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IK4 Doctorados

 

IKERLAN

Investigación orientada al desarrollo de personas y a la transferencia de las tecnologías más avanzadas para las empresas.

 
DOCTORADOS

IKERLAN

Desarrollo de algoritmos de control y técnicas de Machine Learning Control para sistemas mecatrónicos

IKERLAN

INICIO: 09/2018

ABIERTO

OBTENCIÓN GRADO DOCTOR/A: 09/2021

Descripción

El trabajo de doctorado ofertado se ubica en el equipo de especialización de Control Avanzado perteneciente al área de conocimiento de Control y Monitorización. La línea de investigación del equipo se centra en el modelado dinámico de sistemas mecatrónicos y en el diseño e implementación de soluciones avanzadas para el control de dichos sistemas. La mayoría de los proyectos suelen abarcar toda la cadena de desarrollo, partiendo desde el modelado del sistema a controlar, pasando por el diseño de los algoritmos, su verificación por medio de simulaciones, su implementación en dispositivos electrónicos y su validación mediante técnicas de HIL (Hardware In the Loop) primero y en campo o máquina al final.

En el trabajo propuesto para el desarrollo de la tesis, el equipo de IK4-Ikerlan plantea el desarrollo y validación por medio de simulación de algoritmos de control dedicados a optimizar las prestaciones del sistema cara a buscar el mejor equilibrio entre las prestaciones dinámicas, la disponibilidad frente a fallos y la eficiencia en los recursos como el consumo.

Aunque se trata de una tecnología eminentemente transversal, en los últimos años y bajo el impulso de sendos acuerdos de colaboración con empresas tractoras, el equipo de Ikerlan se ha especializado principalmente en dos campos: Industria 4.0 (incluyendo la Robótica Colaborativa) y Energía Eólica, en el que Ikerlan es un referente estatal y europeo con participación en proyectos importantes y con publicaciones de primer nivel.

El desarrollo de la tesis se realizará en colaboración y coordinación con alguna de las empresas referentes en el campo, replicando el modelo de tesis que el grupo de especialización de Control Avanzado ha practicado con éxito en los últimos años de la mano de partners industriales.

Sobre la base del background del equipo y aprovechando la cercanía a uno de los agentes industriales referentes se estima que los objetivos establecidos en la tesis se puedan alcanzar en tres años de trabajo. Como ya ha ocurrido en casos anteriores, la cooperación con empresas a lo largo de la tesis también puede facilitar la continuidad del doctorando en IK4-Ikerlan con el fin de profundizar en la transferencia del conocimiento adquirido a casos de uso y desarrollos industriales.

De manera genérica, a lo largo de la tesis se propone abordar las siguientes fases en orden cronológico:

  • Estudio del estado de la tecnología: se analizarán tesis, artículos y patentes publicadas hasta la fecha, con objeto de conocer el estado actual de esta tecnología y poder proponer líneas de investigación novedosas a lo largo del trabajo de tesis. Este trabajo incluso puede ser de gran utilidad para afianzar la selección del ámbito de aplicación.

 

  • Modelado dinámico de sistemas: en una fase preliminar se analizarán las distintas opciones disponibles para el modelado y simulación del sistema a estudiar. En función del campo de aplicación (eólica, Industry 4.0 o robótica colaborativa) las herramientas podrán ser diferentes partiendo de la de uso genérico como Matlab/simulink o OpenModelica hasta herramientas específica cono OpenFast para aerogeneradores.
  • Desarrollo de algoritmos de control básicos: En esta fase se desarrollará un controlador básico que se utilizará como referencia comparativa para las estrategias avanzadas venideras. Para ello se establecerá una estructura SW compatible con la herramienta de simulación seleccionada y se implementarán los lazos de control más habituales en ese tipo de sistemas. Se llevará a cabo una primera sintonía de dichos lazos para disponer de una operación estable a lo largo del todo el rango de funcionamiento de la máquina.
  • Desarrollo de algoritmos de control avanzados: se trata de la fase central del trabajo de tesis. Se diseñarán un conjunto de lazos y controladores específicos para optimizar las prestaciones del sistema mecatrónico. También se podrá plantear el problema de control desde una visión integral multivariable. De esta forma se podrán abordar distintos objetivos de control de manera simultánea en pos de un equilibrio entre ellos. Una aproximación posible pasaría por la aplicación de algoritmos de control robustos conocidos en detalle por el grupo de investigación de IK4-Ikerlan.
  • La validación de los lazos de control desarrollados se hará por medio de baterías de simulaciones según los casos de operación. Para ello se utilizarán los modelos completos no-lineales desarrollados en la fase anterior.
  • Optimización de la sintonización de los controladores: la aproximación al problema de sintonización se suele abordar según el conjunto de plantes lineales que representan al sistema a lo largo de todo el rango de funcionamiento. Esto puede derivar en falta de fiabilidad en los resultados obtenidos en la medida que los modelos lineales ofrecidos por las herramientas de modelado no son precisos a la par que no representan los efectos de las perturbaciones operacionales y de las externas como las olas. En esta tesis se propone investigar y desarrollar nuevas metodologías para el diseño y sintonía de controladores teniendo en cuenta soluciones de optimización acorde a las nuevas tendencias del Machine Learning Control.
  • Aplicación de los algoritmos avanzados desarrollados a un sistema comercial: en esta última fase del trabajo se plantea aplicar el conjunto de algoritmos más prometedores a un sistema comercial o en vías de ser comercializado por alguna de las empresas de referencia del sector.

Departamento o Unidad del Centro Tecnológico Asociado

Fabricación Avanzada

Línea de investigación

Control Avanzado

Fecha inicio prevista

09/2018

Fecha obtención grado doctor/a

09/2021

Requisitos necesarios

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