Human-in-the-Loop Model Predictive Control of an Irrigation Canal [Applications of Control]

Abstract

U ntil now, advanced model-based control techniques have been predominantly employed to control problems that are relatively straightforward to model. Many systems with complex dynamics or containing sophisticated sensing and actuation elements can be controlled if the corresponding mathematical models are available, even if there is uncertainty in this information. Consequently, the application of model-based control strategies has flourished in numerous areas, including indus-The difficulty arises when there are components in the controlled system that are not easily modeled in a standard setting. One important and broad class of such systems is when humans are involved in the actuation process, in measurements, or in system dynamics. How to integrate the important role played by human operators in the control problem formulation is still an open question. Control methods typically rely on a fully automatic control operation that, in the case of humans being involved in the control system, is unrealistic. Likewise, fully manual control methods might compromise the performance of the system because of factors such as limitations on the availability of the operators to implement control actions or the lack of coordination when several operators are involved. Therefore, there is an incentive in terms of performance to provide a link between stateof-the-art control methods and human operation.

Control predictivo de sistemas ciberfísicos

“…Como consecuencia, los agricultores tienen que adaptar sus cultivos al rendimiento de la operación manual, llegando incluso a explotar recursos hídricos subterráneos para obtener agua dulce adicional. Para hacer frente a estos problemas, durante los últimos años se han propuesto diferentes métodos de CP con humanos en el bucle (Maestre et al, 2014;Van Overloop et al, 2015;Sadowska et al, 2015), que plantean el siguiente problema de optimización:…”

“…La metodología resultante es explotada comercialmente por la empresa Mobile Water Management y comprende los siguientes pasos: i) el operador llega a una compuerta y envía al sistema de control una fotografía del agua en el punto de medida habilitado; ii) el controlador resuelve el problema y devuelve al operador instrucciones sobre la manipulación de la compuerta actual y la ruta que debe seguir; iii) el operador implementa la acción recibida y se dirige a la siguiente compuerta, donde el proceso comienza de nuevo. Finalmente, cabe destacar que el rendimiento de esta metodología es ligeramente inferior al del CP tradicional cuando se examinan indicadores de rendimiento relacionados con la deficiencia hídrica experimentada por los agricultores (Van Overloop et al, 2015), incluso a pesar de la incapacidad de actuar todas las compuertas en cada instante de tiempo. Por otro lado, esta metodología también está abierta a considerar diversos aspectos relacionados con el bienestar del operador dentro de la función de coste (Sadowska et al, 2015).…”