Diseño de un módulo de enseñanza de control cooperativo en red de sistemas dinámicos basado en funciones de Lyapunov para la mejora de la enseñanza en laboratorios de control y automatización

Abstract

La educación superior universitaria contempla la última fase del proceso de aprendizaje académico a un nivel profesional para cualquier persona. Durante el proceso de empleabilidad de los egresados, la formación superior es un factor crucial para el acceso a mejores oportunidades en el sector productivo nacional e internacional. Por ello, la mejora continua de la educación peruana es un tema recurrente de discusión e interés público que motiva múltiples reformas a diversos niveles. Los puntos de mejora se han identificado en las instituciones educativas a lo largo de los años para que la enseñanza sea impartida con calidad. Más aún, la pandemia mundial del COVID-19 ha expuesto una profunda necesidad de modernizar y reestructurar las formas en las que la educación es transmitida. Por ejemplo, la falta de infraestructuras digitales e implementación de plataformas virtuales educativas retardó la educación universitaria a inicios de pandemia, generando una gran insatisfacción por la comunidad estudiantil de todo el país. Por otro lado, en el ámbito científico, el bajo porcentaje de docentes y estudiantes con una formación científica sólida limita las contribuciones que la universidad -como institución- realiza al desarrollo de tecnología y ciencia en el Perú. En el contexto específico de la Universidad Nacional de Ingeniería, se ha identificado un ambiente favorable y afín para la implementación del presente proyecto en los laboratorios de la Facultad de Ingeniería Mecánica (FIM) de la UNI. Tomando en cuenta la formación de los estudiantes de la carrera de Ingeniería Mecatrónica en tópicos de teoría de control, la motivación del proyecto está sustentada en la consolidación de la enseñanza de los cursos impartidos relacionados a esta línea de carrera. Respecto al tópico de control seleccionado, el control en red ha generado mucho interés en la comunidad científica debido a diversos retos causados por retrasos, perdida de paquetes y limitación de ancho de banda en donde las técnicas tradicionales de control como el PID quedan limitadas por su modelamiento. Por ello, el presente trabajo plantea el diseño de un módulo de enseñanza novedoso de control cooperativo en red de sistemas dinámicos basado en funciones de Lyapunov para la mejora de la enseñanza en laboratorios de control y automatización en la FIM.

University higher education contemplates the last phase of the academic learning process at a professional level for any person. During the employability process of graduates, higher education is a crucial factor for access to better opportunities in the national and international productive sector. Therefore, the continuous improvement of Peruvian education is a recurring topic of discussion and public interest that motivates multiple reforms at various levels. Thus, many points for improvement have been identified in these educational institutions over the years so that teaching is provided with quality. Furthermore, the global COVID-19 pandemic has exposed a profound need to modernize and restructure the ways in which education is delivered. For example, the lack of digital infrastructure and the implementation of virtual educational platforms delayed university education at the beginning of the pandemic, generating great dissatisfaction among the student community throughout the country. On the other hand, in the scientific field, the low percentage of teachers and students with a solid scientific background limits the contributions that the university -as an institution- makes to the development of technology and science in Peru. In the specific context of the Universidad Nacional de Ingeniería, a favorable and related environment has been identified for the implementation of this project in the laboratories of the Department of Mechanical Engineering (FIM) of the UNI. Taking into account the training of the students of the Mechatronics Engineering career in control theory issues, the motivation of the project is based on the consolidation of the teaching of the courses taught related to this scientific field. Regarding the selected control problem, the networked control has generated a lot of interest in the scientific community due to various causes related to challenging delays, loss of complements and bandwidth limitation where traditional control techniques such as PID are limited by its modeling. For this reason, the present work proposes the design of a novel teaching module for network cooperative control of dynamic systems based on Lyapunov functions for the improvement of teaching in control and automation laboratories at FIM.