Cinemática y Dinámica de Máquinas

Nivel educativo: Grado. Duración (en horas): Más de 50 horasSe plantea una metodología de aprendizaje basada en proyectos, empleando técnicas de aprendizaje cooperativo, para la asignatura de tercer curso de grado en Ingeniería Mecánica. El ingeniero que diseña máquinas y estudia problemas mecánicos debe poseer una gran formación teórica y práctica. En concreto, debe de estar capacitado para explicar la relación que existe entre la topología estructural, la geometría, las fuerzas y el movimiento en los mecanismos y en las máquinas, todo lo cual constituye el objeto de la Cinemática y Dinámica de Máquinas. Los resultados de aprendizaje que se describen para la asignatura son: aplicar los fundamentos de cinemática y dinámica de mecanismos necesarios para el desarrollo profesional; resolver los problemas de los mecanismos analizando el problema cualitativa y cuantitativamente planteando hipótesis y soluciones; realizar trabajos e informes escritos y orales explicando adecuadamente los procedimientos empleados e interpretando las soluciones obtenidas; y como resultado "transversal", debatir y tomar decisiones en los trabajos realizados en grupo. El proyecto a desarrollar en la asignatura consiste en el análisis cinemático y dinámico de un mecanismo plano y una posterior síntesis dimensional para la mejora de su comportamiento cinemático y dinámico. Se analizará el sistema elegido: se desmontará el sistema mecánico, estudiando su topología, analizando los mecanismos que forman el sistema en conjunto. Se analizarán las trayectorias, velocidades y aceleraciones de los elementos, y otras características del movimiento plano. Se modificarán las dimensiones para que el sistema se comporte siguiendo unas especificaciones previamente establecidas. Finalmente se estudiará el problema dinámico evaluando las fuerzas y momentos de inercia sobre el sistema rediseñado

Switching Control Strategy for Oscillating Water Columns Based on Response Amplitude Operators for Floating Offshore Wind Turbines Stabilization

In this article, a new strategy for switching control has been proposed with the aim of reducing oscillations in floating offshore wind turbines. Such oscillations lead to a shortage in the system’s efficiency, lifespan and harvesting capability of wind and wave energies. In order to study the decreasing of undesired oscillations in the system, particularly in pitch and top tower fore-aft movements, a square-shaped platform barge equipped with four symmetric oscillating water columns has been considered. The oscillating water columns’ air flux valves allow to operate the air columns so that to control the barge movements caused by oscillatory motion of the waves. In order to design the control scheme, response amplitude operators have been used to evaluate the performance of the system for a range of wave frequency profiles. These response amplitude operators analysis makes it possible to implement a switching control strategy to adequately regulate the valves opening/closing transition. The obtained results show that the proposed controlled oscillating water column-based barge present a better performance compared to the traditional barge one. In the case study with the period of 10 s, the results indicate the significant oscillation reduction for the controlled oscillating water column-based system compared to the standard barge system by 30.8% in pitch angle and 25% in fore-aft displacement.This work was supported in part by the Basque Government, through project IT1207-19 and by the MCIU/MINECO through the projects RTI2018-094902-B-C21 and RTI2018-094902-B-C22 (MCIU/AEI/FEDER, UE)

Sensors Data Analysis in Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA) Systems to Foresee Failures with an Undetermined Origin

This paper presents the design and implementation of a supervisory control and data acquisition (SCADA) system for automatic fault detection. The proposed system offers advantages in three areas: the prognostic capacity for preventive and predictive maintenance, improvement in the quality of the machined product and a reduction in breakdown times. The complementary technologies, the Industrial Internet of Things (IIoT) and various machine learning (ML) techniques, are employed with SCADA systems to obtain the objectives. The analysis of different data sources and the replacement of specific digital sensors with analog sensors improve the prognostic capacity for the detection of faults with an undetermined origin. Also presented is an anomaly detection algorithm to foresee failures and to recognize their occurrence even when they do not register as alarms or events. The improvement in machine availability after the implementation of the novel system guarantees the accomplishment of the proposed objectives.This work was supported partially by the Basque Government through project IT1207-19, and by the MCIU/MINECO through RTI2018-094902-B-C21/RTI2018-094902-B-C22 (MCIU/AEI/FEDER, UE). The authors would like to thank Intenance Company for its collaboration and help

Cinemática y Dinámica de Máquinas

Nivel educativo: Grado. Duración (en horas): Más de 50 horasSe plantea una metodología de aprendizaje basada en proyectos, empleando técnicas de aprendizaje cooperativo, para la asignatura de tercer curso de grado en Ingeniería Mecánica. El ingeniero que diseña máquinas y estudia problemas mecánicos debe poseer una gran formación teórica y práctica. En concreto, debe de estar capacitado para explicar la relación que existe entre la topología estructural, la geometría, las fuerzas y el movimiento en los mecanismos y en las máquinas, todo lo cual constituye el objeto de la Cinemática y Dinámica de Máquinas. Los resultados de aprendizaje que se describen para la asignatura son: aplicar los fundamentos de cinemática y dinámica de mecanismos necesarios para el desarrollo profesional; resolver los problemas de los mecanismos analizando el problema cualitativa y cuantitativamente planteando hipótesis y soluciones; realizar trabajos e informes escritos y orales explicando adecuadamente los procedimientos empleados e interpretando las soluciones obtenidas; y como resultado "transversal", debatir y tomar decisiones en los trabajos realizados en grupo. El proyecto a desarrollar en la asignatura consiste en el análisis cinemático y dinámico de un mecanismo plano y una posterior síntesis dimensional para la mejora de su comportamiento cinemático y dinámico. Se analizará el sistema elegido: se desmontará el sistema mecánico, estudiando su topología, analizando los mecanismos que forman el sistema en conjunto. Se analizarán las trayectorias, velocidades y aceleraciones de los elementos, y otras características del movimiento plano. Se modificarán las dimensiones para que el sistema se comporte siguiendo unas especificaciones previamente establecidas. Finalmente se estudiará el problema dinámico evaluando las fuerzas y momentos de inercia sobre el sistema rediseñado

Effective Position Control for a Three-Phase Motor

This document presents an efficient proportional derivative (PD) position controller for three-phase motor drives. The regulator has been designed in frequency domain, employing the direct–quadrature (d–q) synchronous rotating reference frame and the indirect vector control. The presented position regulator is easy to tune and incorporates a feed forward (FF) term to compensate effectively the effect of the load disturbance. This position controller has been validated experimentally by using two industrial three-phase motors: an induction motor (IM) of 7.5 kW and a permanent magnet synchronous motor (PMSM) of 3.83 kW. The inner proportional integral (PI) current loops of both machines have also been designed in the frequency domain. Each machine has connected in its shaft an incremental encoder of 4096 pulses per revolution, to measure the position. Several simulations and experimental tests have been carried out with both motors, in favorable conditions and also with various types of adversities (parametric uncertainties, unknown load disturbance and measurement noise in the position and current loops), getting very good results and suggesting that this controller could be used in the research area and also in the industry.This research was partially funded by the Basque Government through the project SMAR3NAK (ELKARTEK KK-2019/00051