Show simple item record

dc.contributor.advisorCamargo Bareño, Carlos Iván
dc.creatorArias Sosa, Nicolás David
dc.date.accessioned2020-07-26T20:29:06Z
dc.date.available2020-07-26T20:29:06Z
dc.date.created2020-07-25
dc.identifier.citationArias, N. (2020). Herramienta para simulación de sistemas de control en tiempo real: propuesta de costo eficiente para la enseñanza de sistemas lineales de control en pregrado (tesis de maestría). Universidad Nacional de Colombia, Bogotá, Colombia.
dc.identifier.urihttps://repositorio.unal.edu.co/handle/unal/77856
dc.descriptionEn este trabajo se propone una herramienta de simulación de sistemas de control en tiempo real de costo eficiente usando la técnica de Prototipado Rápido de Controlador (RCP, por sus siglas en inglés), planteada para ser usada en la enseñanza en cursos de pregrado. Usando la metodología~en~V para el desarrollo de sistemas se concibió la herramienta desde el concepto de operaciones, seguido de la definición de requerimientos y del diseño de alto nivel y detallado. Luego de esto, se elaboró un prototipo funcional para verificar su utilidad en la simulación de sistemas de control básicos como el PID, para la identificación de sistemas e incluso para simular cualquier componente que el usuario pueda desarrollar y añadir a la herramienta por su propia cuenta. Finalmente, se presenta su estructura de costos para validar el criterio de costo-eficiencia y el resultado del desarrollo de una práctica de laboratorio que involucra su uso con un grupo de estudiantes de pregrado, con el fin de demostrar su aplicabilidad en la enseñanza.
dc.description.abstractIn this thesis work, a cost-effective real-time control system simulation tool is proposed using the Rapid Controller Prototyping (RCP) technique, designed to be used in undergraduate education. Using the V-Model methodology for system development, the tool was conceived starting from the Concept of Operations, followed by the definition of requirements and high-level and detailed design. Next, a functional prototype was developed to verify its usefulness in the simulation of basic control systems, such as the PID, in the identification of systems and even in the simulation of any component that the user can develop and add to the tool by themselves. Finally, its cost structure is presented to validate the cost-efficiency criterion together with the result of conducting a laboratory session with undergraduate students to demonstrate its applicability in education.
dc.format.extent145
dc.format.mimetypeapplication/pdf
dc.language.isospa
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/co/
dc.subjectenseñanza
dc.subjectprototipado Rápido de Controlador (RCP)
dc.subjectsimulación en tiempo real
dc.subjectsistemas de control
dc.subject.ddc620 - Ingeniería y operaciones afines
dc.subject.ddc370 - Educación
dc.titleHerramienta para simulación de sistemas de control en tiempo real: propuesta de costo eficiente para la enseñanza de sistemas lineales de control en pregrado
dc.typeMonograph: Documentation
dc.rights.spaAcceso abierto
dc.contributor.institutionUniversidad Nacional de Colombia - Sede Bogotá
dc.subject.keywordcontrol systems
dc.subject.keywordrapid control prototyping (RCP)
dc.subject.keywordreal-Time Simulation
dc.subject.keywordteaching
dc.type.spaDocumentos de Trabajo
dc.type.hasversionAccepted Version
dc.description.additionalMagíster en Ingeniería Electrónica. Línea de Investigación: Sistemas Embebidos .
dc.coverage.modalityMaestria
dc.rights.accessRightsOpen Access
dc.rights.ccAtribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 Colombia
dc.identifier.bibliographicCitationJosé Roberto Cuarán. Guı́a de Laboratorio No. 5. Técnicas de Compensación en el Dominio de la Frecuencia, 2015. Universidad Nacional de Colombia.
dc.identifier.bibliographicCitationJosé Roberto Cuarán. Guı́a de Laboratorio No. 1. Introducción a la Plataforma Lego Mindstorms, 2015. Universidad Nacional de Colombia.
dc.identifier.bibliographicCitationJosé Roberto Cuarán. Guı́a de Laboratorio No. 4. Control PID, 2015. Universidad Nacional de Colombia.
dc.identifier.bibliographicCitationJosé Roberto Cuarán. Guı́a de Laboratorio No. 2. Modelado e Identificación, 2015. Universidad Nacional de Colombia.
dc.identifier.bibliographicCitationJosé Roberto Cuarán. Guı́a de Laboratorio No. 3. Control ON/OFF y Control Proporcional, 2015. Universidad Nacional de Colombia.
dc.identifier.bibliographicCitationUniversidad Distrital Francisco José de Caldas. Programa Curricular Ingenieria Electrónica: Contenidos Programáticos. http://ingenieria1.udistrital.edu.co/udin1/mod/folder/view.php?id=4117.
dc.identifier.bibliographicCitationPontificia Universidad Javeriana. Práctica No. 5. Control de Sistemas Lineales por Retroalimentación de Estados, 2013.
dc.identifier.bibliographicCitationPontificia Universidad Javeriana. Práctica No. 4. Control de Posición - Control Digital, 2013.
dc.identifier.bibliographicCitationJohn Alexander Cortés Romero. Laboratorio 1: Herramientas Hardware y Software, 2019.
dc.identifier.bibliographicCitationJohn Alexander Cortés Romero. Laboratorio 2: Modelado e identificación, 2019.
dc.identifier.bibliographicCitationJohn Alexander Cortés Romero. Laboratorio 3: Lugar geométrico de las raı́ces: Regiones permisibles para los polos, control P y PD, 2019.
dc.identifier.bibliographicCitationJohn Alexander Cortés Romero. Laboratorio 4: Lugar geométrico de las raı́ces: Regiones permisibles para los polos, control PI, 2019.
dc.identifier.bibliographicCitationJohn Alexander Cortés Romero. Laboratorio 5: Lugar geométrico de las raı́ces: Controladores PID y Reglas Empı́ricas de Ajuste, 2019.
dc.identifier.bibliographicCitationJohn Alexander Cortés Romero. Laboratorio 6: Controladores en el dominio de la frecuencia, 2019.
dc.identifier.bibliographicCitationD. Schinstock, S. Schinstock, and W.N. White. Micro-controller based update of inexpensive undergraduate control systems laboratory hardware. In American Control Conference (ACC), 2015, pages 2807–2812.
dc.identifier.bibliographicCitationMarisol Osorio Cárdenas and Diego Ignacio Marı́n Arango. Control inteligente adaptativo en tiempo real. 2011.
dc.identifier.bibliographicCitationFredy Edimer Hoyos Velasco, Camilo Younes Velosa, Eduardo Antonio Cano Plata, and Sebastián Sánchez Aristizábal. Desarrollo de un controlador de velocidad de un motor de imanes permanentes utilizando técnicas de realización rápida de prototipos. 2010.
dc.identifier.bibliographicCitationS.R.B. Santos and N.M.F. Oliveira. Test platform to pitch angle using hardware in loop. In 39th IEEE Frontiers in Education Conference, 2009. FIE '09, pages 1–5.
dc.identifier.bibliographicCitationZheying Song, Jun Wang, Chaoying Liu, and Xueling Song. Design of a hardware-in the loop experiment simulation system for process control based on RTW. In First International Workshop on Education Technology and Computer Science, 2009. ETCS ’09, volume 2, pages 1123–1126.
dc.identifier.bibliographicCitationJ. Flores, Ermilso Diaz, and Y. Cabezas. Simulación y control en cascada de una planta POMTM en tiempo real con RTAILAB. In CD Memorias del XIII Congreso Latinoamericano de Control Automático/VI Congreso Venezolano de Automatización y Control. Mérida, Venezuela, pages 852–859.
dc.identifier.bibliographicCitationP. Tulpule, A. Rezaeian, A. Karumanchi, and S. Midlam-Mohler. Model Based Design (MBD) and Hardware In the Loop (HIL) validation: Curriculum development. In 2017 American Control Conference (ACC), pages 5361–5366, May 2017.
dc.identifier.bibliographicCitationA. Anuchin and Y. Vagapov. Configurable control systems of power converters for instructional laboratories. In 2015 Internet Technologies and Applications (ITA), pages 18–22, September 2015.
dc.identifier.bibliographicCitationO.A. Mohammed, N.Y. Abed, and S.C. Ganu. Real-time simulations of electrical machine drives with hardware-in-the-loop. In IEEE Power Engineering Society General Meeting, 2007, pages 1–6.
dc.identifier.bibliographicCitationS. Usenmez, U. Yaman, M. Dolen, and A.B. Koku. A new hardware-in-the-loop simulator for control engineering education. In 2014 IEEE Global Engineering Education Conference (EDUCON), pages 1–8.
dc.identifier.bibliographicCitationLinda Karina Duran Bautista. Plataforma Hardware/Software abierta para aplicaciones industriales de automatización, 2014.
dc.identifier.bibliographicCitationC.M. Liyanagedera and N.A. Kulatunga. Multi-motor controller as an educational tool. In Electric Machines Drives Conference (IEMDC), 2013 IEEE International, pages 1348–1351.
dc.identifier.bibliographicCitationCristian Bazán-Orobio and Juan F. Flórez-Marulanda. Sistema de prototipado rápido de control para una planta didáctica motor DC. (30):95–115, 2013.
dc.identifier.bibliographicCitationR. Krauss and J. Croxell. A low-cost microcontroller-in-the-loop platform for controls education. In American Control Conference (ACC), 2012, pages 4478–4483.
dc.identifier.bibliographicCitationR. Barker, A. Hurst, R. Shrubsall, G. M. Hassan, and T. French. A Low-Cost Hardware-in-the-Loop Agent-Based Simulation Testbed for Autonomous Vehicles. In 2018 IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics (AIM), pages 1015–1020, July 2018.
dc.identifier.bibliographicCitationJ. J. Castañeda, A. F. Ruiz-Olaya, W. Acuña, and A. Molano. A low-cost Matlab-based educational platform for teaching robotics. In 2016 IEEE Colombian Conference on Robotics and Automation (CCRA), pages 1–6, September 2016.
dc.identifier.bibliographicCitationB. Ulrich. A modern, versatile and low cost educational system for teaching DC/DC converter control with analog, digital and mixed-signal methods. In 2017 International Conference on Research and Education in Mechatronics (REM), pages 1–8, September 2017.
dc.identifier.bibliographicCitationD. Schinstock, K. McGahee, and S. Smith. Engaging students in control systems using a balancing robot in a mechatronics course. In 2016 American Control Conference (ACC), pages 6658–6663, July 2016.
dc.identifier.bibliographicCitationR. M. Pindoriya, S. Rajendran, and P. J. Chauhan. Field programmable gate array based speed control of BLDC motor. In 2015 IEEE Innovative Smart Grid Technologies - Asia (ISGT ASIA), pages 1–6, November 2015.
dc.identifier.bibliographicCitationU.S. Department of Transportation. and Federal Highway Administration. Systems Engineering for Intelligent Transportation Systems.
dc.identifier.bibliographicCitationIEEE-SA Standards Board. IEEE Guide for Information Technology - System Definition - Concept of Operations (ConOps) Document. pages 1–24.
dc.identifier.bibliographicCitationM. Bacic. On hardware-in-the-loop simulation. In 44th IEEE Conference on Decision and Control, 2005 and 2005 European Control Conference. CDC-ECC ’05, pages 3194–3198.
dc.identifier.bibliographicCitationNational Instruments. Key Considerations for Powertrain HIL Test. Application notes, 2015.
dc.identifier.bibliographicCitationNational Instruments. Diseño y Prueba de ECU usando Productos de National Instruments. National Instruments. http://www.ni.com/white-paper/3312/es/.
dc.identifier.bibliographicCitationP.S. Shiakolas and D. Piyabongkarn. Development of a real-time digital control system with a hardware-in-the-loop magnetic levitation device for reinforcement of controls education. 46(1):79–87, 2003.
dc.identifier.bibliographicCitationA. Keyhani, M.N. Marwali, L.E. Higuera, G. Athalye, and G. Baumgartner. An integrated virtual learning system for the development of motor drive systems. 17(1):1–6, 2002.
dc.identifier.bibliographicCitationR. Saco, E. Pires, and C. Godfrid. Real time controlled laboratory plant for control education. In Frontiers in Education, 2002. FIE 2002. 32nd Annual, volume 1, pages T2D–12–T2D–16 vol.1, 2002.
dc.identifier.bibliographicCitationW. Grega. Hardware-in-the-loop simulation and its application in control education. In Frontiers in Education Conference, 1999. FIE ’99. 29th Annual, volume 2, pages 12B6/7–12B612 vol.2, 1999.
dc.identifier.bibliographicCitationJohn Alexander Cortés Romero. Sistema integrado de simulación y control, SISC. 3(6):32–41, 2000.
dc.identifier.bibliographicCitationDepartamento de Ingenierı́a Eléctrica y Electrónica, Universidad Nacional de Colombia. Hardware & Software for Labs. Hardware Guide, 2019.
dc.identifier.bibliographicCitationMATLAB and Simulink for Student Use - Math software for engineering and science students. http://www.mathworks.com/academia/student_version/.
dc.identifier.bibliographicCitationNational Instruments. Comprar LabVIEW - National Instruments. http://www.ni.com/labview/buy/esa/.
dc.identifier.bibliographicCitationRTAI. RTAI – the RealTime Application Interface for Linux – About RTAI-Lab. https://www.rtai.org/?About_RTAI-Lab.
dc.identifier.bibliographicCitationOpal. Power Electronic HIL Teaching Laboratory Kit. http://www.opal-rt.com/coursewarepackage/power-electronic-hil-teaching-laboratory-kit.
dc.identifier.bibliographicCitationTanja Kiliman. [Universidad Nacional De Colombia] Contact form, DS1104 controller board, Nicolás Arias.
dc.identifier.bibliographicCitationLego. MINDSTORMS Robot, Robot Toy, Robotic Toys | LEGO Shop. http://shop.lego.com/en-US/MINDSTORMS-ByTheme.
dc.identifier.bibliographicCitationBricx Command Center. https://sourceforge.net/projects/bricxcc/.
dc.identifier.bibliographicCitationNational Intruments. Adquisición de Datos Multifunción - National Instruments. http://www.ni.com/data-acquisition/multifunction/esa/.
dc.identifier.bibliographicCitationMicrochip. PIC18F4431 - 8-bit PIC Microcontrollers. http://www.microchip.com/wwwproducts/en/PIC18F4431.
dc.identifier.bibliographicCitationCypress. CY8C29466-12PVXE | Cypress. cy8c29466-12pvxe. http://www.cypress.com/part/
dc.identifier.bibliographicCitationRoberto Bucher, Simone Mannori, and Thomas Netter. RTAI-Lab tutorial. https://www.rtai.org/userfiles/downloads/RTAILAB/RTAI-Lab-tutorial.pdf.
dc.identifier.bibliographicCitationHantao Cui. Install RTAI 5.0-test2 on Kernel 3.18.20.md. https://gist.github.com/cuihantao/81c515b62975a6ea635d0eabd3375d10.
dc.identifier.bibliographicCitationX2C. X2c | About X2c. https://x2c.lcm.at/.
dc.identifier.bibliographicCitationRaspberry. Buy a Raspberry Pi 3 Model B+ – Raspberry Pi.raspberrypi.org.
dc.identifier.bibliographicCitationArduino. Arduino Due. https://store.arduino.cc/usa/due.
dc.identifier.bibliographicCitationSTMicroelectronics. NUCLEO-F072rb. https://www.st.com/en/evaluation-tools/nucleo-f072rb.html.
dc.identifier.bibliographicCitationVistronica. Motorreductor con Encoder 352 RPM 1.2 Kg.cm 1:34 https://www.vistronica.com/robotica/motores/motorreductores/motorreductor-con-encoder-352-rpm-1-2-kg-cm-1-34-detail.html.
dc.identifier.bibliographicCitationTienda de robótica. Motoreductor 19:1 con encoder. http://tdrobotica.co/motoreductor-191-con-encoder/1232.html?search_query=encoder&results=43.
dc.identifier.bibliographicCitationSigma Electrónica. POLOLU-3212. https://www.sigmaelectronica.net/producto/pololu-3212/.
dc.identifier.bibliographicCitationTienda de robótica. Driver para motor DRV8833. driver-para-motor-drv8833/216.html. http://tdrobotica.co/
dc.identifier.bibliographicCitationARM Keil. μvision ide. http://www2.keil.com/mdk5/uvision/.
dc.identifier.bibliographicCitationSTMicroelectronics. STM32f072x8 STM32f072xb, Datasheet – Production data, January 2017.
dc.identifier.bibliographicCitationDouglas A Lind, William G Marchal, Samuel Adam Wathen, and Robert Deward Mason. Estadı́stica aplicada a los negocios y a la economı́a. McGraw-Hill, México, 2012. OCLC: 815725107.
dc.identifier.bibliographicCitationRichard C. Dorf and Robert H. Bishop. Modern control systems. Pearson, 12th ed edition.
dc.identifier.bibliographicCitationChi-Tsong Chen. Analog and digital control system design: transfer-function, state-space, and algebraic methods. Oxford University Press, Place of publication not identified, 2006. OCLC: 946916428.
dc.contributor.generoMasculino
dc.publisher.programBogotá - Ingeniería - Maestría en Ingeniería - Ingeniería Electrónica


Files in this item

Thumbnail
Thumbnail

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/co/This work is licensed under a Creative Commons Reconocimiento-NoComercial 4.0.This document has been deposited by the author (s) under the following certificate of deposit