Universidad
Politécnica de Madrid

19.04.16

La  tecnología virtual permite incrementar la oferta educativa con prácticas que no serian posibles en la vida real por la saturación de las instalaciones, los costes derivados, razones de seguridad personal, o por los tiempos de proceso que requieren los fenómenos reales. Un claro ejemplo es el Laboratorio Virtual de Regulación y Control  de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales de la Universidad Politécnica de Madrid.

En un entorno 3D, los estudiantes del Laboratorio pueden realizar prácticas de modelado, identificación y control de sistemas físicos. Según la configuración, se realizan  ejercicios sobre sistemas simples (sistemas lineales, monovariables de primer o segundo orden) y sobre sistemas más complejos (no lineales, multivariables o de orden superior).

El Laboratorio ha sido construido por los profesores Antonio Barrientos y Enrique Pinto, del Departamento de Automática, Ingeniería Eléctrica y Electrónica e Informática Industrial (ETSI Industriales),  con la colaboración de Daniel Contreras y  José Carlos Salazar del Gabinete de Tele-Educación (GATE). Corresponde a uno de los proyectos en producción del Servicio de Laboratorios Virtuales UPM

Sistema de servocontrol de un eje

El Laboratorio dispone en la actualidad de un sistema basado en el servocontrol de un eje, que  pretende el control de la posición de una varilla horizontal movida mediante un motor y dotada de los instrumentos necesarios para realimentar y controlar su posición, buscando conseguir los adecuados requerimientos de precisión, velocidad de respuesta y oscilación limitada.

El sistema permite la modificación durante la práctica de diversos parámetros, como la constante elástica que une motor y varilla, el rozamiento viscoso de la varilla con el aire o la inercia de la misma. De esta manera se puede modificar sustancialmente el comportamiento, dando lugar a diferentes situaciones que van desde sistema inestable, hasta estable sobre o sub-amortiguado. El cambio de los valores de los parámetros, puede también modificar el orden del sistema. Los parámetros pueden ser modificados libremente por el estudiante o, en determinados casos, por el sistema de control de la práctica sin que los nuevos valores sean dados a conocer al alumno. De este modo se pueden realizar prácticas relativas tanto al modelado como de identificación del sistema. 
Se incluye, asimismo, la posibilidad de someter al sistema a entradas de tipo senoidal de frecuencia variable, lo que permite el desarrollo de prácticas de modelado e identificación en el dominio frecuencial.

Las prácticas están destinadas a estudiantes de 2º y 3º curso,  en  las asignaturas de Dinámica de Sistemas y Fundamentos de Automática, correspondientes a los Grados en Ingeniería de Tecnologías Industriales, Ingeniería Química e Ingeniería de la Energía, impartidos en la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales de la UPM. 

Se imparten en los dos semestres docente, de septiembre a diciembre y de febrero a mayo, atendiendo a un número de alumnos superior a 500 alumnos por semestre.

Fuera de las fechas de las prácticas, el laboratorio permanece  abierto a cualquier usuario de la red,  que podrá realizar el modelado de un sistema de control de posición e identificar los parámetros del mismo en base a la observación de la respuesta temporal ante entradas normalizadas.  Para los interesados, en primer lugar, han de crearse su avatar y, seguidamente, seguir las instrucciones de la práctica.

Sistema de tanques

En la actualidad se está desarrollando un segundo sistema que responde a un conjunto de tanques acoplados mediante válvulas y bombas, en los que las interconexiones pueden ser abiertas o cerradas en la fase de configuración de la práctica, dando lugar así a sistemas físicos de diferente orden. La sección de alguno de los tanques es, a algunas alturas de éste, no constante, permitiendo aumentar la no linealidad del sistema cuando se trabaja en estos puntos de funcionamiento.

En ambos sistemas los objetivos pedagógicos cubren los temas de modelado, identificación y control, habituales en asignaturas básicas y avanzadas de Regulación Automática, Ingeniería de Control o Dinámica de Sistemas. La versatilidad de la configuración de los sistemas pretende que estos deban ser controlados con técnicas básicas como lazos PID para sistemas SISO o con técnicas más avanzadas de control en el espacio de estados.

La plataforma se ha construido utilizando el software de código abierto OpenSim, que gestiona los mundos virtuales en 3D,  el lenguaje LSL (Linden Scripting Language, que imprime funcionalidad a los objetos. El comportamiento dinámico de los sistemas se simula gracias a la integración de módulos desarrollados en Labview o Matlab con los objetos del mundo virtual.

Cualquier persona interesada en la oferta de los laboratorios virtuales de la UPM, perteneciente o no a la UPM, pueden solicitar la creación de un avatar invitado para realizar un paseo virtual por este servicio cumplimentando un  simple formulario.