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Análisis del funcionamiento del sistema respiratorio de sujetos que requieren asistencia ventilatoria mecánica o que experimentan un compromiso en su sistema respiratorio mediante un monitor respiratorio avanzado
(2017) Madorno, Matías; Díaz Lobato, Salvador; Ghersin, Alejandro S.; MECANICA RESPIRATORIA
"Esta tesis trata sobre un tema fuertemente multidisciplinario, teniendo una base tanto en la ingeniería como en la medicina. Siendo las herramientas que disponen los profesionales de la salud para medir y tratar a los pacientes una parte importante de la medicina moderna. El avance del estado del arte de estas herramientas está dado por el desarrollo de las mismas, por el análisis que pueden hacer posible y por el beneficio que puede generar al paciente o a los usuarios. Esta tesis está organizada con una introducción a cada tema con el objetivo de dar un repaso de las bases, pero no pretende ser una revisión extensiva, completa y detallada. El respirador es, al mismo tiempo, una herramienta de soporte vital y potencial fuente de injuria para el paciente. Para poder manejar con seguridad este tipo de dualidad es importante la comprensión de la fisiopatología respiratoria del paciente. El presente trabajo de tesis presenta nuevos análisis y herramientas de la información del monitoreo respiratorio. Cada capítulo tiene una introducción general sobre un aspecto del monitoreo respiratorio a tratar y se presentan los análisis y/o herramientas relacionados con el tema del capítulo. Cada capítulo avanza con los temas de los capítulos anteriores. El aporte del presente trabajo de doctorado está plasmado en el monitor FluxMed como herramienta clínica. En concreto respecto a: su diseño y desarrollo (Capítulo 1); al análisis de la fisiopatología respiratoria mediante diferentes modelos de mecánica respiratoria, nuevas herramientas y nuevos análisis de los pacientes; al monitoreo basado en las señales de la vía aérea (Capítulo 2); al monitoreo basado en la vía aérea y la presión esofágica (Capítulos 3 y 4) y monitoreo basado en la capnografía volumétrica (Capítulo 5)."
Analysis and design of a tilted rotor hexacopter for fault tolerance
(IEEE, 2016) Giribet, Juan I.; Sanchez-Peña, Ricardo; Ghersin, Alejandro S.
A proof is presented of how a hexagon-shaped hexacopter can be designed to keep the ability to reject disturbance torques in all directions while counteracting the effect of a failure in any of its motors. The method proposed is simpler than previous solutions, because it does not require change of the motor rotation direction or in-flight mechanical reconfiguration of the vehicle. It consists of tilting the rotor a small fixed angle with respect to the vertical axis. Design guidelines are presented to calculate the tilt angle to achieve fault-tolerant attitude control without losing significant vertical thrust. It is also formally proved that the minimum number of unidirectional rotating motors needed to have fault tolerance is 6 and that this can be achieved by tilting their rotors. This proof is essentially a control allocation analysis that recovers in a simple way a result already known: the standard configuration (without tilting the motors) is not fault tolerant. A simulation example illustrates the theory.
Applied LPV Control with Full Block Multipliers and Regional Pole Placement
(2010-05) Sánchez-Peña, Ricardo; Ghersin, Alejandro S.
"A formulation of an LPV control problem with regional pole placement constraints is presented, which is suitable for the application of a Full Block S-Procedure. It is demonstrated that improved bounds can be obtained on the induced 𝐿2 norm of closed loop systems, while satisfying pole placement constraints. An application consisting in the 6 degrees of freedom (DOF) control of a space vehicle is developed as an example, with hardware in the loop (HIL) simulation. This shows that the method is appealing from the practical point of view, considering that the synthesized control law can be implemented satisfactorily in standard flight control systems. Conclusions with remarks towards the practical use of the method are presented as well."
Cluster space LPV control of robot formations
(2018-10) Ghersin, Alejandro S.; Giribet, Juan I.; Mas, Ignacio
"Within the Cluster Space robot formation control scheme, a new approach is presented where a cascaded control scheme is proposed. On one hand, a simple secondary (inner) loop is used to control the formation’s velocity in Robot Space, while on the other hand a quasi-LPV (Linear Parameter Varying) approach is employed for the design of the main (outer) control loop where the geometry and kinematics of the problem are captured by the LPV formulation. Certain aspects of the design such as stability are tackled, and the use of parameter-dependent weighting functions is discussed through a design example tested in simulations in order to illustrate the use of the method."
Control inteligente VS. LPV : Comparación aplicada a un cuatrirotor de dos brazos
(2022) Silva Rodrigues, Reurison; Ghersin, Alejandro S.; Giribet, Juan
Tomando como ejemplo de aplicación, un vehículo aéreo no tripulado con dos brazos y cuatro rotores, en el presente trabajo se lleva cabo una comparación del desempeño de dos sistemas de control. Uno de estos controles fue diseñado mediante técnicas lineales de parámetros variantes, mientras que el otro se basa en la estrategia denominada PID inteligente, técnica adaptativa basada en controles libres de modelo. Ambos controles atacan el problema de tolerancia a fallas con diferentes enfoques para adaptarse a dos casos de fallas, en uno y en dos rotores. Las fallas consideradas son de tipo total y se conocen de ellas el momento en que se producen y el actuador en el cual ocurrió la falla. En este escenario, se lleva a cabo la comparación.
Control robusto H∞ para la velocidad de desplazamiento de un UAV en base a estimación de flujo óptico
(2021-07) Ghersin, Alejandro S.; Giribet, Juan I.; Luiso, Javier E.; Tournour, Andrés
"Se presenta el diseño del control para la velocidad de desplazamiento de un vehículo aéreo de seis rotores. La técnica de diseño utilizada es el control optimo en H-infinito con el objetivo de conseguir rendimiento robusto ante la incertidumbre en el modelo de la dinámica de la velocidad de desplazamiento. Se considera que buena parte de la incertidumbre es atribuible a retardos de tiempo inciertos que introduce el propio algoritmo que se utiliza para estimar la velocidad de desplazamiento. El vehículo realiza a bordo la estimación de esta última a través de un sensor de flujo óptico implementado con una cámara y un procesador de alto nivel en el cual además se implementa la ley de control. Junto con el diseño del control, se muestra el procedimiento de identificación de sistemas utilizado para conseguir una descripción de la dinámica a través de una familia de plantas con incertidumbre dinámica global a través de la toma de datos experimentales. Finalmente se exhiben resultados experimentales con la implementación del sistema de control completo."
Diseño, construcción, simulación 3D y control LPV de un cuadricóptero de forma variante
(2019-11) Ghersin, Alejandro S.; Giribet, Juan I.; Pose, Claudio D.; Mas, Ignacio
"En este trabajo se propone el diseño lineal de parámetros variantes (LPV) para el control de un cuadricóptero cuyos brazos pueden moverse respecto del eje vertical del vehículo, cambiando su forma de acuerdo a requerimientos de misión. El trabajo presenta el desarrollo del simulador multicuerpo y del algoritmo de control junto con una introducción al método LPV, mostrando con su utilización. Además, se presenta una explicación detallada del prototipo construido hasta el momento para las pruebas."
Experimental validation of a fault-tolerant hexacopter with tilted rotors
(2018) Giribet, Juan I.; Pose, Claudio D.; Ghersin, Alejandro S.; Mas, Ignacio
"Recently, research reporting the advantages of flying with tilted-motor multicopters has surfaced. Particularly, it has been theoretically proven that in the case of a complete failure of one of the motors in a hexagon-shaped hexacopter, complete altitude and attitude control can be maintained. In this work, these theoretical results were experimentally validated."
Hexacopter fault tolerant actuator allocation analysis for optimal thrust
(2017) Pose, Claudio D.; Giribet, Juan I.; Ghersin, Alejandro S.
"Recently, it was shown that an hexagon shaped hexarotor vehicle with tilted rotors, is capable of fault tolerant attitude and altitude control. In this work, we propose a strategy to select the signals commanded to each rotor in order to achieve a desired torque and vertical force. The proposed strategy is optimal in the sense that minimizes the maximum force exerted by the rotors. A comparison with the commonly used strategy based upon the Moore-Penrose pseudoinverse is carried out. It is shown that, with the optimal strategy proposed here, maneuverability is improved, because the new method takes into account the actuators constraints. Although the optimal strategy is computationally more demanding than the classical method, the additional computational burden is not significant when both strategies are compared in a real application. To show this, both algorithms were programmed in an autopilot based on an ARM Cortex M3 microcontroller, and the experimental results are presented."
LPV control of a magnetic bearing experiment
(2010-10) Ghersin, Alejandro S.; Smith, R. S.; Sánchez-Peña, Ricardo
"An LPV (Linear Parameter Varying) controller design example for a Magnetic Bearing System is presented. A linear model of the system including bending modes and imbalance is described. Simulations and experimental results show the usefulness of the LPV method with eigenvalue clustering constraints in spite of the limited rotation rate range. The results show that this method facilitates simulation and allows implementation. Conclusions are drawn on the limited range for the rotation rate the LPV controller allows for."
LPV control of glucose for diabetes type I
(2010) Sánchez-Peña, Ricardo; Ghersin, Alejandro S.
"This paper considers the problem of automatically controlling the glucose level in a Diabetes type I patient. Three issues have been considered: model uncertainty, timevarying/nonlinear phenomena and controller implementation. To that end, the dynamical model of the insulin/glucose relation is framed as a Linear Parameter Varying system and a controller is designed based on it. In addition, this framework allows not only a better performance than other classical methods, but also provides stability and performance guarantees. Design computations are based on convex Linear Matrix Inequality (LMI) optimization. Implementation is based on a low order controller whose dynamics adapts according to the glucose levels measured in real-time."
Time-varying procedures for insulin-dependent diabetes mellitus control
(2011-03) Sánchez-Peña, Ricardo; Ghersin, Alejandro S.; Bianchi, Fernando D.
"This work considers the problem of automatically controlling the glucose level in insulin dependent diabetes mellitus (IDDM) patients. The objective is to include several important and practical issues in the design: model uncertainty, time variations, nonlinearities, measurement noise, actuator delay and saturation, and real time implementation. These are fundamental issues to be solved in a device implementing this control. Two time-varying control procedures have been proposed which take into consideration all of them: linear parameter varying (LPV) and unfalsiﬁed control (UC). The controllers are implemented with low-order dynamics that adapt continuously according to the glucose levels measured in real time in one case (LPV) and by controller switching based on the actual performance in the other case (UC). Both controllers have performed adequately under all these practical restrictions, and a discussion on pros and cons of each method is presented at the end."

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