Use of a Visual Programming Language and Mobile Devices to Improves Students' Understanding of Process Control Systems

Nuestra principal contribución es la aplicación del lenguaje de programación visual (VPL, de sus siglas en inglés “Visual Programming Language”) y los dispositivos móviles (MD, de sus siglas en inglés “Mobile Devices”) para el aprendizaje de los sistemas de control, lo cual mejoró la comprensión de estudiantes regulares considerados dentro de un diseño cuasiexperimental. El empleo de un ambiente de enseñanza que emplea VPL y MD para abordar los sistemas de control de procesos fue la clave para resolver las dificultades de aprendizaje que tenían el estudiante con el método de enseñanza tradicional, y que perduraban a pesar de ya que se estaba considerando la alineación constructiva entre instrucción, aprendizaje y evaluación, actividades auténticas y un enfoque de aprendizaje basado en el diseño. Los elementos gráficos utilizados por VPL, tomados de una biblioteca hecha de bloques reutilizables, con diferentes formas y colores, facilitan la comprensión de los sistemas de control de procesos. También VPL muestra todo el sistema de control de procesos de un vistazo a través de los diferentes MD utilizados, que fueron computadoras portátiles, tabletas y teléfonos inteligentes. Ayudó que todos estos MD son bien conocidos y fáciles de usar para los estudiantes. La evaluación comparativa del rendimiento de aprendizaje de los estudiantes, con y sin el uso de VPL y MD, mostró la efectividad del rediseño en el modo de enseñanza. Se facilitó el aprendizaje de los sistemas de control de procesos, reduciendo las dificultades de la enseñanza tradicional y mejorando la comprensión de los estudiantes. Además, la autoeficacia de los estudiantes se vio afectada positivamente

Enseñar a investigar: Una propuesta de acompañamiento al seminario de título de estudiantes de Tecnólogo en Automatización Industrial

Considering the difficulties faced by the professors guiding students through their thesis development when facing research development, this study gives a proposal for the tutoring process of students from the career Technologist in Industrial Automation, at the University of Santiago, in the terminal process as part of their Thesis Seminary. Following the methodology of Project-Based Learning, the tutoring involved the development of the various stages of research directly related to the proof of concept and early stage of technological development. The findings offer an educational proposal for the use of technologists’ students and leading the students’ investigation processes from an educational and learning-centered perspective.Considerando las dificultades enfrentadas por nuestros académicos investigadores al guiar a estudiantes de la carrera Tecnólogo en Automatización Industrial de la Universidad de Santiago de Chile en procesos de titulación que involucran actividades de investigación, este estudio describe la propuesta de acompañamiento ejecutada. Siguiendo la metodología de aprendizaje basado en proyectos, se definió y dio a conocer un proceso detallado de acompañamiento que implicó definir que se abordarían temas de investigación aplicada, dar un alto grado de responsabilidad a los estudiantes, e incluyó el desarrollo de una nueva consigna de evaluación de los avances de la asignatura terminal correspondiente al Seminario de Título. Los hallazgos ofrecen una propuesta docente para el empleo de estudiantes de dicha carrera y guiar los procesos investigativos de los estudiantes, desde una perspectiva formativa y centrada en el aprendizaje

Passivity Based Control of a Class of Nonlinear Systems and its Application to the Level Regulation of a Conical Tank

[ES] En este artículo científico se proponen dos estrategias de control basado en pasividad, una adaptable y la otra no adaptable para cierta clase de sistemas no lineales. A diferencia de la estrategia de control no adaptable, la adaptable no hace uso del conocimiento de los valores de los parámetros de la planta. Ambas estrategias son luego diseñadas y aplicadas para la regulación de nivel de un estanque cónico discutiéndose los resultados experimentalmente obtenidos luego de realizar un estudio comparativo experimental para verificar el comportamiento del sistema bajo control y evidenciar las ventajas y desventajas de los controladores. Los resultados muestran que el diseño del APBC es más simple que el diseño de los controladores PBC al no requerir el conocimiento de los parámetros de la planta controlada, también es más robusto frente a variaciones de un parámetro de la planta.[EN] An adaptive  passivity-based  controller  (APBC)  and a non-adaptive  passivity-based  controller  (PBC)  are  proposed  in  this paper. In contrast to PBC, the APBC strategy does not make use of the knowledge of the values of the plant parameters. Both strategies are also designed and applied to the level regulation of a conical tank, discussing the experimental results obtained after performing an experimental comparative study to verify the behavior of the system under control and to demonstrate the advantages and disadvantages of the controllers. The results show that the design of the APBC is simpler than the design of PBC controllers by not requiring the knowledge of the plant parameters; it is also more robust in front of variations of a plant parameter.Este trabajo fue financiado por la Universidad de Santiago de Chile mediante el proyecto DICYT 2017 Nº 041772TT y por CONICYT Chile mediante los proyectos Basal AMTC FB0809, FONDECYT 1150488.Travieso-Torres, JC.; Duarte-Mermoud, MA.; Gutiérrez-Osorio, A.; Beytía, O. (2018). Control Basado en Pasividad para una Clase de Sistemas no Lineales y su Aplicación a la Regulación de Nivel de un Estanque Cónico. Revista Iberoamericana de Automática e Informática industrial. 15(2):167-173. https://doi.org/10.4995/riai.2017.8976OJS167173152N. Gireesh, G. Sreenivasulu, 2014, "Comparison of PI controller performances for a Conical Tank process using different tuning methods", in Proceedings of the International Conference on Advances in Electrical Engineering (ICAEE), pp. 1-4. https://doi.org/10.1109/ICAEE.2014.6838426T. K. Madhubala, M. Boopathy, 2004, J. Sarat Chandra, T. K. Radhakrishnan, "Development and tuning of Fuzzy controller for a conical level system", Intelligent Sensing and Information Processing, pp. 450-455. Print ISBN: 0-7803-8243-9,C. S. Betancor-Martín, J. A. Montiel-Nelson, A. Vega-Martínez, 2013, "Direct Inverse Control for a Conical Tank by Using Takagi-Sugeno Fuzzy Model", International Journal of Advanced Research in Electrical, Electronics and Instrumentation Engineering, vol. 2, Issue 11, pp. 532-5342, November.R. Arivalahan, S. Hosimin Thilagar, D. Devaraj, 2012, "Investigation of Fuzzy Logic Controller for Conical Tank Process", European Journal of Scientific Research, vol. 92, No 2, pp.191-202, December.A. Ganesh Ram, S. Abraham Lincoln, 2013, "A model reference-based fuzzy adaptive pi controller for Nonlinear level process system", Journal of Radiation Research and Applied Sciences, vol. 14, Issue 2, pp. 477-486, February.R. Dhanalakshmi and R. Vinodha, "Design of Control Schemes to Adapt PI Controller for Conical Tank Process", International Journal of Advances in Soft Computing and its Applications, vol. 5, No. 3, pp. 1-20, November 2013.N. Srivignesh, P. Sowmya, K. Ramkumar, G. Balasubramanian, 2012, "Design of Neural Based PID Controller For Nonlinear Process, Proceedings of the International conference on modeling optimization and computing, Vol 38, pp. 3283-3291. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2012.06.380T. Teena, D. Hepsiba, 2014, "Comparison of PID Controller with a Sliding Mode Controller for a Coupled Tank System", International Journal of Engineering Research & Technology, vol. 3, Issue 2, pp.151-154, February.N. Beena, H. Reshma Shree, P. Sonali, K. Mohan Raj, 2015, "Performance Analysis of Sliding Mode Control method with a PID Controller for a Nonlinear System", International journal of innovative research in electrical, electronics, instrumentation and control engineering, vol. 3, Issue 5, pp. 21 - 23, May.P. Chandrasekar, L. Ponnusamy, 2014, "Comparative Study of Controller for a Variable Area MIMO Interacting NonLinear System", International Journal of Engineering and Technology, vol. 6, No 1, pp. 227-235.P. Chandrasekar, L. Ponnusamy, 2013, "Passivity based level controller desing applied to a nonlinear SISO System", Proceedings of the International Conference on Green Computing, Communication and Conservation Energy, pp. 392-396.C.I. Bryrnes, A. Isidori, J.C. Willems, 1991, "Passivity, feedback equivalence, and the global stabilization of minimum phase nonlinear systems", IEEE Transaction on Automatic Control, vol. 36, No. 11, pp. 1228-1240, November. https://doi.org/10.1109/9.100932M.A Duarte-Mermoud, R. Castro-Linares, A. Castillo-Facuse, "Direct passivity of a class of MIMO nonlinear systems using adaptive feedback". International Journal of Control, vol. 75, No. 1, pp. 23-33, January 2002. https://doi.org/10.1080/00207170110092299R. Castro-Linares, M.A. Duarte-Mermoud, 1998, "Passivity equivalence of a class of nonlinear systems via adaptive feedback", in Proceedings of the 8th Latin-American Congress on Automatic Control, Santiago, Chile, pp. 249-254.J.C. Travieso-Torres, M.A. Duarte-Mermoud, D.I. Sepúlveda, 2007, "Passivity-based control for stabilization, regulation and tracking purposes of a class of nonlinear systems". International Journal of Adaptive Control and Signal Processing, vol. 21, No. 7, pp. 582-602, Septembe. https://doi.org/10.1002/acs.946J.C. Travieso-Torres, M.A. Duarte-Mermoud, O. Beytía, 2016, "Experimental Comparison of Passivity-Based Controllers for the Level Regulation of a Conical Tank". Proceedings of the IEEE-ICA Conference & XXII Congress of ACCA 2016, ISSN 0719-5567. Curicó, Chile. Vol. 1, pp. 515-520, 19-21 October.J.C. Travieso-Torres, M.A. Duarte-Mermoud, and O. Beytía, 2017, "Taylor polynomial approximation and adaptive passivitybased control applied to the level regulation of a conical tank", Asian Journal of Control, https://doi.org/10.1002/asjc.149

Çédille, revista de estudios franceses

Presentació

Closed-Loop Adaptive High-Starting Torque Scalar Control Scheme for Induction Motor Variable Speed Drives

This article proposes a closed-loop (CL) high-starting torque (HST) scalar control scheme (SCS) for induction motors (IM). It endows the recently proposed HST-SCS with high-output torque capability beyond starting after using an outer speed control loop feeding an inner current control loop with adaptive controllers. Presenting a cascade normalized adaptive passivity-based controller (N-APBC) for nonlinear systems encompassing the IM allows obtaining this result. It extends the normalized adaptive controller for the cascade case. As a result, it keeps the HST-SCS simple control scheme without needing variable observers or parameter estimators and employing tuning information only from the motor nameplate and datasheet. Test bench experiments with a 10 HP motor validate the proposal’s effectiveness. Comparative experimental results show that the CL HST-SCS has a required stator phase voltage lower than HST-SCS. The CL HST-SCS applies the adaptive starting voltage curve for a more extended time than HST-SCS, from the start to 1.9 s versus 1.2 s, respectively. Hence, CL HST-SCS assures HST not only for starting but almost up to 600 rpm, resulting in a smoother transient behavior than HST-SCS under this speed

Normalized Model Reference Adaptive Control Applied to High Starting Torque Scalar Control Scheme for Induction Motors

Recently, a novel high-starting torque scalar control scheme (HST-SCS) for induction motor(s) (IM) emerged. It expands the scalar control application field beyond centrifugal pumps, blowers, and fans, moving, for instance, some conveyor belts with nominal torque loading. This paper proposes a normalized model reference adaptive control (N-MRAC) applied to HST-SCS for IM. First, the proposal extends the MRAC, resulting inn a class of nonlinear systems encompassing the IM dynamical model. It uses a normalized information vector, jointly with a direct control approach, reducing the trial and error adaptive controller tuning. Second, a properly designed N-MRAC is applied to regulate the starting stator current within the variable speed drive under investigation. As a result, the proposed methodology keeps the HST-SCS as a simple control scheme without needing variable observers or parameter estimators and employing tuning information only from the motor nameplate and datasheet. Test bench experiments with a 10 HP motor validate the proposal effectiveness

Use of a Visual Programming Language and Mobile Devices to Improves Students' Understanding of Process Control Systems

Nuestra principal contribución es la aplicación del lenguaje de programación visual (VPL, de sus siglas en inglés “Visual Programming Language”) y los dispositivos móviles (MD, de sus siglas en inglés “Mobile Devices”) para el aprendizaje de los sistemas de control, lo cual mejoró la comprensión de estudiantes regulares considerados dentro de un diseño cuasiexperimental. El empleo de un ambiente de enseñanza que emplea VPL y MD para abordar los sistemas de control de procesos fue la clave para resolver las dificultades de aprendizaje que tenían el estudiante con el método de enseñanza tradicional, y que perduraban a pesar de ya que se estaba considerando la alineación constructiva entre instrucción, aprendizaje y evaluación, actividades auténticas y un enfoque de aprendizaje basado en el diseño. Los elementos gráficos utilizados por VPL, tomados de una biblioteca hecha de bloques reutilizables, con diferentes formas y colores, facilitan la comprensión de los sistemas de control de procesos. También VPL muestra todo el sistema de control de procesos de un vistazo a través de los diferentes MD utilizados, que fueron computadoras portátiles, tabletas y teléfonos inteligentes. Ayudó que todos estos MD son bien conocidos y fáciles de usar para los estudiantes. La evaluación comparativa del rendimiento de aprendizaje de los estudiantes, con y sin el uso de VPL y MD, mostró la efectividad del rediseño en el modo de enseñanza. Se facilitó el aprendizaje de los sistemas de control de procesos, reduciendo las dificultades de la enseñanza tradicional y mejorando la comprensión de los estudiantes. Además, la autoeficacia de los estudiantes se vio afectada positivamente

Combining fractional order operators and adaptive passivity-based controllers: an application to the level regulation of a conical tank

In this paper, fractional order (FO) operators and adaptive passivity-based controllers (APBC) are combined. The main aim is to explore possible advantages of combining FO operators and APBC over the use of integer order APBC. The proposed technique is experimentally applied to the level regulation of a conical tank. For comparison purposes, integer order (classical) Proportional Integer (PI) controller and FO-PI controller are also experimentally applied and studied. Results showed that the design of FO-PI controller is simpler than classical PI controller design, since it uses a single set of parameters for the whole operational range of the plant; whereas three different set of parameters were adjusted for the classical PI controller. The design of FO-APBC and APBC is similar, and simpler than FO-PI and classical PI controllers design, not needing to know the plant parameters. Moreover, the proposed FO-APBC is more robust than APBC under plant parameter variations.University of Santiago, Chile, through the project DICYT, 041572TT / Commission of Scientific and Technological Research, CONICYT, Chile, Basal AMTC FB0808 / National Fund for Scientific and Technological Development, FONDECYT, Chile, 115048

Taylor polynomial approximation and adaptive passivity-based control applied to the level regulation of a conical tank

The techniques of Taylor polynomial approximation (TPA) and adaptive passivity-based controller (APBC) are combined in this study and applied to the level regulation of a conical tank. The design and comparative experimental results with a classical PI controller are presented. After combining these two approaches a robust adaptive controller named TPA-APBC, which is simpler than the classical APBC and PI controller, is obtained. This new TPA-APBC preserves the stability of the overall system after assuming that the nonlinear system is unknown and that it can be suitably represented by a first-order linear model with unknown parameters.USACH through the project DICYT 041572TT CONICYT Chile Basal AMTC FB0809 FONDECYT 115048

Enseñar a investigar: Una propuesta de acompañamiento al seminario de título de estudiantes de Tecnólogo en Automatización Industrial.

Considering the difficulties faced by the professors guiding students through their thesis development when facing research development, this study gives a proposal for the tutoring process of students from the career Technologist in Industrial Automation, at the University of Santiago, in the terminal process as part of their Thesis Seminary. Following the methodology of Project-Based Learning, the tutoring involved the development of the various stages of research directly related to the proof of concept and early stage of technological development. The findings offer an educational proposal for the use of technologists’ students and leading the students’ investigation processes from an educational and learning-centered perspective.Considerando las dificultades enfrentadas por nuestros académicos investigadores al guiar a estudiantes de la carrera Tecnólogo en Automatización Industrial de la Universidad de Santiago de Chile en procesos de titulación que involucran actividades de investigación, este estudio describe la propuesta de acompañamiento ejecutada. Siguiendo la metodología de aprendizaje basado en proyectos, se definió y dio a conocer un proceso detallado de acompañamiento que implicó definir que se abordarían temas de investigación aplicada, dar un alto grado de responsabilidad a los estudiantes, e incluyó el desarrollo de una nueva consigna de evaluación de los avances de la asignatura terminal correspondiente al Seminario de Título. Los hallazgos ofrecen una propuesta docente para el empleo de estudiantes de dicha carrera y guiar los procesos investigativos de los estudiantes, desde una perspectiva formativa y centrada en el aprendizaje