Ángel Rubio Académico del Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica, participo en IV Jornadas de Educación en Ingeniería en UDEC

En la ocasión el Académico participo en Representación de su grupo de trabajo conformado junto a  los Académicos Jaime Rothen y Vladimir Esparza, exponiendo su investigación “Experiencias en Control Automático a través de un Sistema de Laboratorios Remoto. Percepción de los estudiantes.”

Jornadas de Educación en Ingeniería

Las IV Jornada de Mejoramiento en la Educación en Ingeniería UDEC , convoco a todas Académicos de las Facultades de Ingeniería de la Región para presentar sus investigaciones o experiencias en el quehacer docente, de manera individual o colectiva en los siguientes ejes: 1) Educación en ingeniería 2) Experiencias de innovación docente en ingeniería; 3) Proyectos de innovación en la docencia para ingeniería

Sobre el trabajo de los Académicos Ángel Rubio, Jaime Rothen y Vladimir Esparza

El trabajo de los académicos  muestra los resultados obtenidos con la introducción de experiencias de control automático a través de un Sistema de Laboratorios Remoto en la Universidad del Bío-Bío. Las experiencias se ejecutan de forma remota, vía Internet, en un servomecanismo real. Con ellas, el estudiante debe reafirmar los conocimientos teóricos enfrentando los problemas prácticos que conlleva el hecho de controlar un sistema real con un medio digital. Estos problemas “no se internalizan bien, hasta que se enfrentan en la práctica”, según la opinión general de los propios estudiantes. Para evaluar la aceptación de este tipo de laboratorios, se cuantificó el uso de la maqueta y se aplicaron encuestas de percepción equivalentes a dos grupos de estudiantes, uno que tomó el curso de Control por Computadora cuando sólo se llevaban a cabo prácticas simuladas y otro que tomó el curso usando las prácticas implementadas en el Sistema de Laboratorio Remoto. El curso que solo tenía prácticas simuladas, reafirmó la satisfacción con la metodología de enseñanza de la asignatura con simulaciones de sistemas reales, pero solicitan tener acceso a experiencias prácticas. Por su parte, el curso que utilizó el Sistema de Laboratorios Remoto, mostró una alta satisfacción con la metodología de impartir los contenidos y reafirmarlos a través de la ejecución de experiencias remotas y terminó con un mejor desempeño académico

En la Universidad del Bío-Bío se imparte la carrera de Ingeniería Civil en Automatización (ICA) desde el año 2004. En esta ingeniería, las asignaturas propiamente dichas de la especialidad se imparten con un marcado componente teórico que se complementa con simulaciones y con asignaturas puramente de laboratorios. Se cuentan para ello con tres maquetas de control a escala, tres robots y una célula flexible de producción. Aun así, los alumnos expresan el deseo de vincular más la teoría con la práctica, debido a que en las asignaturas de laboratorios no alcanzan a implementar todo lo que se ve en forma teórica.

Con el ánimo de revertir esta situación, la Dirección de Investigación de la UBB financió el proyecto interno del tipo IenDU “Sistema de prácticas remotas de control automático en tiempo real para la formación de estudiantes de Ingeniería Civil en Automatización”, cuyo objetivo principal es: Desarrollar un sistema que permita la implementación de prácticas remotas de control automático en tiempo real a través de las plataformas de enseñanza a distancia utilizadas en la UBB, e integrarlo a la docencia de la carrera de Ingeniería Civil en Automatización. Para dar cumplimiento a este objetivo, se instaló en la UBB el Sistema de Laboratorios a Distancia (SLD) desarrollado por la Universidad Central de Las Villas (UCLV), Cuba, que permite enlazar un servidor web con Matlab/Simulink y controlar así diversas maquetas (Santana 2012). Este sistema, se ha acoplado a dos plantas reales de procesos a escala desarrolladas por la Feedback Instruments: el Sistema de Tanques Acoplados 33-041S y el Sistema Servomecanismo 33-033. Para el sistema de tanques se desarrollaron prácticas de identificación, control PID, control multivariable, entre otras. Para el sistema servomecanismo se desarrollaron prácticas de identificación, filtrado, control en cascada, entre otras (Rubio, Santana et al. 2016, Rubio, Santana et al. 2018). Con estas prácticas se validan algunos métodos de identificación en línea, los efectos de las acciones Proporcional, Integral y Derivativa de un controlador PID clásico, las modificaciones prácticas que se le hacen a los controladores industriales, las técnicas de seguimiento de trayectoria, etc. (Andreu, Zúñiga et al. 2018, Figueroa, Rubio et al. 2018).

Descripción del Sistema de Laboratorios Remotos

El SLD es un sistema de laboratorios remotos que permite interactuar con maquetas reales a través de una tarjeta de adquisición de datos y Matlab/Simulink. Ha sido diseñado especialmente para la enseñanza del control automático y se ha empleado en actividades académicas en programas de pregrado y postgrado en la UCLV (Sartorius Castellanos, Hernández Santana et al. 2005, Sartorius Castellanos, Hernández Santana et al. 2006), en la UPM (Santana Ching, Ferre Pérez et al. 2010, Santana Ching, Hernández Santana et al. 2012) y en otros países como México y Venezuela.

La arquitectura del SLD se corresponde con el gráfico mostrado en la Figura 1. Los usuarios interactúan con el sistema a través de Internet. Al acceder al sitio Web el usuario ingresa con su cuenta, elige la práctica que se desea realizar, llena los datos del formulario asociado a la práctica y la manda a ejecutar, Figura 2a.

Los datos de las prácticas son recibidos por el Servidor de Administración de Prácticas (SAP) localiza en el servidor Web. Este está constituido por páginas PHP, lo cual hace al sistema portable y seguro. El SAP envía los datos al Cliente de Administración de Prácticas (CAP) de una estación que pueda ejecutarla y se encuentre disponible y en caso de que todas estén ocupadas, elige la que menor cola de prácticas por atender tenga.

En el CAP, implementado con Web Services, se comunica por COM con Matlab/Simulink y ejecuta la práctica en tiempo real usando el Toolbox Real Time Windows Target. Una vez que la práctica ha sido procesada envían los resultados al usuario. La respuesta es una

página Web que muestra gráficamente la respuesta de la planta real que puede ser descargada para su procesamiento local, Figura 2b.

Resultados de la utilización de este sistema en el curso CPC 2018

En el curso Control por Computador impartido en 2018 en la Universidad del Bío-Bío, se inscribieron 28 alumnos. Las prácticas de laboratorios, descritas anteriormente, se le fueron orientando en la medida que se iba impartiendo el primer tema de la asignatura (16 horas clases) en el que ven Identificación y Control de un Servomecanismo. Las prácticas se realizaron en parejas (14 parejas en total) utilizando el Sistema de Laboratorio a Distancia. Al finalizar el curso se les aplicó una encuesta de conformidad a estos estudiantes y a los del curso anterior que realizaron estas actividades de forma netamente simulada.