DESARROLLO DE HERRAMIENTA DIDÁCTICA EN GEOGEBRA PARA EL ANÁLISIS DE LA RESPUESTA TEMPORAL DE SISTEMAS DE SEGUNDO ORDEN (DEVELOPMENT OF A DIDACTIC TOOL IN GEOGEBRA FOR THE ANALYSIS OF THE TEMPORAL RESPONSE OF SECOND ORDER SYSTEMS)

Resumen El análisis de sistemas de segundo orden dentro del campo de la ingeniería de control tiene una gran relevancia, ya que habitualmente la mayor parte de los sistemas pueden ser aproximados a un sistema de orden dos. Con la finalidad de contribuir al proceso de enseñanza/aprendizaje se desarrolló una herramienta didáctica mediante el software GeoGebra, la cual proporciona un análisis de sistemas de este tipo y su respuesta. La herramienta desarrollada calcula y despliega de forma gráfica la respuesta temporal del sistema ante una entrada escalón unitario así como una serie de parámetros. Palabras Clave: Sistemas de segundo orden, Función de transferencia, Parámetros, GeoGebra. Abstract The analysis of second-order systems within the field of control engineering is of great importance, since usually most systems can be approximated to an order two system. In order to contribute to the teaching/learning process, a teaching tool was developed using the GeoGebra software, which provides an analysis of this type of system and its response. The developed tool calculates and displays graphically the temporal response of the system to a unitary step input as well as a series of parameters. Keywords: Second order systems, Transfer function, Parameters, GeoGebra

Construcciones cinemáticas mediante gráficos

Se desarrollaron aplicaciones didácticas por medio del software GeoGebra para facilitar el aprendizaje de materias de ingeniería como Dinámica y Mecanismos, en busca de reducir el índice de reprobación en las mismas. De la materia de Dinámica los casos de estudio corresponden a los temas de Cinemática de los cuerpos rígidos y Movimiento Plano General en particular con mecanismos de al menos cuatro barras; de la materia de Mecanismos, se realizó un generador de funciones correspondiente al tema de Síntesis de Mecanismos. Las aplicaciones serán utilizadas como complemento en la enseñanza de estos tópicos de forma creativa, proporcionando al alumno herramientas que le permitan interactuar con el movimiento de los mecanismos vistos en clase.Palabra(s) Clave(s): Didáctico, enseñanza, Geogebra, mecanismos, movimiento plano general

PROPUESTA DE UN SISTEMA DE MONITOREO Y ANÁLISIS ENERGÉTICO BASADO EN TECNOLOGÍA DE INTERNET DE LAS COSAS PARA UNA MICRO-RED DE CD (PROPOSAL OF AN ENERGY MONITORING AND ANALYSIS SYSTEM BASED ON INTERNET OF THINGS TECHNOLOGY FOR A CD MICRO-GRID)

Resumen En el presente artículo se propone un sistema de monitoreo y análisis energético de una Micro-red de CD, el cual consta del proceso de monitoreo mediante un sensor inteligente de las variables de corriente y voltaje de los elementos que conforman a la Micro-red: la red principal de corriente alterna, el arreglo fotovoltaico, las cargas y el banco de baterías. La información se almacenará en una base de datos para su análisis posterior. Para encontrar los valores de factores que impacten mayormente a la eficiencia de generación de energía, considerando las pérdidas y el ahorro energético, se desarrollará una red neuronal que utilizará el algoritmo de BackPropagation y que será entrenada con los parámetros cuantitativos pertenecientes a los factores climáticos y las variables censadas. Los resultados se visualizarán en una aplicación web interactiva que mostrará gráficos con el histórico de las variables monitoreadas, los factores climáticos y el pronóstico de la red neuronal. Palabras Clave: Base de datos, Micro-red, Panel fotovoltaico, Red neuronal, Sensor inteligente. Abstract In this paper is proposed an energy monitoring and analysis system of a DC Micro-grid, which consists of the monitoring process through an intelligent sensor of the elements that are part of the Micro- grid: the main alternating current network, the photovoltaic arrangement, the loads and the battery bank. The information will be stored in a database for future analysis. To find the values of factors that have a major impact on the efficiency of power generation, considering losses and energy saving, a neural network will be developed will use Backpropagation algorithm and that will be trained with the quantitative parameters belonging to climatic factors and the census variables. The results will be displayed in an interactive web application that will show graphs with the history of the monitored variables, the climatic factors and the forecast of the neural network. Keywords: Database, Micro-grid, neuronal network, photovoltaic panel, smart sensor

REVISIÓN DE PARÁMETROS PARA EL DISEÑO DE UNA CELDA ELECTROLÍTICA ALCALINA (REVIEW OF PARAMETERS FOR THE DESIGN OF AN ALKALINE ELECTROLYTIC CELL)

En este artículo se presentan algunos parámetros considerados en el diseño de una celda electrolítica alcalina para garantizar una reacción de evolución del hidrógeno (HER por sus siglas en inglés) elevada; en los que se enlistan: composición de electrodos, principalmente por su porcentaje de níquel que trabaja como catalizador en la producción de hidrógeno; geometría de electrodos, donde intervienen sus dimensiones, que incluye espesor y área de trabajo;  separación entre electrodos, una distancia mínima es preferible para mantener una resistencia eléctrica baja; electrolito, es el medio por el cual viajan los electrones haciendo posible la ruptura de la molécula de agua, el álcali usado en la mezcla es de interés porque facilita el paso de corriente eléctrica; condiciones de trabajo, algunas propiedades dependen de la temperatura operación por lo que es importante definir estas variable al valor más óptimo posible; por último, unas observaciones con relación a propiedades, sólo si intervienen materiales además del utilizado en los electrodos. En el presente trabajo se obtuvo un listado de los parámetros de diseño y como afectan la producción de hidrógeno.Palabra(s) Clave: alcalina, celda electrolítica, diseño, parámetros. AbstractThis paper presents some parameters considered in the design of an alkaline electrolytic cell to guarantee a high hydrogen evolution reaction (HER); in which are listed: composition of electrodes, mainly by its percentage of nickel that works as a catalyst in the production of hydrogen; electrode geometry, where its dimensions intervene, which includes thickness and work area; gap between electrodes, a minimum distance is preferable to maintain a low electrical resistance; electrolyte, is the means by which the electrons travel making possible the rupture of the water molecule, the alkali used in the mixture is of interest because it facilitates the passage of electric current; working conditions, some properties depend on the operating temperature so it is important to define this variable at the most optimal value possible; Finally, some observations regarding properties, only if materials are involved in addition to the one used in the electrodes. In the present work a list of the design parameters was obtained and how they affect the production of hydrogen.Keywords: alkaline, design, electrolytic cell, parameters

MODELO DE ESPACIO–ESTADO DE UNA CELDA ALCALINA ELECTROLÍTICA PRODUCTORA DE HIDRÓGENO (STATE–SPACE MODEL OF AN ALKALINE ELECTROLYTIC CELL HYDROGEN PRODUCER)

En base a un estudio de los modelos existentes, se desarrolló en el presente artículo una propuesta de modelo de espacio – estado para una celda alcalina productora de hidrógeno. Para la constitución del modelo se consideró una celda bipolar de domo, tomando como variables de estado la presión y temperatura del sistema y como entrada la corriente de alimentación; consiguiendo con esto un modelo SISO no lineal, susceptible de ser analizado con la teoría de control moderno. El modelo se simuló con la herramienta Simulink de Matlab mostrando correspondencia con las respuestas del sistema presentadas en la bibliografía.Palabra(s) Clave: Electrolizador alcalino, Hidrogeno, Modelo de espacio-estado. AbstractBased on existing models’ study, a State-Space model proposal for a hydrogen-producing alkaline cell was developed in this paper. For the model constitution a bipolar dome cell was considered, taking system pressure and temperature as state variables and the power current as input, getting whit this a nonlinear SISO model susceptible to be analyzed whit modern control theory. The model was simulated whit Simulink, Matlab’s tool, showing correspondence whit system responses presented on the bibliography.Keywords: Alkaline electrolyzer, Hydrogen, State – Space model

LABORATORIO REMOTO PARA SISTEMAS DE CONTROL DISCRETOS MEDIANTE INTERNET DE LAS COSAS (REMOTE LABORATORY FOR DISCRETE CONTROL SYSTEMS THROUGH INTERNET OF THINGS)

Resumen En este trabajo se presenta el desarrollado de un laboratorio remoto de sistemas de control discreto empleando la técnica de Hardware in the Loop (HIL). El laboratorio consta de dos partes principales, la primera es una plataforma HIL integrada por tres elementos, los cuales son un emulador en tiempo real, un controlador PID discreto y una tarjeta de adquisición de datos. El emulador se embebió sobre una tarjeta de desarrollo NI myRIO-1900 empleando el lenguaje de programación grafico de la compañía National Instruments LabVIEW. La principal función del emulador es reproducir el comportamiento de sistemas de primer y segundo orden que representan el proceso en un sistema de control. La plataforma cuenta con una biblioteca de los siguientes procesos preestablecidos: primer orden general, segundo orden general, mecánico de traslación y rotación de masa-resorte-amortiguador, circuito eléctrico RC y RLC, tanque de agitación continua y de motor CD; esta plataforma permite a los usuarios seleccionar y configurar los parámetros de cada uno de los procesos. El controlador PID también es configurable, en este elemento el usuario puede seleccionar el periodo de ejecución y las ganancias proporcional, integral y derivativa de una estructura PID en paralelo. La tarjeta de adquisición de datos empleada fue una NI myDAQ, la cual trabaja sobre la misma plataforma de programación de LabVIEW, esta tarjeta permite monitorear las variables del proceso, recolectando y almacenando los datos que describen la respuesta del sistema de control con una resolución y durante un tiempo definidos por el usuario. La segunda parte del laboratorio remoto es una aplicación web implementada en Android Studio, la cual esta vinculada al igual que LabVIEW a una base de datos en tiempo real desarrollada mediante el software Firebase, esta permite enviar y recibir información entre ambos sistemas. El usuario de esta aplicación tiene acceso mediante su dispositivo móvil con conexión a internet. La aplicación contiene una interfaz que guía al usuario en la configuración de la planta, el controlador y la tarjeta de adquisición de datos. Palabras clave: Emulador, Hardware in the Loop, Laboratorio Remoto, Controlador PID, Sistemas de Control. Abstract This paper presents the development of a remote laboratory for discrete control systems using the Hardware in the Loop (HIL) technique. The laboratory consists of two main parts, the first is a HIL platform made up of three elements, which are a real-time emulator, a discrete PID controller and a data acquisition board. The emulator was embedded on a NI myRIO-1900 development board using the National Instruments LabVIEW graphical programming language. The main function of the emulator is to reproduce the behavior of first and second order systems that represent the process in a control system. The platform has a library of the following pre-established processes: first general order, second general order, mechanical translation and rotation of mass-spring-damper, RC and RLC electrical circuit, continuous stirring tank and DC motor; This platform allows users to select and configure the parameters of each of the processes. The PID controller is also configurable, in this element the user can select the execution period and the proportional, integral and derivative gains of a PID structure in parallel. The data acquisition board used was a NI myDAQ, which works on the same LabVIEW programming platform, this card allows monitoring the process variables, collecting and storing the data that describes the response of the control system with a resolution and for a user-defined time. The second part of the remote laboratory is a web application implemented in Android Studio, which, like LabVIEW, is linked to a real-time database developed using the Firebase software, which allows information to be sent and received between both systems. The user of this application has access through their mobile device with an internet connection. The application contains an interface that guides the user in the configuration of the plant, the controller and the data acquisition board. Keywords: Emulator, Hardware in the Loop, Remote Laboratory, PID Controller, Control Systems

REVISIÓN DE LA APLICACIÓN DE HARDWARE IN THE LOOP EN SISTEMAS FOTOVOLTAICOS (REVIEW OF THE HARDWARE IN THE LOOP APPLICATION IN PHOTOVOLTAIC SYSTEMS)

Resumen En los últimos años los sistemas de distribución eléctricos se han ido transformando. Las micro-redes se presentan como una alternativa capaz de cubrir las necesidades que esta transformación implica, convirtiéndolas en el tema de investigaciones recientes. Uno de los aspectos tratados en estas investigaciones refiere a los medios de producción de energía limpia y en este punto la energía fotovoltaica destaca. La infraestructura y recursos necesarios para probar sistemas fotovoltaicos han motivado a la búsqueda de alternativas para llevar a cabo este proceso. Una de las soluciones radica en la implementación de simulaciones Hardware in the Loop. En este trabajo se presenta una revisión de investigaciones referentes a la aplicación de técnicas Hardware in the Loop en sistemas fotovoltaicos. Catorce investigaciones fueron sistematizadas recabando lo referente a cuatro aspectos: el tipo de hardware empleado, las ventajas y desventajas de la propuesta, la finalidad con la que fue llevada a cabo la investigación y el tipo de simulación HIL llevada a cabo. Palabras Clave: Controller Hardware in the Loop, Hardware in the Loop, Power Hardware in the Loop, Sistema fotovoltaico. Abstract In the last years, electrical distribution systems have transformed. Micro-grids are presented as a viable alternative to meet the needs that this transformation implies, converting them in the topic of interest in recent investigations. One of the aspects treated in these investigations refers to the means of clean energy production and, in this point, photovoltaic energy stands out. Infrastructure and resources needed for photovoltaic systems testing have motivated the research of alternatives to carry out this process. One of the solutions lies on Hardware in the Loop simulations applied in photovoltaic systems. Fourteen investigations collected systematically what refers to four aspects: the kind of hardware employed, the advantages and disadvantages of the proposal, the finality of the investigation and, finally, the kind of HIL simulation that was carried out. Keywords: Controller Hardware in the Loop, Hardware in the Loop, Photovoltaic system, Power Hardware in the Loop

PLATAFORMA HARDWARE IN THE LOOP PARA EMULAR LA RESPUESTA DINÁMICA DE UN CUADRICÓPTERO (HARDWARE IN THE LOOP PLATFORM FOR EMULATE THE DYNAMIC RESPONSE OF A QUADCOPTER)

Resumen En la actualidad las aeronaves no tripuladas han ido ganando popularidad ya que se emplean en múltiples aplicaciones y en algunas de estas se requiere de un control automático. Sin embargo, probar un controlador en un vehículo de este tipo puede ser riesgoso para su integridad. En el presente artículo se describe el desarrollo de una plataforma Hardware in the Loop (HIL) que emula la respuesta dinámica de un cuadricóptero. La plataforma HIL se desarrolló en una tarjeta NI myRIO-1900 y el entorno de programación gráfica LabVIEW. Los resultados obtenidos en la plataforma se compararon con una simulación en Matlab obteniendo resultados satisfactorios. Palabras clave: Cuadricóptero, Hardware in the Loop, LabVIEW. Abstract Nowadays unmanned aerial vehicles have been gaining popularity as they are used in multiple applications and some of these require automatic control. However, testing a controller on such a vehicle can be risky for its integrity. This article describes the development of a Hardware in the Loop (HIL) platform that emulates the dynamic response of a quadcopter. The HIL platform was developed on an NI myRIO-1900 board and the graphical programming environment LabVIEW. The results obtained in the platform were compared with a simulation in Matlab obtaining satisfactory results. Keywords: Hardware in the Loop, LabVIEW, Quadcopter

Multipurpose Modular Wireless Sensor for Remote Monitoring and IoT Applications

Today, maintaining an Internet connection is indispensable; as an example, we can refer to IoT applications that can be found in fields such as environmental monitoring, smart manufacturing, healthcare, smart buildings, smart homes, transportation, energy, and others. The critical elements in IoT applications are both the Wireless Sensor Nodes (WSn) and the Wireless Sensor Networks. It is essential to state that designing an application demands a particular design of a WSn, which represents an important time consumption during the process. In line with this observation, our work describes the development of a modular WSn (MWSn) built with digital processing, wireless communication, and power supply subsystems. Then, we reduce the WSn-implementing process into the design of its modular sensing subsystem. This would allow the development and launching processes of IoT applications across different fields to become faster and easier. Our proposal presents a versatile communication between the sensing modules and the MWSn using one- or two-wired communication protocols, such as I2C. To validate the efficiency and versatility of our proposal, we present two IoT-based remote monitoring applications

Development of a Hardware-in-the-Loop Platform for the Validation of a Small-Scale Wind System Control Strategy

The use of renewable energies contributes to the goal of mitigating climate change by 2030. One of the fastest-growing renewable energy sources in recent years is wind power. Large wind generation systems have drawbacks that can be minimized using small wind systems and DC microgrids (DC-µGs). A wind system requires a control system to function correctly in different regions of its operating range. However, real-time analysis of a physical wind system may not be feasible. An alternative to counteract this disadvantage is using real-time hardware in the loop (HIL) simulation. This article describes the implementation of an HIL platform in an NI myRIO 1900 to evaluate the performance of control algorithms in a small wind system (SWS) that serves as a distributed generator for a DC-µG. In the case of an SWS, its implementation implies nonlinear behaviors and, therefore, nonlinear equations, and this paper shows a way to do it by distributing the computational work, using a high-level description language, and achieving good accuracy and latency with a student-oriented development kit. The platform reproduces, with an integration time of 10 µs, the response of the SWS composed of a 3.5 kW turbine with a fixed blade pitch angle and no gear transmission, a permanent magnet synchronous generator (PMSG), and a three-phase full-bridge AC/DC electronic power converter. The platform accuracy was validated by comparing its results against a software simulation. The compared variables were the PMSG currents in dq directions, the turbine’s angular speed, and the DC bus’s voltage. These comparisons showed mean absolute errors of 0.04 A, 1.9 A, 0.7 rad/s, and 9.5 V, respectively. The platform proved useful for validating the control algorithm, exhibiting the expected results in comparison with a lab-scale prototype using the same well-known control strategy. Using a well-known control strategy provides a solid reference to validate the platform