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Identificación de Caja Gris Constrainada de Sistemas Electromecánicos Bajo Datos de Respuesta al Escalón No Filtrados

Autores: Fuentes-Silva, Carlos; Rodríguez-Abreo, Omar; Lugo-Quintal, Jesús Manuel; Castillo-Atoche, Alejandro; Quiroz-Juárez, Mario A.; Camacho-Pérez, Enrique

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2025

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Acceso abierto

Artículo científico
2025

Identificación de Caja Gris Constrainada de Sistemas Electromecánicos Bajo Datos de Respuesta al Escalón No Filtrados


Categoría

Gestión y administración

Subcategoría

Gestión de la tecnología y la inovación

Palabras clave

Formulación propuesta
Restricciones físicas
Consistencia en estado estacionario
Parámetros electromecánicos
Motores de corriente continua
Identificación de sistemas

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 1

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
Este documento presenta un marco de identificación de caja gris físicamente restringido para sistemas electromecánicos, ilustrado a través de la dinámica de motores de corriente continua con escobillas. El método estima todos los parámetros electromecánicos minimizando un residuo normalizado que combina restricciones algebraicas de corriente, velocidad y estado estacionario bajo una condición de límite de corriente. Los enfoques clásicos, como los mínimos cuadrados y la identificación de caja negra, a menudo carecen de interpretabilidad física y no imponen explícitamente la consistencia en estado estacionario, lo que hace que sus estimaciones sean susceptibles a la deriva de parámetros no físicos. La formulación propuesta incorpora estas restricciones físicas dentro de un esquema de Levenberg-Marquardt con normalización de señales, lo que permite la minimización conjunta de errores de corriente y velocidad. La validación se realizó utilizando datos de respuesta escalonada de dos motores de corriente continua en condiciones tanto sintéticas como experimentales. Cuando se aplicó a mediciones no filtradas, el método mantuvo errores relativos en estado estacionario por debajo del 1% y logró bajas discrepancias en la trayectoria, con NRMSE en velocidad entre el 2.6 y el 3.2% y NRMSE en corriente entre el 0.9 y el 1.2% en ambos motores. Incrustar restricciones físicas y de estado estacionario directamente en la función de costo mejora la robustez y asegura estimaciones de parámetros físicamente consistentes, incluso bajo alto ruido de medición y sin filtrado. El enfoque proporciona una estrategia general para la identificación de sistemas dinámicos bajo requisitos de consistencia física y es adecuado para calibración rápida, monitoreo diagnóstico y ajuste de controladores en aplicaciones robóticas y mecatrónicas.

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