Resultados del Concurso de Ingeniería de Control 2012 y Convocatoria 2013

Re is a Ibe oame icana de Au omá ica e In o má ica indus ial 10 (2013) 240–244 © 2013 CEA. Publicado po Else ie España, S.L. Todos los de echos ese ados h p://dx.doi.o g/10.1016/j. iai.2013.03.015 Resul ados del Concu so de Ingenie ´ ıa de Con ol 2012 y Con oca o ia 2013. 1. Edici´ on 2012 El Concu so en Ingenie ´ ıa de Con ol 2012, Con ol au ´o- nomo del seguimien o de ayec o ias de un eh´ıculo cua i o- o o ganizado po el Comi ´ e Espa˜ nol de Au om´ a ica, se desa- oll´ o en a ias ases seg´ un se indica en las bases que se pueden encon a en la web: h p://www.ceau oma ica.es/og/ingenie ia- de-con ol/benchma k-2011-2012. Como obje i o gene al del concu so, se buscaba o ece a los es udian es de ingenie ´ ıa de con ol un p oblema de con ol que ep oduzca un sis ema eal, complejo, median e el cual pudie an e o za los conocimien os adqui idos en las clases de ingenie ´ ıa de con ol. El p oblema plan eado obligaba al alumno a pasa po odas las e apas nece- sa ias pa a el desa ollo e implemen aci´ on del con ol de un p o- ceso. El alumno deb´ ıa ob ene un modelo din´ amico del sis ema, pa a ello se le suminis a on da os expe imen ales e in o ma- ci´ on b´ asica del uncionamien o del p oceso. No se impusie on es icciones en el ipo de modelo ni en la o ma de ob ene lo (bien po modelado, bien po iden ificaci´ on expe imen al o po una combinaci´ on de ambas). Una ez desa ollado el modelo, se deb´ ıa abo da la ase de selecci´ on y ajus e de un con olado . Tampoco en es e aspec o se es ingi´ o el ipo de es uc u a de con ol a implemen a y se dej´ o a elecci´ on de cada pa icipan- e. El desa ollo deb´ ıa se alidado en simulaci´ on, po an o e a necesa io implemen a el con olado en Ma lab c /Simulink c . Es a p ime a ase, ealizada ´ ın eg amen e con simulado es y u i- lizando Ma lab c /Simulink c , finaliz´ o con la en ega de un mo- delo, un con olado y un documen o en o ma o a ´ ıculo b e e con la desc ipci´ on de los abajos ealizados y esul ados ob e- nidos. La siguien e ase co esponde a la implemen aci´ on eal. Ca- da equipo u o que implemen a , en la pla a o ma suminis a- da po la o ganizaci´ on T ackD one Li e c , (Ga c´ ıa-Nie o e al., 2012) el con olado desa ollado en la ase an e io . En la ase final, la implemen aci´ on p esen ada se some i´ o a una ba e ´ ıa de p uebas. El desa ollo adecuado del concu so exigi´ o al alumno, po medio de un ap endizaje basado en p oblemas, la in eg a- ci´ on de conocimien os en din´ amica, modelado, iden ificaci´ on y con ol as´ ı como el desa ollo de habilidades pa a el abajo en equipo. Como obje i o adicional es e concu so p e end´ ıa se , adem´ as de una he amien a docen e, una pla a o ma pa a inc emen a la Figu a 1: ARD one y pabell´ on donde se e ec u´ o la ase final del CIC 2012 en la Uni e sidad de Vigo. isibilidad del ´ a ea de la ingenie ´ ıa de sis emas en e la comu- nidad uni e si a ia. Figu a 2: Bloque de con ol pa a el CIC2012. Los pa icipan es, a pa i de posici´ on y elocidad, ob u ie on un modelo y desa olla on un con olado pa a seguimien o de ayec o ias. 2. P opues as P esen adas En la insc ipci´ on inicial pa icipa on un o al de 22 equipos de los cuales 16 p esen a on p opues as a la ase de simula- ci´ on del concu so, p o enien es de 12 uni e sidades en 4 pa´ ıses (Espa˜ na, B asil, Colombia y M´ exico). Las uni e sidades pa i- cipan es (algunas con a ios equipos) ue on: Uni . Poli ´ ecnica de Mad id (ES), Uni . de les Illes Balea s (ES), Uni . de Se illa (ES), Uni . Poli ` ecnica de Val` encia (ES), Uni . Poli ` ecncia de Ca alunya (ES), Uni . Au ` onoma de Ba celona (ES), Uni . Pon- ificia Boli a iana (CO), Uni . Fede al de San a Ca a ina (BR), Documen o desca gado de h p://h p://www.else ie ciencia.es el 16/04/2013. Copia pa a uso pe sonal, se p ohíbe la ansmisión de es e documen o po cualquie medio o o ma o. X. Blasco e al. / Re is a Ibe oame icana de Au omá ica e In o má ica indus ial 10 (2013) 240–244 241 Tabla 1: P e e encias pa a el modelo iden ificado (Fase 1) del CIC2012 ←AD →←D→←T→←I→←AI → Al amen e Al amen e Deseable Deseable Tole able Indeseable Indeseable Obje i o J0 iJ1 iJ2 iJ3 iJ4 iJ5 i Dis ancia x(k) Media (m) 0 0.20 0.60 1.00 1.50 2.50 Dis ancia y(k) Media (m) 0 0.20 0.60 1.00 1.50 2.50 Dis ancia x(k) M´ axima (m) 0 0.50 1.80 3.50 5.50 8.00 Dis ancia y(k) M´ axima (m) 0 0.50 1.80 3.50 5.50 8.00 Uni . de Vigo (ES), Uni . de La Rioja (ES), Uni . Complu ense de Mad id (ES) y Uni . Michoacana de San Nicolas de Hidalgo (MX). 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 −20 0 20 x 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 −5 0 5 x 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 −20 0 20 y 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 −5 0 5 y 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 −1 0 1 Re Pi ch 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 −1 0 1 Re Roll sec Figu a 3: Secuencia de acciones de con ol empleadas en la ase de e aluaci´ on del modelo. Du an e dicha ase, Los obje i os espec´ ıficos ue on: 1. Ob ene un modelo que ep oduzca lo mejo posible el compo amien o din´ amico de las a iables de posici´ on x eydel eh´ ıculo an e cambios en las a iables manipula- das (las e e encias Re Pi ch yRe Roll). Los da os su- minis ados a los pa icipan es se ob u ie on de ensayos sob e un modelo no-lineal del p oceso con el que pos e- io men e se e alua ´ ıa la calidad del modelo p esen ado. 2. Ob ene un con olado que, con las medidas disponibles x,y, x y y (posiciones y elocidades), ac ´ ue sob e las a iables manipuladas Re Pi ch yRe Roll, pa a conse- gui el mejo seguimien o posible de ayec o ias sob e el plano xy. La e aluaci´ on del con olado se ealiz´ o am- bi´ en con el modelo no-lineal del p oceso. −6 −4 −2 0 2 4 6 8 10 12 14 −2 0 2 4 6 8 10 12 X Y Figu a 4: Respues a espacial del Modelo No Lineal empleado en la e aluaci´ on de los modelos. Pa a acili a los abajos de los pa icipan es se suminis- a on unas unciones Ma lab c /Simulink c que ep oducen el p oceso de e aluaci´ on. M´ as in o maci´ on al espec o puede se consul ada en Blasco e al. (2012). 2.1. Fase de iden ificaci´on Di e en es ipos de p opues as ue on empleadas pa a cons- ui un modelo del ARD one con los da os suminis ados: Hamme s ein (5) Wiene -Hamme s ein (2) Funciones de ans e encia (4) Sis ema de In e encia bo oso (1) Espacio Es ado (1) Documen o desca gado de h p://h p://www.else ie ciencia.es el 16/04/2013. Copia pa a uso pe sonal, se p ohíbe la ansmisión de es e documen o po cualquie medio o o ma o. 242 X. Blasco e al. / Re is a Ibe oame icana de Au omá ica e In o má ica indus ial 10 (2013) 240–244 Redes Neu onales (2) LTI y modelo ´ ısico (1) Los da os usados pa a la e aluaci´ on se son los que se mues- an en las figu as 3 y 4. Pa a es a ase del concu so, se em- ple´ o la abla de p e e encias 1. Al e alua el endimien o de las p opues as suminis adas, se ob iene la dis ibuci´ on en las zonas de p e e encias de la Tabla 2. Tabla 2: Dis ibuci´ on en los angos de p e e encias pa a cada una de las es a- egias de modelado empleadas. Obje i o J1 J2 J3 J4 Hamme s ein 1 DDDD Hamme s ein 2 T D T D Hamme s ein 3 TTTT Hamme s ein 4 AI T AI T Hamme s ein 5 T D T D Wiene -Hamme s ein 1 TTTT Wiene -Hamme s ein 2 I D T D Funci´ on de T ans e encia 1 AI I I I Funci´ on de T ans e encia 2 D T T T Funci´ on de T ans e encia 3 ITIT Funci´ on de T ans e encia 4 D T D I Sis ema Bo oso ITIT Espacio Es ado T T I D Red Neu onal 1 AI AI AI AI Red Neu onal 2 T AI T AI LTI y modelo ´ ısico T D T T Se puede ap ecia que no hay sesgo hacia una ´ ecnica de modelado en pa icula . Lo an e io hace pensa que la di e- encia adica en la expe iencia en el uso de cada ´ ecnica y su u ilizaci´ on con c i e io. 2.2. Fase de Con ol Las es a egias empleadas pa a la ase de con ol ue on: P, PID, PD (9) Regulado Cuad ´ a ico (2) Funciones de an e encia (2) Con olado Bo oso (2) Red Neu onal (1) Un o al de 9 equipos usa on una a qui ec u a con capa su- pe io de con ol, pa a da a amien o a la consigna de los con- olado es y ga an iza el seguimien o de la ayec o ia lineal en e pun os waypoin s. La ayec o ia u ilizada pa a la e aluaci´ on de los dis in os con olado es p esen ados se mues a en la figu a 5. Pa a es a ase se u iliz´ o la abla de p e e encias 3. Al e alua el endi- mien o de las p opues as suminis adas, se log a la dis ibuci´ on en las zonas de p e e encias de la Tabla 4. Se puede no a que el iempo (J3) ha sido el eque imien- o que m´ as ´ acilmen e los pa icipan es han log ado sa is ace , −15 −10 −5 0 5 10 15 −5 0 5 10 15 20 25 x y Tiempo del eco ido: 269.28 segundos. Figu a 5: T ayec o ia empleada pa a la e aluaci´ on del con olado . Tabla 4: Dis ibuci´ on en los angos de p e e encias con espec o a las es a egias de con ol empleadas. Obje i o J1 J2 J3 P, PID, PD 1 D D D P, PID, PD 2 D D T P, PID, PD 3 I AI T P, PID, PD 4 I AI I P, PID, PD 5 AI AI I P, PID, PD 6 MPC D D T P, PID, PD 7 GAIN T AI T P, PID, PD 8 MPC T AI T P, PID, PD 9 D T T Regulado Cuad ´ a ico 1 I AI T Regulado Cuad ´ a ico 2 T T T Funci´ on de ans e encia 1 I AI T Funci´ on de ans e encia 2 D T T Sis ema Bo oso 1 T AI T Sis ema bo oso 2 T D T Red Neu onal AI AI I mien as que el e o m´ aximo (J2) el m´ as complicado. No hay suficien es p opues as de o as ´ ecnicas di e en es de PID pa a alo a si exis e sesgo en el endimien o del con olado hacia una ´ ecnica en pa icula . Sin emba go, los 6 p ime os pues os han sido pa a equipos que han empleado una capa supe io de con ol, pa a el a amien o de las consignas de con ol. 3. Fase Final del Concu so Un o al de 8 equipos, de seis uni e sidades y dos pa´ ıses, asis ie on a la final celeb ada en la Uni e sidad de Vigo. La Documen o desca gado de h p://h p://www.else ie ciencia.es el 16/04/2013. Copia pa a uso pe sonal, se p ohíbe la ansmisión de es e documen o po cualquie medio o o ma o. X. Blasco e al. / Re is a Ibe oame icana de Au omá ica e In o má ica indus ial 10 (2013) 240–244 243 Tabla 3: P e e encias pa a la ase de con ol (Fase 1) del CIC2012 ←AD →←D→←T→←I→←AI → Al amen e Al amen e Deseable Deseable Tole able Indeseable Indeseable Obje i o J0 iJ1 iJ2 iJ3 iJ4 iJ5 i Dis ancia Media (m) 0 0.05 0.30 0.60 1.00 2.00 Dis ancia M´ axima (m) 0 0.30 1.20 2.00 4.00 8.00 Tiempo de Reco ido (seg) 0 1,3 min 1,7 min 3,0 min 6,0 min 12 min uni e sidades ep esen adas ue on: Uni . Poli ´ ecnica de Ma- d id (ES), Uni . Poli ` ecnica de Val` encia (ES), Uni . Au ` onoma de Ba celona (ES), Uni . Fede al de San a Ca a ina (BR), Uni . de Vigo (ES) y Uni . de La Rioja (ES). Los obje i os espec´ ıficos de la ase final ue on: 1. Implemen a el con olado p opues o du an e la ase de simulaci´ on del concu so. Se penaliz´ o al equipo que em- plea a un con olado dis in o. 2. Valida las p es aciones del con olado en p uebas eales con el equipo suminis ado po el comi ´ e o ganizado Pa a acili a el abajo de la implan aci´ on de los algo i - mos de con ol, se p opo cion´ o a los pa icipan es la pla a o - ma T ackD one Li e, Ga c´ ıa-Nie o e al. (2012). La aplicaci´ on T ackD one Li e1, pe mi e ans o ma el cua i o o en una pla a o ma ideal pa a la docencia y la in es igaci´ on en el ´ ambi- o uni e si a io. T ackD one Li e pe mi e implemen a , simu- la y es ea cualquie ipo de algo i mo de con ol, des inado al seguimien o de ayec o ias de mane a au ´ onoma. Po an o, T ackD one Li e pe mi e ans o ma los cua i o o es en pe- que˜ nos eh´ ıculos au ´ onomos no ipulados (UAVs). La aplica- ci´ on desa ollada pe mi e con ola el ARD one an o en modo manual como au om´ a ico desde cualquie PC Windows con co- nexi´ on WIFI, pe mi iendo que cualquie usua io pueda u iliza la aplicaci´ on en equipos po ´ a iles o de sob emesa. La ase final del concu so se di idi´ o en una sesi´ on de en- enamien os pa a calib aci´ on de con olado es con los equipos suminis ados po el comi ´ e o ganizado . As´ ı mismo, se e i- fic´ o que las es uc u as de con ol ue an las mismas. En la segunda sesi´ on se desa oll´ o la final p opiamen e di- cha. Se some i´ o cada p opues a a un uelo au ´ onomo con es ARD ones di e en e ob eni´ endose una pun uaci´ on po cada en- sayo ( es en o al). Se conside ´ o el p omedio de las dos mejo es pun uaciones pa a designa una alo aci´ on gene al del endi- mien o de cada pa icipan e. La u a usada pa a e alua en el concu so se mues a en la figu a 6. T as la e aluaci´ on final, se concedie on es p ime os luga- es: 1. Equipo VIGO-1, Uni e sidad de Vigo (Con olado PD con in e polado de ayec o ia). 2. Equipo VIGO-2, Uni e sidad de Vigo (Regulado Cuad ´ a i- co con in e polado ). 1Lib e pa a desca ga en h p:// iune .up .es/handle/10251/16427 Figu a 6: Cap u a de pan alla de T ackD one Li e donde se mues a la ayec o- ia empleada en la e aluaci´ on final. 3. Equipo ETSII-UPM, Uni e sidad Poli ´ ecnica de Mad id (Con olado es PID con ges o de ayec o ia). 3.1. Cobe u a en medios y Di usi´on Pues o que un obje i o adicional del concu so e a el de in- c emen a la isibilidad del ´ a ea en e la comunidad uni e si a- ia se u iliza on los canales de di usi´ on m´ as adecuados pa a ha- ce llega la expe iencia. La ase final del concu so ue cubie a po medios de comunicaci´ on en di ec o ( e ansmisi´ on ia web po UVigo-TV) as´ ı como po medio de las edes sociales. Un ideo esumiendo los abajos de la ase final del concu so pue- de se consul ado en: h p://you u.be/uWYa wnze-A. El concu so man iene su cuen a en acebook (h p://www. acebook.com/Concu soIngenie iaDeCon ol), donde los pa icipan es pueden in e cambia comen a ios y consul a in- o maci´ on del concu so, ela i a a la edici´ on 2012 y la p ´ oxima edici´ on 2013. Documen o desca gado de h p://h p://www.else ie ciencia.es el 16/04/2013. Copia pa a uso pe sonal, se p ohíbe la ansmisión de es e documen o po cualquie medio o o ma o. 244 X. Blasco e al. / Re is a Ibe oame icana de Au omá ica e In o má ica indus ial 10 (2013) 240–244 Tabla 5: P e e encias pa a la ase de con ol (Fase 1) del CIC 2013 ←AD →←D→←T→←I→←AI → Al amen e Al amen e Deseable Deseable Tole able Indeseable Indeseable Obje i o J0 iJ1 iJ2 iJ3 iJ4 iJ5 i Dis ancia Media (m) 0 0.05 0.10 0.15 0.25 0.50 Dis ancia M´ axima (m) 0 0.10 0.15 0.25 0.50 1.00 Tiempo de Reco ido (seg) min 2,0 min 2,5 min 4,0 min 5,0 min 9,0 min 4. Concu so Ingenie ´ ıa de Con ol 2013 Dado el ´ exi o en pa icipaci´ on ob enido en es a edici´ on del CIC, se p opone el mismo modelo gene al pa a su edici´ on 2013. La documen aci´ on ´ ecnica, as´ ı como pla a o mas de abajo pue- den se desca gadas desde h p://www.ceau oma ica.es/ og/ingenie ia-de-con ol/benchma k-2012-2013 Se e ec ´ uan unas lige as modificaciones al concu so, a fin de mejo a lo y con inua alcanzando sus obje i os a ni el edu- ca i o: La Fase de Simulaci´ on. Se conside a aho a el ama˜ no de la sala en el simulado p o is o. La Fase de Implemen aci´ on no cambia sal o que se op- e, m´ as adelan e, po usa el ARD one2 en cuyo caso se ac ualiza ´ a la pla a o ma de implemen aci´ on. El sis ema de e aluaci´ on es el mismo, basado el las p e- e encias es ablecidas po lo m´ e odos basados en physi- cal p og amming (Messac. (1996), Sanchis e al. (2010)). La ma iz de p e e encia pa a la ase de iden ificaci´ on no a ´ ıa espec o de la edici´ on an e io ( e Tabla 1, pe o la ma iz de p e e encias pa a la ase de con ol su e algu- nas a iaciones ( e Tabla 5). Re e encias Blasco, X., Ga c´ ıa-Nie o, S., Reynoso-Meza, G., 2012. Con ol au ´ onomo del seguimien o de ayec o ias de un eh´ ıculo cua i o o . simulaci´ on y e a- luaci´ on de p opues as. Re is a Ibe oame icana de Au om´ a ica e In o m´ a ica Indus ial 9, 194 – 199. Ga c´ ıa-Nie o, S., Blasco, X., Sanchiz, J., He e o, J., Reynoso-Meza, G., Ma ´ ınez, M., 2012. T ackd one li e. Riune : h p://hdl.handle.ne / 10251/16427. Messac., A., 1996. Physical p og amming: effec i e op imiza ion o compu- a ional design. AIAA Jou nal 34 (1), 149 – 158. Sanchis, J., Ma ´ ınez, M. A., Blasco, X., Reynoso-Meza, G., 2010. Modelling p e e ences in mul iobjec i e enginee ing design. Enginee ing Applica ions o A ificial In elligence 23, 1255 – 1264. E a a En la figu a 8 del a ´ ıculo ´ ecnico desc ip i o de la edici´ on 2012 (Blasco e al. (2012)) exis e una e a a: las e ique as de la imagen que acompa˜ nan a las definiciones de clase de gpp han de se modificadas. La figu a 7 mues a la g ´ afica con las e ique as co egidas. Figu a 7: Funci´ on de clase p opues a. Ag adecimien os Es e abajo ha sido ealizado pa cialmen e g acias al apoyo del Minis e io de Ciencia e Inno aci´ on (Gobie no de Espa˜ na) median e la Acciones Complemen a ias DPI2010-12026-E y DPI2011-15857-E, y la Uni e si a Poli ` ecnica de Val` encia a a ´ es de la beca UPV-FPI-2010/19. Xa ie Blasco [email p o ec ed].es Gilbe o Reynoso-Meza gil eyme@up .es Se gio Ga c´ ıa-Nie o [email p o ec ed].es Ins i u o Uni e si a io de Au om´ a ica e In o m´ a ica Indus ial Uni e si a Poli ` ecnica de Val` encia Espa˜ na Documen o desca gado de h p://h p://www.else ie ciencia.es el 16/04/2013. Copia pa a uso pe sonal, se p ohíbe la ansmisión de es e documen o po cualquie medio o o ma o.