CONTROLADORES PARA EL CONVERTIDOR CD-CD ELEVADOR EN SISTEMAS FOTOVOLTAICOS APLICADOS EN MICRO-REDES DE CD

ResumenEl deterioro del medio ambiente generado por la quema de combustibles fósiles utilizados para la generación de energía eléctrica ha provocado un aumento en el uso de fuentes generadoras de energía renovables como son los Paneles Fotovoltaicos (PFs), generadores eólicos, generadores de biogás, etc. Este tipo de fuentes generadoras de energía son las más utilizadas en las micro-redes de CD (µR-CDs). Uno de los principales retos en las µR-CDs es el Sistema de Administración y Control (SAC) encargado de definir el estado de operación de cada uno de los elementos que conforman la micro-red. En este trabajo se presenta una descripción del comportamiento de los controladores empleados en sistemas fotovoltaicos dentro de una µR-CD. Estos controladores se implementaron sobre la plataforma NI myRIO-1900 de la compañía National Instruments, y se diseñó a través del software de instrumentación virtual LabVIEW. La µR-CD fue diseñada para manejar una potencia máxima de 1 kW, alimentada por dos PFs como fuente de energía renovable. La µR-CD propuesta tiene como propósito mantener el voltaje de CD del bus dentro de un rango de 190 V ±5 % ante la conexión y desconexión de cargas y fuentes. Se presentan resultados experimentales bajo diferentes puntos de operación.Palabra(s) Clave: Algoritmos de Control, Convertidor CD-CD, NI LabVIEW, Paneles Fotovoltaicos. DRIVERS FOR THE CD-CD CONVERTER ELEVATOR IN PHOTOVOLTAIC SYSTEMS APPLIED IN MICRO-NETWORKS OF CD AbstractThe deterioration of the environment generated by the burning of fossil fuels used for the generation of electric energy has led to an increase in the use of renewable energy sources such as Photovoltaic Panels (PFs), wind generators, biogas generators, etc. These types of energy sources are the most used in micro-CD networks (μR-CDs). One of the main challenges in the μR-CDs is the System of Administration and Control (SAC) in charge of defining the state of operation of each of the elements that make up the micro-network. In this work, a description of the behavior of the controllers used in photovoltaic systems within a μR-CD is presented. These controllers were implemented on NI's myRIO-1900 platform from National Instruments and were designed through LabVIEW virtual instrumentation software. The μR-CD was designed to handle a maximum power of 1 kW, powered by two PFs as a renewable energy source. The proposed μR-CD is intended to maintain the DC voltage of the bus within a range of 190 V ± 5% for connecting and disconnecting loads and sources. Experimental results are presented under different operating points.Keywords: Control Algorithms, DC-DC Converters, NI LabVIEW, Photovoltaic Panels

IMPLEMENTACIÓN DE ALGORITMOS DE CONTROL DIFUSO PARA SISTEMAS FOTOVOLTAICOS APLICADOS EN MICRO-REDES DE CD

ResumenEl uso de sistemas de inteligencia artificial como redes neuronales artificiales, lógica difusa y algoritmos evolutivos han demostrado con el paso del tiempo una mejora significativa contra los sistemas clásicos al utilizarse como sistemas de predicción, aproximación de modelos, regresión, optimización y control de sistemas complejos en diversos ámbitos. Esto debido a características como la no linealidad y la no necesidad de modelos matemáticos complejos. En esta investigación se presenta una propuesta de aplicación de lógica difusa en algoritmos de control para sistemas de generación eléctrica fotovoltaica utilizados en una micro-red de CD (μR-CD). La μR-CD maneja una potencia máxima de 1 kW con un bus de CD de 190 V, esta μR-CD cuenta con dos Paneles Fotovoltaicos (PFs) de 0.6 kW cada uno, un convertidor CD-CA para interconectar la μR-CD con la Red Eléctrica Principal (REP) de 1 kW, y un banco de baterías de 115 Ah a 120 V. Los algoritmos de control difuso propuestos cuentan con dos modos de operación, el primero es el modo de control de voltaje, el cual se encarga de mantener estable el voltaje de salida de los sistemas fotovoltaicos; mientras que el segundo se encarga de extraer la potencia máxima de los mismos. La implementación de los controladores difusos se realizó utilizando el software LabVIEW, realizando pruebas experimentales con la tarjeta de desarrollo NI-myRIO. Por último, se presentan pruebas experimentales donde se demuestra que los algoritmos de control difuso propuestos presentan mejorías al compararlos con los algoritmos clásicos.Palabra(s) Clave: LabVIEW, Micro-Redes de CD, Sistemas de control difuso, Sistemas fotovoltaicos. IMPLEMENTATION OF FUZZY CONTROL ALGORITHMS FOR PHOTOVOLTAIC SYSTEMS APPLIED IN MICRO-NETWORKS OF CDAbstractThe use of artificial intelligence such as neuronal networks, fuzzy logic and evolving algorithms have demonstrated through the years a significant improvement in comparison with the classic systems when are used as prediction systems, model approximation, regression, optimization and complex system control in different topics, mainly due to features such as non-linearity and the lack need for complex mathematic models. This research presents an application proposal for a fuzzy control in algorithms for photovoltaic electric generation applied to a DC microgrid (μG-DC) capable of managing a 1 kW and a DC bus of 190 V. This μG-DC has two 0.6 kW photovoltaic panels each, a DC-AC for interconnect the μG-DC and the electric main grid. Also, it has a 115 Ah, 120 V battery bank. The proposed fuzzy control algorithms have two operation modes. The first one is the voltage control mode, which is in charge of keeping the output voltage level stable prevenient from the panels. The second one extracts the maximum possible power from the panels. The fuzzy control implementation was made using the software LabVIEW, making experimental tests with the NI myRIO. Finally, experimental results are shown, where is demonstrated an improvement of the functioning of the proposed fuzzy control algorithms in comparison witch classic algorithms.Keywords: Diffuse control systems, LabVIEW, Micro-Networks CD, Photovoltaic systems

LABORATORIO VIRTUAL DE SEMICONDUCTORES DE POTENCIA (VIRTUAL LABORATORY OF POWER SEMICONDUCTORS)

Hoy en día, el uso de simuladores virtuales para experimentar con dispositivos semiconductores de potencia es muy común en la educación de ingeniería mecatrónica/electrónica. Desde la perspectiva de la electrónica de potencia, el objetivo de los simuladores es la interacción entre el software y el estudiante para conocer la funcionalidad en aplicaciones específicas. Para los técnicos e ingenieros industriales, el uso de sistemas de entrenamiento orientados a la experimentación  ayudan en el proceso relacionado con la obtención de las competencias y habilidades experimentales requeridas. Este documento presenta una solución alternativa para laboratorios virtuales utilizados para educación y proceso de capacitación industrial, utilizando una interfaz hombre-máquina amigable a través de NI-LabVIEW. El diseño incluye los fundamentos de BJT, MOSFET e IGBT desde una perspectiva de frecuencia.Palabra(s) Clave: Laboratorio Virtual, Semiconductor de Potencia, Educación en Ingeniería, Capacitación Industrial, Instrumento Virtual. AbstractNowadays the use of virtual simulators to experiment with power semiconductor devices is very common in mechatronic/electronic engineering education. From the perspective of power electronics, the objective of the simulators is the interaction between the software and the student to know the functionality in specific applications. For industrial technicians and engineers, the use of practice-oriented training systems helps in the process related to obtain required practical competences and skills. This paper presents an alternative path for virtual laboratories using for education and industrial training process, using a friendly human-machine interface via NI-LabVIEW. The design includes fundamentals of BJT, MOSFET, and IGBT from a frequency perspective. Keywords: Virtual Laboratory, Power Semiconductor, Engineering Education, Industrial Training, Virtual Instrument

MEDICIÓN DE BIOIMPEDANCIA PARA LA DETECCIÓN DEL GLAUCOMA: RESULTADOS PRELIMINARES (BIOIMPEDANCE MEASUREMENT FOR THE DETECTION OF GLAUCOMA: PRELIMINARY RESULTS)

Resumen    En este artículo se presenta una metodología eficaz y de bajo costo para determinar la presión intraocular (PIO) a partir de la medición de impedancia eléctrica compleja en un rango de frecuencias específico. El aumento en la PIO generado por el exceso de fluido en el cuerpo vítreo, daña el nervio óptico, este aumento es propiciado por el glaucoma. La propuesta de este trabajo es relacionar la medición de la impedancia eléctrica compleja con la PIO. La variación de la PIO se logra inyectando una solución oftálmica al globo ocular. En la experimentación se utilizó tejido ex vivo de muestras porcinas y a su vez un tonómetro para medir directamente la PIO. Los cambios de presión en el ojo modifican la magnitud de la impedancia eléctrica compleja que es registrada para analizar la relación con la PIO. También se discute la ubicación y geometría de los electrodos de medición.Palabra(s) Clave: Bioimpedancia, Espectroiscopia, Glaucoma. Abstract   This article presents an effective and low-cost methodology for determining intraocular pressure (IOP) from the measurement of complex electrical impedance in a specific frequency range. The increase in IOP generated by excess fluid in the vitreous body, damages the optic nerve, this increase is caused by glaucoma. The proposal of this work is to relate the measurement of the complex electrical impedance with the IOP. IOP variation is achieved by injecting an ophthalmic solution into the eyeball. In the experiment, ex vivo tissue from swine samples and a tonometer to directly measure the IOP is found. Pressure changes in the eye modify the magnitude of the complex electrical impedance that is recorded to analyze the relationship with the IOP. The location and geometry of the measurement electrodes are also discussed.Keywords: Bioimpedance, Glaucoma, Spectroscopy

EMPAREJAMIENTO DE PUNTOS PARA ESTIMAR DEFORMACIÓN EN LÁMINAS DE METAL EN EL PROCESO DE FORMADO MECÁNICO (PAIRING POINTS TO ESTIMATE DEFORMATION IN METAL SHEETS IN THE MECHANICAL FORMING PROCESS)

Resumen            En el presente artículo se propone un método semiautomático de emparejamiento de puntos entre imágenes estereoscópicas para estimar deformación superficial de láminas metálicas en procesos de estampado mecánico. Para el procedimiento las hojas de metal son grabadas con un patrón uniforme de círculos antes de ser deformadas; por lo que al medir las posiciones 3D inicial y final de los puntos grabados se obtiene la información suficiente para calcular la deformación superficial. El método propuesto toma ventaja de la similitud de las marcas para buscar correspondencias, de que están agrupadas como una malla y de la restricción de una deformación superficial menor a 50% de la lámina (entendiendo que la deformación es la resta entre el tamaño inicial menos el final dividido entre el tamaño inicial), su eficiencia es comparada con la obtenida por los métodos DIC (Digital Image Correlation) y FLANN (Fast Library for Approximate Nearest Neighbors) sobre MATLAB. En el sistema de medición se indica por el usuario, la posición de dos marcas vecinas en cada imagen para tener una distancia y pendiente iniciales de búsqueda de sus centroides. A partir de los centroides correspondientes se computa la triangulación estereoscópica y con esto la posición de los centroides en 3D y finalmente se calcula la deformación promediando las diferencias de las distancias respecto a la distancia de referencia con sus cuatro vecinos divididas entre la distancia de referencia. Este tipo de sistemas son de gran importancia para la industria metal-mecánica debido a que con la medición de deformaciones superficiales se detectan fallas por fractura o adelgazamientos marginales en sus procesos de manufactura. Los resultados mostraron que la cantidad de correspondencias encontradas por esta propuesta es de 100% en zonas de 10 x 10 marcas; esto permitió calcular la deformación superficial en 2.5 segundos con media de error de 16x="> 0.0410 mm.Palabra(s) Clave: Emparejamiento de puntos, Industria de la deformación de láminas, Visión estereoscópica. Abstract            In the present article is proposed a semiautomatic method for pairing of points between stereoscopic images to estimate superficial deformation of metal sheets in mechanical stamping processes. For the procedure the metal sheets are engraved with a uniform pattern of circles before being deformed; Therefore, when measuring the initial and final 3D positions of the recorded points, sufficient information is obtained to calculate the superficial deformation. The proposed method takes advantage of the similarity of the marks to search correspondences, of which they are grouped as a mesh and of the restriction of a superficial deformation less than 50% of the sheet (understanding that the deformation is the subtraction between the initial size less the final divided by the initial size), its efficiency is compared with that obtained by the DIC (Digital Image Correlation) and FLANN (Fast Library for Approximate Nearest Neighbors) methods using MATLAB. In the measurement system is indicated by the user, the position of two neighboring marks in each image to have an initial distance and slope of search of their centroids. From the corresponding centroids the stereoscopic triangulation is computed and with this the position of the centroids in 3D and finally the deformation is calculated by averaging the differences of the distances with respect to the reference distance with its four neighbors divided by the reference distance. This type of systems is of great importance for the metal-mechanical industry because with the measurement of superficial deformations faults by fracture or marginal thinning are detected in their manufacturing processes. The results showed that the number of correspondences found by this proposal is 100% in zones of 10 x 10 marks; this allowed to calculate the superficial deformation in 2.5 seconds with average error of x ̅ = 0.0410 mm.Keywords: Image matching, steel industry, stereo vision

IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE ADMINISTRACIÓN Y CONTROL PARA UNA MICRO-RED DE CD UTILIZANDO PLATAFORMAS DE NATIONAL INSTRUMENTS

ResumenEn este trabajo se presenta el desarrollo e implementación de un Sistema de Administración y Control (SAC) aplicado a una micro-red de CD utilizando la tarjeta de desarrollo NI myRIO programada con el software de instrumentación virtual LabVIEW. El prototipo experimental de la micro-red tiene una capacidad máxima de 1 kW alimentada por dos simuladores de paneles fotovoltaicos con una potencia máxima de 600 W cada uno. El SAC opera dependiendo del nivel de voltaje del bus de CD y la demanda de energía en la micro-red, el objetivo principal de este sistema es mantener el bus operando en un rango de 190 V ±5% aprovechando al máximo la energía generada por los simuladores de paneles fotovoltaicos. Para las pruebas experimentales presentadas se utilizan como cargas luminarias led, luminarias fluorescentes y computadoras; demostrando que el SAC mantiene el bus de CD operando establemente en el rango propuesto.Palabras Claves: Administración y control, micro-red CD, LabVIEW. IMPLEMENTATION OF AN ADMINISTRATION AND CONTROL SYSTEM FOR A CD MICRO-NETWORK USING NATIONAL INSTRUMENTS PLATFORMSAbstractThis paper presents the development and implementation of a Management and Control System (MCS) applied to a micro-grid CD using the device of development NI myRIO programed with LabVIEW a virtual instrumentation software. The experimental prototype of the microgrid has a maximum capacity of 1 kW energized by two simulators of photovoltaic panels with a maximum power of 600 W. The MCS operates depending on the voltage level for the DC and the demand for energy in the microgrid, the main objective of this system is to keep the bus operating in a range of 190 V ±5% taking maximum advantage of the energy generated by the simulators of photovoltaic panels. For the experimental tests submitted are used as loads LED and fluorescent lighting, and also computers; demonstrating that the MCS keeps the bus CD operating stably in the proposed range.Keywords: DC Microgrid, LabVIEW, management and control

OBTENCIÓN DE UNA RELACIÓN ENTRE LA PRESIÓN ARTERIAL, EL RITMO CARDIACO Y EL VOLTAJE CARDIACO USANDO LABVIEW Y EL FACTOR DE CORRELACIÓN

En este trabajo de investigación se realizó un estudio para obtener una correlación matemática ya sea entre el ritmo cardiaco y la presión arterial, o entre el máximo voltaje del electrocardiograma (ECG) y la presión arterial. La investigación se realizó en dos estudios estadísticos haciendo uso de la instrumentación virtual, los resultados mostraron que hay una débil correlación entre el ritmo cardiaco y la presión arterial y que no hay correlación entre la presión arterial y el voltaje cardiaco pico obtenido del ECG.Palabras Claves: Electrocardiograma, presión arterial, ritmo cardiaco, instrumentación virtual

Fuzzy PD+I Embedded Control System for a Multi-Phase DC-DC Bidirectional Converter

[EN] In this work is presented the design of a Fuzzy PD+I control system applied to the voltage control of a multi-phase DC-DC power electronic converter. The fuzzy controller has two inputs. The first input, named Error, is the difference between the desired voltage value in the output of the converter and the measured voltage at this particular point; the second input is defined by the changes in the measured voltage of the converter. The control system is embedded in the NI myRIO-1900 development kit, using LabVIEW as programming software employing the embedded system for experimental tests with a prototype of the converter. This control system allows the stabilization of the converter in the buck and boost operation modes, showing an appropriate behavior at the startup and under resistive load changes, presenting acceptable times for DC microgrids future applications while connecting the DC bus with supercapacitors or a battery bank.[ES] En este trabajo se presenta el diseño de un sistema de control difuso PD+I embebido aplicado en el control de voltaje de un convertidor electrónico de potencia bidireccional multi-fase CD-CD. El controlador difuso cuenta con dos entradas, la primera se le denomina Error y es la diferencia entre el valor de voltaje deseado en la salida del convertidor y el voltaje medido en la salida del mismo; la segunda entrada es definida por las variaciones en el voltaje medido. La salida del controlador difuso define las variaciones en el ciclo de trabajo de los interruptores de potencia que controlan el convertidor. El sistema de control difuso se embebió en la tarjeta de desarrollo NI myRIO-1900 utilizando como software de programación LabVIEW, empleando el sistema embebido para realizar pruebas experimentales con el prototipo del convertidor. Con este sistema de control de voltaje se logra estabilizar el convertidor en los modos de operación reductor y elevador, demostrando un adecuado comportamiento del convertidor en el arranque y ante cambios de carga resistiva, manteniendo tiempos aceptables para aplicaciones futuras en micro-redes de CD conectando el bus de CD con un banco de super-capacitores o un banco de baterías.Martínez Nolasco, JJ.; Rodríguez, E.; Rodríguez, H.; Morfin, J.; Padilla, A. (2018). Fuzzy PD+I Embedded Control System for a Multi-Phase DC-DC Bidirectional Converter. Revista Iberoamericana de Automática e Informática industrial. 15(4):457-466. https://doi.org/10.4995/riai.2018.8721OJS457466154Baek J. B., Choi, W. I., Cho, B. H., 2013. Digital adaptive frequency modulation for bidirectional DC-DC converter. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 60(11), 5167-5176. DOI: 10.1109/TIE.2012.2224075Bolognani S., Morandin M., Calligaro S., Petrella R., Pevere A., 2014. Bidirectional PMSM drive employing a three level ANPC inverter and a multi-phase interleaved DC/DC converter for hybrid electric vehicles. Twenty-Ninth Annual IEEE in Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC), IEEE, 818-825. DOI: 10.1109/APEC.2014.6803402Brox M., Sánchez S., del Toro E., Brox P., Moreno F. J., 2013. CAD tools for hardware implementation of embedded fuzzy systems on FPGAs. IEEE Transactions on Industrial Informatics, 9(3), 1635-1644. DOI: 10.1109/TII.2012.2228871Burrett R., Clini C., Dixon R., Eckhart M., El-Ashry M., Gupta D., Houssin D., 2009. Renewable Energy Policy Network for the 21st Century.Dusmez S., Hasanzadeh A., Khaligh A., 2015. Comparative analysis of bidirectional three-level DC-DC converter for automotive applications. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 62(5), 3305-3315. DOI: 10.1109/TIE.2014.2336605Hart D., 2011. Power Electronics, 1ra ed., McGraw-Hill, New York. 198-220.Hegazy O., Van Mierlo J., Lataire P., 2011. Design and control of bidirectional DC/AC and DC/DC converters for plug-in hybrid electric vehicles. International Conference in Power Engineering, Energy and Electrical Drives (POWERENG), IEEE, 1-7. DOI: 10.1109/PowerEng.2011.6036530Hossain M. I., Khan S. A., Shafiullah M., Hossain M. J. 2011. Design and implementation of MPPT controlled grid connected photovoltaic system. Symposium in Computers & Informatics (ISCI), IEEE, 284-289. DOI: 10.1109/ISCI.2011.5958928Khan S. A., Hossain M. I., 2010. Design and implementation of microcontroller based fuzzy logic control for maximum power point tracking of a photovoltaic system. 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METODOLOGIAS DE SOLUCIÓN DE DIVERSOS PROBLEMAS PRESENTADOS EN EL DISEÑO Y DESARROLLO DE UN CONTROLADOR TÉRMICO

En el presente trabajo se aborda la estrategia de solución a los diversos problemas que pueden acontecer en el desarrollo de controladores térmicos. Estos controladores están basados en el mismo principio de funcionamiento pero diseñados para elementes calefactores de diferentes características eléctricas. Los elementos de sensado seleccionado fueron termopares tipo J los cuales presentaban características de funcionamiento diferentes lo cual requirió de un acoplamiento distinto para ambos controladores. Tales diferencias tienen que ser tomadas en cuenta para el correcto funcionamiento del circuito final. Para lograr esto se seleccionaron los componentes apropiados y disponibles en el mercado. En conjunto con la aplicación de filtros para mejorar el acoplo de señales.Palabra(s) Clave(s): control térmico, driver, LabVIEW, monitoreo

DESARROLLO DE SECADORES SOLARES HIBRIDOS CON CONTROL INTELIGENTE PARA LA OPTIMIZACION DEL USO DE ENERGIA (DEVELOPMENT OF HYBRID SOLAR DRYERS WITH INTELLIGENT CONTROL TO OPTIMIZE ENERGY USE)

Resumen En la actualidad, la demanda de alimentos se ha incrementado sustancialmente en los países en desarrollo. Por otro lado, una tercera parte de los alimentos producidos son no consumidos, generando pérdidas y desperdicios en las cadenas de producción. Como línea de investigación, se considera la valorización de pérdidas y desperdicios de alimentos a través del desarrollo y mejora de productos y procesos destinados hacia la alimentación humana y ganadera siguiendo la filosofía de la “Producción más Limpia”. EL consumo energético en el secado industrial de alimentos se encuentra en el intervalo de 3 a 16 MJ por kilogramo de agua evaporada, con un costo de producción aproximado de $4.71 a$25.13 por la deshidratación de un kilogramo de producto seco en consumo de energía eléctrica. Actualmente se desarrolla un secador hibrido, que para una carga de 10 Kg de vegetales frescos en operación por lote consume 5.66 MJ de energía eléctrica por kilogramo de agua evaporada. Se postula que el consumo energético puede abatirse a través de un sistema control y administración de la energía. Palabras Clave: Calidad de secado, caracterización, controlador, secador hibrido solar-eléctrico, monitoreo. Abstract Actuality, the demand for food has increased substantially in developing countries. On other hand, a third part of the food produced is not consumed, generating losses and waste in production chains. How investigation line, the valuation of food losses and waste is considered through the development and improvement of products and processes destinated for human and livestock feeding, following the “cleaner production” philosophy. The energy consumption in the industrial drying of food is in the range of 3 to 16 MJ per kilogram of evaporated water, with an approximate production cost of $4.71 to$25.13 for the dehydration of one kilogram of dry product in electrical energy consumption. Currently a hybrid dryer is being developed, which for a load of 10 Kg of fresh vegetables in operation per batch consume 5.66 MJ of electrical energy per kilogram of evaporated water. It is postulated that energy consumption can be reduced through an energy management and control system. Keywords: Characterization, controller, drying quality, hybrid dryer solar-electric, monitoring