho sistema, ha sido validado a través de modelos teóricos que evalúan la propensión al vuelco, y utilizando simulación dinámica. Finalmente, se ha implementado en pruebas reales con el robot Lázaro, demostrando su aplicabilidad.
En este artículo se aborda el control de estabilización de un péndulo invertido con rueda inercial mediante el diseño de dosenfoques de control. Por un lado, se implementa un controlador convencional que utiliza el Regulador Cuadrático Lineal (LQR,por sus siglas en inglés,Linear Quadratic Regulator), y por otro lado, se propone como alternativa no convencional que emplea un controlador basado en aprendizaje por refuerzo (RL, por sus siglas en inglés,Reinforcement Learning). Se presenta el diseño mecánico, el modelo matemático y la identificación paramétrica de una plataforma experimental de bajo costo desarrollada paravalidar los controladores. Además, se diseña un observador de estado utilizando el método de Sylvester para estimar las veloci-dades del péndulo y de la rueda, necesarias para ambos controladores. El controlador RL utiliza un agente actor-crítico entrenado mediante el algoritmo DDPG (por sus siglas en inglés,Deep Deterministic Policy Gradient), basado en el modelo matemático del sistema. Finalmente, se comparan los desempeños de ambos controladores a través de resultados experimentales, concluyendo que el controlador RL logra un menor error en estado estacionario, mientras que el LQR exhibe mejor respuesta transitoria.
La utilidad de los vehículos aéreos no tripulados (UAV, unmanned aerial vehicle) es evidente, lo que se manifiesta en sus múltiples aplicaciones en diversos ámbitos. Dentro de éstos, los drones de ala fija están recibiendo cada vez más interés por algunas de sus ventajas frente a los más conocidos UAV rotatorios, como que son más rápidos y adecuados para vuelos de larga distancia y para cubrir grandes áreas, y son más eficientes en términos de energía. Sin embargo, pueden ser inestables y requieren controladores robustos para su funcionamiento. Para el diseño del controlador es imprescindible contar con modelos matemáticos y computacionales de estos sistemas complejos y no-lineales. En este trabajo se presenta el desarrollo de un modelo dinámico de un UAV de ala fija, el Skywalker X8, así como su simulación. El modelo dinámico no lineal obtenido describe el comportamiento del UAV de forma realista y completa teniendo en cuenta que, al no disponer de cola, las superficies aerodinámicas del UAV pueden comportarse como alerones (deflexión antisimétrica) o como elevadores (deflexión simétrica). La ausencia de cola y el tamaño del UAV hacen posible separar los movimientos longitudinal y lateral manteniendo su acoplamiento parcial. Las entradas del modelo lateral son el ángulo de deflexión de los alerones y la velocidad aerodinámica, mientras que para el modelo longitudinal se han considerado como entradas la fuerza propulsiva y el ángulo de deflexión de los elevadores. Para validar el modelo del UAV se han realizado varias simulaciones de maniobras realistas.
Enfermedades como el reumatismo pueden limitar la movilidad de los dedos, impidiendo a las personas afectadas realizar sus actividades diarias adecuadamente y requiriendo rehabilitación motora. Este trabajo presenta un dispositivo de terapia activa para mejorar dicha movilidad mediante trayectorias personalizadas, adaptadas a la morfología y rigidez de cada dedo (excepto el pulgar). A diferencia de los exoesqueletos, que no se ajustan bien a dedos desalineados ni consideran variaciones individuales, este diseño tipo efector final sostiene únicamente la yema del dedo, permitiendo movimientos tridimensionales específicos. La variabilidad anatómica y los distintos niveles de rigidez derivados de traumatismos justifican un enfoque personalizado, en el que tanto la fuerza aplicada como la trayectoria varían según cada usuario. Un sistema de control basado en lógica difusa permite calcular el par adecuado para guiar el movimiento del dedo durante la terapia, contribuyendo a una rehabilitación más segura, eficaz y ajustada a las condiciones de cada individuo.
La automatización de procesos de producción conlleva la eliminación de la supervisión humana directa, lo que exige el desarrollo de sistemas capaces de analizar la calidad de manera autónoma y en tiempo real. En este contexto, se propone el diseño de un sistema inteligente de inspección para la dispensación de adhesivo en un proceso de montaje de luminarias. El sistema parte de la observación de que los fluidos no newtonianos, como los utilizados en estos procesos, presentan una dinámica compleja influenciada por la reología, la gravedad y la geometría de aplicación, pudiendo manifestar comportamientos inestables que resultan en una deposición irregular y, por lo tanto, en ineficiencias. La solución propuesta se basa en un sistema de perfilometría láser 3D integrado sobre una célula robotizada, en la que un brazo manipulador desplaza el chasis de la luminaria bajo una válvula de dispensación de adhesivo. A partir de los perfiles generados durante el proceso, se extraen características representativas mediante técnicas de ingeniería de características y/o reducción de dimensionalidad. Estas se utilizan como entrada para un clasificador supervisado, cuyo objetivo es evaluar en tiempo real si la dispensación se está realizando correctamente. En conjunto, se presenta una solución viable y escalable para entornos de fabricación flexible, orientada a la inspección autónoma de calidad en procesos de montaje robotizado.
Este trabajo aborda la importancia de optimizar el uso del agua en la agricultura, dado el aumento de la escasez hídrica y la necesidad de estrategias sostenibles como el riego deficitario controlado. Propone un sistema automatizado basado en aprendizaje automático para estimar los niveles de estrés hídrico en olivares de la variedad 'Arbequina'. Este método utiliza mediciones de presión de turgencia foliar y datos meteorológicos recolectados entre 2014 y 2019, y emplea técnicas como el análisis de componentes principales y el análisis discriminante lineal para clasificar niveles de estrés hídrico. El sistema busca facilitar la integración de estas herramientas en estrategias comerciales de riego, superando las limitaciones de métodos invasivos o dependientes de hardware costoso.
En este artículo se analiza pormenorizadamente el impacto en la mejora de la resiliencia de un aerogenerador que ya opera con un algoritmo tolerante a fallos, mediante la modificación de dos de los parámetros habituales en el controlador como son el par máximo y el ángulo de pitch mínimo. Los resultados obtenidos a partir de las 5.472 simulaciones realizadas con el aerogenerador de referencia DTU 10 MW, demuestran que es factible evitar todas las paradas provocadas por varias fuentes de fallo habituales en el sistema de pitch hidráulico, como las fugas y la pérdida de presión de pre-carga en los acumuladores. Esto conlleva reducciones importantes en la mayoría de las cargas de fatiga mecánica consideradas, con mejoras máximas que superan el 20% en comparación con los resultados obtenidos con los valores nominales. La reducción de las paradas también redunda en un aumento de la producción eléctrica, llegando hasta el 63,8% de mejora en el caso del exceso de fricción. En contraprestación, y en ausencia de fallos, la modificación de los parámetros acarrea una reducción en la potencia generada. Esta pérdida puede verse limitada mediante un conjunto adecuado de valores. La combinación presentada en este artículo minimiza esa pérdida a solo el 5,2%.
Este trabajo tiene como objetivo principal presentar un procedimiento que complemente a los tradicionales, como es el análisis del error cuadrático medio, en los procesos de validación de modelos neuronales de sistemas multivariables dinámicos (MIMO) no lineales. Para ello, se lleva a cabo una comparativa entre el grado de acoplamiento que presentan dichos sistemas MIMO, entre sus variables de entrada y salida, con respecto al nivel de acoplamiento intrínseco que presenta un modelo neuronal. Esta propuesta se basa en el cálculo de la matriz de ganancias relativas (MGR) como herramienta para realizar dicha comparativa entre los modelos neuronales y los sistemas reales. Específicamente, se detalla el proceso del cálculo de la MGR para una red neuronal de tipo NARX. Con objeto de determinar la eficiencia de esta propuesta, se realizan diferentes estudios valorando comparativamente la ganancia relativa λ11 que presentan diferentes sistemas MIMO de dimensión 2x2. Concretamente, se aborda por un lado el estudio de un sistema MIMO completamente desacoplado, y por otro el de uno acoplado. En una primera fase se plantea un estudio matemático. Posteriormente, con el sistema MIMO acoplado se amplía el estudio hacia un enfoque práctico, sin considerar el modelo matemático de dicho sistema. Los resultados obtenidos refrendan las hipótesis de partida de este trabajo, permitiendo robustecer el proceso de ajuste de modelos neuronales.
La gamificación se define como la aplicación de procedimientos y estrategias procedentes de los juegos en contextos no convencionales, como es el entorno educativo. En este trabajo se presentan diversos enfoques de gamificación centrados en la disciplina del control automático, proponiéndolos como métodos paralelos o complementarios al modelo tradicional de enseñanza. Las experiencias descritas se desarrollan en el marco de un proyecto de innovación docente implantado en la Universidad de Almería (España). El principal objetivo es evaluar la viabilidad académica de las experiencias gamificadas por parte de profesores y alumnos. Así, este artículo ofrece una visión general de tres tipos diferentes de juegos. El primero es un juego de cartas tipo solitario diseñado para reforzar conceptos teóricos relacionados con el análisis de sistemas dinámicos en lazo abierto y el diseño de sistemas de control en lazo cerrado. El segundo es un desafío virtual de ajuste de controladores proporcionales, integrales y derivativos (PID). Su objetivo es que los alumnos comprendan los efectos de las acciones proporcional, integral y derivativa cuando estos controladores funcionan en bucle cerrado. El tercero es una caja tipo juego de escape cuyo principal objetivo es mejorar la comprensión por parte de los estudiantes de los principios básicos de control tratados en el curso de introducción a los estudios de Ingeniería de Control. En el trabajo se describe al completo el diseño y construcción de este juego para la asignatura de Automática Industrial, junto a unas pruebas preliminares realizadas durante el curso 2023-2024.
Este artículo resume diversas iniciativas para implementar el control predictivo (MPC) en controladores lógicos programables (PLCs), a partir de la experiencia acumulada, algoritmos de MPC utilizados, métodos de optimización, sistemas de proceso considerados y los estándares de programación y marcas comerciales de dispositivos PLCs empleadas. Los estudios demuestran la viabilidad de implementar algoritmos de MPC clásicos junto con métodos de optimización en forma embebida. Destacan, en particular, los algoritmos de optimización como el método de Hildreth y qp OASES simplificado, que han demostrado ser eficientes y codificables según el estándar IEC 61131-3, ampliamente utilizado en estos dispositivos. Además, los estudios resaltan la necesidad de reducir los requerimientos de memoria y cálculos computacionales, y que esto permita escalar estos algoritmos desde simulaciones hardware-in-the-loop (HiL) y procesos a escala de laborarorio hacia plantas industriales. Las tendencias actuales se orientan hacia la simplificación del uso de recursos computacionales en los PLCs, la mejora de los algoritmos de MPC y optimización, y la integración de estos algoritmos en dispositivos modernos basados en internet de las cosas (PLCs-IoT)
Este trabajo presenta un análisis teórico y práctico sobre la equivalencia entre el diseño de control óptimo inverso y el enfoque de control basado en pasividad mediante la asignación de interconexión y amortiguamiento, aplicados a convertidores electrónicos de potencia con dinámica bilineal. Se demuestra rigurosamente que, bajo condiciones específicas de diseño, ambos métodos pueden conducir a leyes de control equivalentes, capaces de garantizar estabilidad asintótica, pasividad del sistema en lazo cerrado y minimización del funcional de costo asociado al comportamiento dinámico. La equivalencia propuesta se valida a través de la deducción de expresiones analíticas y su aplicación a dos topologías representativas ampliamente estudiadas en la literatura: un convertidor elevador y un convertidor por fuente de corriente monofásico. Asimismo, se presenta una validación experimental de la ley de control mediante implementación en tiempo real, confirmando su eficacia y robustez ante perturbaciones abruptas en la carga. Los resultados obtenidos no solo resaltan la versatilidad de ambas técnicas para el control preciso de convertidores electrónicos, sino que también ofrecen lineamientos generales para su extensión a sistemas más complejos, como topologías multinivel o redes eléctricas con integración de energías renovables.
