Control óptimo en tiempo discreto para un péndulo con rueda de reacción: un enfoque de control basado en pasividad

Este documento presenta el diseño de un controlador para el péndulo con rueda de reacción usando una representación discreta a través de la técnica de control óptimo inverso desde el punto de vista de análisis basado en pasividad. La principal ventaja del controlador propuesto es que este permite garantizar estabilidad asintótica en el sentido de Lyapunov a través de una función cuadrática. Los resultados numéricos demuestran que el diseño de control óptimo inverso tiene in desempeño superior en comparación con enfoques continuos basados en Lyapunov y control basado en pasividad por inyección de interconexión y amortiguamiento. Una ventaja adicional del método de control óptimo inverso es su fácil implementación, ya que no requiere de la inclusión de estados adicionales (acciones integrales) y sólo requiere una discretización básica empleado un único paso hacia atrás. Todas las simulaciones presentadas en este trabajo han sido implementadas en el software MATLAB/OCTAVE empleando código en la ventana de desarrollo.In this paper it is presented the design of a controller for a reaction wheel pendulum using a discrete-time representation via optimal control from the point of view of passivity-based control analysis. The main advantage of the proposed approach is that it allows to guarantee asymptotic stability convergence using a quadratic candidate Lyapunov function. Numerical simulations show that the proposed inverse optimal control design permits to reach superior numerical performance reported by continuous approaches such as Lyapunov control functions and interconnection, and damping assignment passivity-based controllers. An additional advantage of the proposed inverse optimal control method is its easy implementation since it does not employ additional states. It is only required a basic discretization of the time-domain dynamical model based on the backward representation. All the simulations are carried out in MATLAB/OCTAVE software using a codification on the script environment.Fil: Montoya Giraldo, Oscar Danilo. Universidad Distrital Francisco José de Caldas; ColombiaFil: Gil González, Walter. Universidad Tecnologica de Bolivar; ColombiaFil: Serra, Federico Martin. Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ingeniería y Ciencias Agropecuarias. Laboratorio de Control Automático; Argentin

Economic Dispatch of BESS and Renewable Generators in DC Microgrids Using Voltage-Dependent Load Models

This paper addresses the optimal dispatch problem for battery energy storage systems (BESSs) in direct current (DC) mode for an operational period of 24 h. The problem is represented by a nonlinear programming (NLP) model that was formulated using an exponential voltage-dependent load model, which is the main contribution of this paper. An artificial neural network was employed for the short-term prediction of available renewable energy from wind and photovoltaic sources. The NLP model was solved by using the general algebraic modeling system (GAMS) to implement a 30-node test feeder composed of four renewable generators and three batteries. Simulation results demonstrate that the cost reduction for a daily operation is drastically affected by the operating conditions of the BESS, as well as the type of load model used.Fil: Montoya, Oscar Danilo. Universidad Tecnologica de Bolivar; ColombiaFil: Gil González, Walter. Universidad Tecnológica de Pereira; ColombiaFil: Grisales Norena, Luis. Instituto Tecnológico Metropolitano; ColombiaFil: Orozco Henao, César. Universidad del Norte; ColombiaFil: Serra, Federico Martin. Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ingeniería y Ciencias Agropecuarias. Laboratorio de Control Automático; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Luis. Instituto de Investigaciones en Tecnología Química. Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Química, Bioquímica y Farmacia. Instituto de Investigaciones en Tecnología Química; Argentin

A second-order cone programming reformulation of the economic dispatch problem of bess for apparent power compensation in ac distribution networks

The problem associated with economic dispatch of battery energy storage systems (BESSs) in alternating current (AC) distribution networks is addressed in this paper through convex optimization. The exact nonlinear programming model that represents the economic dispatch problem is transformed into a second-order cone programming (SOCP) model, thereby guaranteeing the global optimal solution-finding due to the conic (i.e., convex) structure of the solution space. The proposed economic dispatch model of the BESS considers the possibility of injecting/absorbing active and reactive power, in turn, enabling the dynamical apparent power compensation in the distribution network. A basic control design based on passivity-based control theory is introduced in order to show the possibility of independently controlling both powers (i.e., active and reactive). The computational validation of the proposed SOCP model in a medium-voltage test feeder composed of 33 nodes demonstrates the efficiency of convex optimization for solving nonlinear programming models via conic approximations. All numerical validations have been carried out in the general algebraic modeling system.Fil: Montoya Giraldo, Oscar Danilo. Universidad Distrital Francisco José de Caldas; Colombia. Universidad Tecnológica de Bolívar; ColombiaFil: Gil González, Walter. Institución Universitaria Pascual Bravo; ColombiaFil: Serra, Federico Martin. Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ingeniería y Ciencias Agropecuarias. Laboratorio de Control Automático; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Luis. Instituto de Investigaciones en Tecnología Química. Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Química, Bioquímica y Farmacia. Instituto de Investigaciones en Tecnología Química; ArgentinaFil: Hernández, Jesus C.. Universidad de Jaén; EspañaFil: Molina-Cabrera, Alexander. Universidad Tecnológica de Pereira; Colombi

Direct power compensation in AC distribution networks with SCES systems via PI-PBC approach

Here, we explore the possibility of employing proportional-integral passivity-based control (PI-PBC) to support active and reactive power in alternating current (AC) distribution networks by using a supercapacitor energy storage system. A direct power control approach is proposed by taking advantage of the Park?s reference frame transform direct and quadrature currents ( id and iq ) into active and reactive powers (p and q). Based on the open-loop Hamiltonian model of the system, we propose a closed-loop PI-PBC controller that takes advantage of Lyapunov?s stability to design a global tracking controller. Numerical simulations in MATLAB/Simulink demonstrate the efficiency and robustness of the proposed controller, especially for parametric uncertainties.Fil: Gil González, Walter. Universidad Tecnológica de Bolívar; ColombiaFil: Serra, Federico Martin. Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ingeniería y Ciencias Agropecuarias. Laboratorio de Control Automático; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Luis. Instituto de Investigaciones en Tecnología Química. Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Química, Bioquímica y Farmacia. Instituto de Investigaciones en Tecnología Química; ArgentinaFil: Montoya Giraldo, Oscar Danilo. Universidad Distrital Francisco José de Caldas; Colombia. Universidad Tecnológica de Bolívar; ColombiaFil: Ramírez, Carlos Alberto. Universidad Tecnológica de Pereira; ColombiaFil: Orozco Henao, Cesar. Universidad del Norte; Colombi

Evaluation of Two Moringa oleifera Lam Varieties Using Different Substrates in Nursery Conditions

A nursery study was made on brown soil with typical carbonate to evaluate agroproductive behavior of Plain and Supergenious Moringa oleifera Lam varieties, using different substrates. Three substrates were studied (worm castings, decomposed cattle manure and compost), using a randomized block experimental design, with 8 treatments and three replicas. The evaluation included the amount of leaves 30 days after germination, plant height until transplantation every ten days and at 30 days, stem diameter, and root length and diameter. The best results were achieved with soil + wormcast in the two varieties.

Single-lead electrocardiogram quality assessment in the context of paroxysmal atrial fibrillation through phase space plots

[EN] Current wearable electrocardiogram (ECG) recording systems have great potential to revolutionize early diagnosis of paroxysmal atrial fibrillation (AF). They are able to continuously acquire an ECG signal for long weeks and then increase the probability of detecting first brief, intermittent signs of the arrhythmia. However, the recorded signal is often broadly corrupted by noise and artifacts, and accurate assessment of its quality to avoid automated misdiagnosis and false alarms of AF is still an unsolved challenge. In this context, the present work is pioneer in exploring the usefulness of transforming the single-lead ECG signal into two common phase space (PS) representations, such as the Poincare plot and the first order difference graph, for evaluation of its quality. Several machine and deep learning models fed with features and images derived from these PS portraits reported a better performance than well-known previous methods, even when they were trained and validated on two separate databases. Indeed, in binary classification of high- and low-quality ECG excerpts, the generated PS-based algorithms reported a discriminant power greater than 85%, misclassifying less than 20% of high-quality AF episodes and non -normal rhythms as noisy excerpts. Moreover, because both PS reconstructions do not require any mathematical transformation, these algorithms also spent much less time in classifying each ECG excerpt in validation and testing stages than previous methods. As a consequence, ECG transformation to both PS portraits enables novel, simple, effective, and computational low-cost techniques, based both on machine and deep learning classifiers, for ECG quality assessment.This research has received financial support from Daiichi Sankyo SLU and from public grants PID2021-00X128525-IV0, PID2021-12380 4OB-I00, and TED2021-130935B-I00 of the Spanish Government 10.13039/501100011033 jointly with the European Regional Development Fund (EU) , SBPLY/21/180501/000186 from Junta de Comunidades de Castilla-La Mancha, Spain, and AICO/2021/286 from Generalitat Valenciana.Huerta, A.; Martínez-Rodrigo, A.; Bertomeu-González, V.; Ayo-Martin, O.; Rieta, JJ.; Alcaraz, R. (2024). Single-lead electrocardiogram quality assessment in the context of paroxysmal atrial fibrillation through phase space plots. Biomedical Signal Processing and Control. 91. https://doi.org/10.1016/j.bspc.2023.1059209

An IDA-PBC Design with Integral Action for Output Voltage Regulation in an Interleaved Boost Converter for DC Microgrid Applications

This paper describes the output voltage regulation control for an interleaved connected to a direct current (DC) microgrid considering bidirectional current flows. The proposed controller is based on an interconnection and damping passivity-based control (IDA-PBC) approach with integral action that regulates the output voltage profile at its assigned reference. This approach designs a control law via nonlinear feedback that ensures asymptotic stability in a closed-loop in the sense of Lyapunov. Moreover, the IDA-PBC design adds an integral gain to eliminate the possible tracking errors in steady-state conditions. Numerical simulations in the Piecewise Linear Electrical Circuit Simulation (PLECS) package for MATLAB/Simulink demonstrate that the effectiveness of the proposed controller is assessed and compared with a conventional proportional-integral controller under different scenarios considering strong variations in the current injected/absorbed by the DC microgrid.Fil: Montoya Giraldo, Oscar Danilo. Universidad Distrital Francisco José de Caldas; ColombiaFil: Serra, Federico Martin. Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ingeniería y Ciencias Agropecuarias. Laboratorio de Control Automático; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Luis. Instituto de Investigaciones en Tecnología Química. Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Química, Bioquímica y Farmacia. Instituto de Investigaciones en Tecnología Química; ArgentinaFil: Gil González, Walter. Institución Universitaria Pascual Bravo; ColombiaFil: Asensio, Eduardo Maximiliano. Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ingeniería y Ciencias Agropecuarias. Laboratorio de Control Automático; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Luis. Instituto de Investigaciones en Tecnología Química. Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Química, Bioquímica y Farmacia. Instituto de Investigaciones en Tecnología Química; ArgentinaFil: Bosso, Jonathan Emmanuel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Luis. Instituto de Investigaciones en Tecnología Química. Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Química, Bioquímica y Farmacia. Instituto de Investigaciones en Tecnología Química; Argentina. Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ingeniería y Ciencias Agropecuarias. Laboratorio de Control Automático; Argentin

Modelo de optimización de rutas de transporte público para los estudiantes de la Universidad del Magdalena

El principal objetivo del transporte público urbano es el de garantizar la movilidad de los individuos a los diferentes puntos de una ciudad, teniendo en cuenta factores como rapidez, costos, ingresos y comodidad entre otros. No obstante, y de acuerdo al Plan de Ordenamiento Territorial (POT 2000- 2009), de la Alcaldía Mayor de Santa Marta D.T.C.H.: "Esta ciudad no cuenta con una política de Transporte Urbano, por lo que el manejo del mismo, aparentemente está sujeto a las modificaciones generadas por la presión de la dinámica demográfica, los intereses privados y aspectos coyunturales que inducen a la administración a reglamentar y darle un manejo inmediatista". En este sentido, para la prestación de un buen servicio es necesario la planeación y optimización del servicio, teniendo en cuenta la programación de las rutas y/o el diseño y mejoramiento de nuevas rutas que permitan satisfacer la demanda de pasajeros, y las necesidades económicas de los transportadores. De esta manera, la presente investigación formula un modelo de optimización de rutas de transporte público para los Estudiantes que se movilizan desde sus viviendas hasta la Universidad del Magdalena, brindando un mejor servicio en cuanto a disponibilidad de rutas, teniendo en cuenta la demanda de esta población de pasajeros de forma que se encuentre un beneficio equilibrado entre los objetivos de los usuarios ya planteados y la de los transportadores en términos de utilidad. El proyecto se desarrolla mediante la aplicación de técnicas metaheurísticas, poco desarrolladas en la Universidad del Magdalena, por lo que la inclusión de este tipo de métodos para la solución de problemas de optimización de rutas es un buen punto de partida para futuras investigaciones y la posible creación de grupos de investigación que pretendan adentrarse en esta fascinante áre

Global optimal stabilization of MT-HVDC systems: Inverse optimal control approach

The stabilization problem of multi-terminal high-voltage direct current (MT-HVDC) systems feeding constant power loads is addressed in this paper using an inverse optimal control (IOC). A hierarchical control structure using a convex optimization model in the secondary control stage and the IOC in the primary control stage is proposed to determine the set of references that allows the stabilization of the network under load variations. The main advantage of the IOC is that this control method ensures the closed-loop stability of the whole MT-HVDC system using a control Lyapunov function to determine the optimal control law. Numerical results in a reduced version of the CIGRE MT-HVDC system show the effectiveness of the IOC to stabilize the system under large disturbance scenarios, such as short-circuit events and topology changes. All the simulations are carried out in the MATLAB/Simulink environment.Fil: Montoya Giraldo, Oscar Danilo. Universidad Tecnológica de Bolívar; Colombia. Universidad Distrital Francisco José de Caldas; ColombiaFil: Gil González, Walter. Institución Universitaria Pascual Bravo; ColombiaFil: Serra, Federico Martin. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Luis. Instituto de Investigaciones en Tecnología Química. Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Química, Bioquímica y Farmacia. Instituto de Investigaciones en Tecnología Química; Argentina. Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ingeniería y Ciencias Agropecuarias. Laboratorio de Control Automático; ArgentinaFil: de Angelo, Cristian Hernan. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados; ArgentinaFil: Hernández, Jesus C.. Universidad de Jaén; Españ