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Experimental validation of robust non-linear state observers for autonomous surface vehicles equipped with position sensors
(2022) Thalia Morel; Guillermo Bejarano; José María Manzano; Luís Orihuela
This paper describes the application and experimental validation of two different extended state observers for autonomous surface vehicles. Only the vessel position and orientation are assumed to be measured, being both estimators able to recover, not only the velocities, but also the so-called lumped generalised disturbance, which groups both environmental disturbances and nonlinear/unmodelled vessel dynamics. The experimental platform and the open-loop experiments performed to assess and validate the performance of both estimators are described. The experimental results confirm the prospects given by their previously published simulation results, though some room for improvement is detected in the estimation of the state dynamics.
Gestión energética de un ciclo de refrigeración con almacenamiento de energía
(2019) Guillermo Bejarano; João M. Lemos; Manuel G. Ortega; Francisco R. Rubio
[Resumen] Este trabajo aborda la gestión energética de un sistema formado por un ciclo de refrigeración y un tanque de almacenamiento de energía basado en materiales de cambio de fase, que se usa como reservorio de energía frigorífica y permite desacoplar la producción y la demanda de frío. Se aplica una estrategia de planificación y control en cascada, donde un planificador basado en control predictivo calcula las referencias para las principales potencias frigoríficas, mientras que un controlador de potencia regula las potencias generadas. El planificador considera criterios económicos, de eficiencia y de factibilidad para la generación de referencias, buscando minimizar el coste diario de operación. La estrategia propuesta se compara en simulación con una estrategia no predictiva, donde se muestra que la primera no solo logra satisfacer un perfil exigente de demanda que provoca el fracaso de la segunda estrategia, sino que también reduce el coste de operación.
Propuesta de control coordinado para veh´ıculos aut´onomos de superficie para la monitorizaci´on de recursos h´ıdricos
(2025) Manuel Gantiva Osorio; Guillermo Bejarano; Pablo Millán
Este art´ıculo resume los principales avances y trabajos en desarrollo de una tesis doctoral dedicada al dise˜no y evaluaci´on dealgoritmos de control distribuido y coordinado para veh´ıculos aut´onomos de superficie. El contenido incluye una revisi´on sistem´atica del estado del arte, una descripci´on detallada de la plataforma experimental Yellowfish, utilizada para programar y validar los algoritmos, y la primera aproximaci´on experimental, que valid´o una ley de guiado basada en L´ınea de Visi´on, combinada con un observador de estado no lineal y un controlador PID. Entre las mejoras propuestas se encuentra la implementaci´on de un observador extendido con restricciones por conjuntos y una ley de control basada en backstepping, dise˜nada para incrementar la robustez del sistema frente a perturbaciones e incertidumbres. Asimismo, se desarrolla un controlador predictivo de alto nivel para coordinar m´ultiples vehiculos en tareas colaborativas, como la navegaci´on paralela. Este art´ıculo subraya los avances alcanzados, identifica brechas en el estado actual del conocimiento y propone soluciones para mejorar el control y la eficiencia operativa de flotas aut´onomas.
Set-membership state estimation of autonomous surface vehicles with a partially decoupled extended observer
(2022) Luís Orihuela; Christophe Combastel; Guillermo Bejarano
This work presents a set-membership state estimator for autonomous surface vehicles, based on an augmented state including lumped disturbances. The position and orientation are assumed to be measured subject to bounded noises. A novel dynamical decomposition decouples the estimation problem into two simpler subproblems, for the rotational and positional dynamics. Then, under physically motivated assumptions about the vessel maximum velocities and acceleration rates, the estimator computes sets enclosing the positions, velocities, and lumped generalised disturbances gathering several kinds of modelling uncertainties. The sets are described by zonotopes. A set-based estimation of the lumped generalised disturbances paves the way toward an enhanced motion control scheme, where low-level controllers could compensate them, depending on the estimation accuracy. Several simulations with a well-known test-bed craft compare the performance of the proposed algorithm with a previous one from the literature under realistic environmental conditions.
Validación de ley de guiado para vehículos autónomos de superficie
(Technical University of Valencia, 2024) Manuel Gantiva Osorio; Guillermo Bejarano; Pablo Millán
Este artículo presenta la integración y validación experimental de una ley de guiado de línea de visión con estimación de estados en vehículos autónomos de superficie (ASVs), cuyo uso creciente en ambientes marítimos requiere de soluciones de control avanzadas. La investigación aborda el seguimiento de camino, un método comúnmente empleado que no tiene restricciones de tiempo y permite una convergencia precisa a la trayectoria parametrizada deseada. El esquema de control propuesto integra un observador de estado no lineal y un controlador de velocidad PID. Mediante distintas métricas estadísticas se verifica que los resultados experimentales del controlador implementado en un ASV real (Yellowfish) mantienen los errores de seguimiento dentro de umbrales aceptables. Aunque existen desafíos en cuanto a la dinámica de los vehículos y la incidencia de las perturbaciones, el control de seguimiento demostró estabilidad y robustez. Se sugieren futuras mejoras, como la incorporación de un controlador de velocidad más robusto y el uso de estimaciones de perturbaciones para mejorar el rendimiento global del controlador.