Dr. Orlando Arrieta Orozco

Investigación

La ingeniería de control es, hoy en día, parte integral de la sociedad moderna y sus numerosas aplicaciones facilitan la operación y mejoran la precisión de prácticamente cualquier tipo de proceso y/o sistema. Desde el control de presión, nivel y temperatura en un proceso químico (como la refinación de petróleo), el control de oxígeno o nitrógeno en una planta de tratamiento de aguas residuales, hasta el control de la velocidad de giro del disco duro de una computadora, por poner algunos ejemplos. 

En este sentido, las labores de docencia e investigación del Dr. Arrieta ha girado en torno a la Ingeniería de Control, aplicada concretamente a Procesos Industriales utilizando el algoritmo de control PID (Proporcional-Integral-Derivativo) debido a su extensiva aplicación a nivel industrial de procesos (alrededor del 90% de los lazos).

Estas técnicas deben tomar en cuenta todas las posibles situaciones que se presentan en los sistemas, intentando brindar un buen rendimiento y asegurando a su vez un determinado grado de robustez para el lazo de control.

Históricamente, el diseño de este tipo de sistemas de control se hacía considerando únicamente el comportamiento óptimo para uno de los dos posibles modos de funcionamiento, a saber, servo o regulación. En el caso del servo-control, el objetivo es brindar un buen seguimiento del valor seleccionado para la consigna, mientras que para el caso del control-regulatorio, la idea es que la variable de salida se mantenga en el valor deseado, rechazando todas las posibles perturbaciones al sistema.

A pesar de lo anterior, prácticamente todos los sistemas tienen cambios en su valor de consigna y reciben influencia de perturbaciones, por lo que es necesario tomar en cuenta ambas consideraciones a la hora de realizar el diseño del sistema de control, sobre todo debido a que cuando el sistema opera en un modo diferente del que fue sintonizado, el rendimiento del mismo se degrada de manera considerable.

El Dr. Arrieta ha centrado su investigación en un enfoque que aporta soluciones para mejorar el comportamiento general de un sistema de control PID, intentando balancear todas las consideraciones. Los resultados obtenidos ofrecen una serie de reglas de sintonía y metodologías de diseño que equilibran el rendimiento para los modos servo/regulación junto con la robustez del sistema.

Lo anterior constituye un aporte significativo en la forma de diseñar los sistemas de control, incorporando consideraciones que hasta el momento no se tomaban en cuenta, como el rendimiento combinado del sistema y la inclusión de la robustez para el lazo de control.

A raíz de este enfoque y de la aceptación que el mismo ha tenido por parte de la comunidad científica y la difusión que el Dr. Arrieta ha dado en todas sus publicaciones, en literatura reciente se ha podido ver como se empiezan a formular diseños de controladores PID que enfrentan y estudian el problema de rendimiento del sistema, de manera balanceada considerando las dos situaciones.

Todas estas aportaciones y sobre todo, la influencia que se ha provocado en cambiar la forma de diseño de los sistemas de controladores PID son los que representan el mayor valor e impacto que ha aportado la investigación realizada por el Dr. Orlando Arrieta Orozco.

Considerando que la ingeniería de control una rama sumamente transversal, ya que se puede aplicar a sistemas de control de velocidad, de nivel, presión o caudal, de niveles de oxígeno, nitrógeno o ph , mismos que son aplicados a industrias mecánicas, químicas, de generación eléctrica o de depuración del agua, por citar algunos ejemplos, hace que todos los resultados presentados por el Dr. Arrieta sean posibles de implementar de forma práctica y directa, para múltiples aplicaciones.

En la investigación desarrollada por el Dr. Arrieta, se destacan los proyectos inscritos en la Vicerrectoría de Investigación:

·         Fomento y fortalecimiento de la Investigación en Sistemas de Control de la Escuela de Ingeniería Eléctrica.

·         Sistemas Fraccionales Aplicados a la Ingeniería de Control.

·         Sintonización de controladores industriales utilizando métodos de optimización multiobjetivo.

·         Localización de Sistemas Multirobot Cooperativos mediante fusión sensorial por eventos.

A raíz de la madurez de los estudios de investigación en el área de control, en 2012 un grupo de 4 profesores liderados por el Dr. Arrieta, deciden fundar el Laboratorio de Investigación en Ingeniería de Control (CERLab - Control Engineering Research Lab), lo cual permite consolidar la cohesión de grupo y da identidad e imagen al área de control, misma que se fortalece con un aumento en la participación de estudiantes, tanto como asistentes, como con trabajos finales de graduación, mismos que se involucran en los proyectos y las actividades de difusión.

Adicionalmente, se envía a 3 profesores a realizar estudios doctorales en diferentes  temas de ingeniería de control y finaliza la tesis doctoral del Dr. Víctor M. Alfaro, que fue Tutor del Dr. Orlando Arrieta en los trabajos de grado de Ingeniería Eléctrica y que a raíz del vínculo con la UAB, se le convence para sacar el doctorado, en cuya defensa justamente participa el Dr. Arrieta. Todo lo anterior constituye un hecho contundente del impacto en la formación de escuela en el área de control en la que se ha colaborado.

Publicaciones

La investigación desarrollada supera las 65 publicaciones considerando artículos de revista, capítulos de libro y ponencias en conferencias de carácter internacional.

Por dichas publicaciones el investigador posee un índice h igual a 14, con más de 526 citaciones a los trabajos en los que figura como autor.

Entre los trabajos publicados recientemente destacan por la categoría de la revista, las citas recibidas, el impacto y la orientación de investigación del Dr. Arrieta están:

·         O. Arrieta, R. Vilanova. "Servo/Regulation tradeoff tuning of PID controllers with a robustness consideration". CDC07, 46th IEEE Conference on Decision and Control, New Orleans, LA - USA, December 12-14, 2007, pp. 1838-1843.

·         R. Vilanova, O. Arrieta and P. Ponsa. "IMC based Feedforward Controller framework for disturbance attenuation on uncertain systems". ISA Transactions, Vol. 48, No. 4, October 2009, pp. 439-448.

·         O. Arrieta, A. Visioli, R. Vilanova. "PID Autotuning for Weighted Servo/Regulation Control Operation". Journal of Process Control, Vol. 20, No. 4, 2010, pp. 472-480.

·         O. Arrieta and R. Vilanova. "Performance Degradation Analysis of Tuning Modes: Application to an Optimal PID Tuning". International Journal of Innovative Computing, Information and Control, Vol. 6, No. 10, October 2010, pp. 4719-4729.

·         O. Arrieta, R. Vilanova and A. Visioli. "Proportional-Integral-Derivative Tuning for Servo/Regulation Control Operation for Unstable and Integrating Processes". Journal of Industrial & Engineering Chemistry Research, Vol. 50, No. 6, 2011, pp. 3327-3334.

·         O. Arrieta and R. Vilanova. "Simple Servo/Regulation Proportional-Integral-Derivative (PID) Tuning Rules for Arbitrary Ms-Based Robustness Achievement". Journal of Industrial & Engineering Chemistry Research, Vol. 51, No. 6, 2012, pp. 2666-2674

·         O. Arrieta, R. Vilanova, J.D. Rojas and M. Meneses. "Improved PID Controller Tuning Rules for Performance Degradation/Robustness Increase Tradeoff". Electrical Engineering, Vol. 98, No. 3, 2016, pp. 233-243.

Todo lo anterior ha merecido que en la más reciente edición de noviembre 2016 del "Ranking of Scientist working in Costa Rica", que utiliza la información de citas de Google Scholar Citations, el Dr. Orlando Arrieta ocupe la posición número 65, siendo el representante activo mejor posicionado del Área de Ingeniería, de la UCR.

Investigación, vínculos y colaboración de carácter internacional

El carácter internacional de la investigación y los vínculos y las colaboraciones de colegas y grupos internacionales, siempre han sido parte del trabajo del Dr. Arrieta, lo cual le ha permitido tener puntos de vista complementarios de la investigación en ingeniería de control y ampliar los horizontes del conocimiento.

Entre las colaboraciones que ha mantenido se pueden destacar:

·         Dr. Ramon Vilanova, Universidad Autónoma de Barcelona (España)

·         Dr. Antonio Visioli, Universidad de Brescia (Italia)

·         Dr. Fabrizio Padula, Curtin University (Australia)

·         Dr. Robin De Keyser, Universidad de Ghent (Bélgica)

·         Dr. Pedro Balaguer, Universidad Jaime I (España)

·         Dr. Pere Ponsa, Universidad Politécnica de Cataluña (España)

·         Dr. Takao Sato, Universidad de Hyogo (Japón)

·         Dr. Alberto Herreros, Universidad de Valladolid (España)

Dichas colaboraciones van desde publicaciones conjuntas (ver lista), hasta proyectos de investigación y académicos en los que se ha colaborado, entre los que destacan:

·         Proyecto de investigación Diseño de sistemas de control basado en especificaciones de rendimiento y con consideraciones de robustez, vigente de 2007 a 2010 y financiado por el Ministerio de Educación y Ciencia del Gobierno Español.

·         Proyecto de investigación Técnicas de automatización y control para la operación óptima de plantas de tratamiento de aguas residuales, vigente de enero de 2008 a marzo 2011 y financiado por la Agencia Española de Cooperación Internacional para el Desarrollo (AECID) y desarrollado conjuntamente por la UAB y la UCR.

·         Proyecto de investigación COSEDAR - Control y Operación Sostenible de EDAR (Estaciones Depuradoras de Aguas Residuales), para la eliminación de DQO, N y P: Aplicación de técnicas de optimización multiobjetivo y autosintonías de control robustas, vigente de 2010 a 2013 y financiado por el Ministerio de Educación y Ciencia del Gobierno Español.

·         Proyecto académico E2NHANCE - Erasmus Mundus External Cooperation Window, para la movilidad académica y estudiantil, vigente del 2009 al 2013 y financiado por la Unión Europea (participación de la UCR).

·         Proyecto académico Erasmus - Master on Water Reuse and Desalination Engineering (WaRDE), vigente de 2010 a 2012 y financiado por la Unión Europea.

·         Proyecto de investigación EDAR: Desarrollo e implementación de configuraciones y estrategias de control avanzado en base a criterios globales de costo/calidad para la eliminación de nutrientes y minimización del impacto ambiental, vigente de 2014 a 2017 y financiado por el Ministerio de Educación y Ciencia del Gobierno Español.

La colaboración también se ha visto en el aspecto de movilidad académica, en donde el Dr. Arrieta ha gestionado la visita de académicos a través de la Oficina de Asuntos Internacionales y Cooperación Externa y también ha recibido invitación para visitar otras universidades, recientemente en 2015 fue Profesor Visitante de la Universidad de Ghent, Bélgica.

En cuanto a la labor científica, el Dr. Arrieta ha participado como ponente en numerosas conferencias de carácter internacional y ha formado parte de comités de organización de actividades de investigación, así como fungir como revisor de artículos científicos, tanto en revista indexada, como de conferencia.

Vínculo con el Posgrado

Para el Dr. Arrieta el vínculo entre el posgrado y la investigación siempre ha sido algo muy importante, razón por la cual tiene una fuerte vinculación al Sistema de Estudios de Posgrado (SEP) de la UCR, en donde ha formado parte del Consejo del SEP, como Representante del Área de Ingeniería y también fue Vicedecano de dicha dependencia.

Desde estas dos posiciones ha abogado por garantizar la calidad de los programas, fortaleciendo la relación entre los estudiantes de posgrado y la investigación que se desarrolla en centros, institutos y unidades académicas, así como impulsar los procesos de acreditación.

Lo anterior puede verse también con la creación del Programa de Doctorado Académico en Ingeniería, en donde el Dr. Arrieta fue parte de los creadores, defendiendo siempre que fuera un plan que uniera a la Facultad dentro de un mismo Plan de Estudios y no programas separados para cada disciplina. Actualmente es parte de la Comisión del Programa de Doctorado y Profesor del curso SP9608 Formulación de Proyectos de Investigación.

También es parte de la Comisión del Programa de Posgrado en Ingeniería Eléctrica, misma que recientemente renovó el plan de estudios de la Maestría Académica, fortaleciéndola en lo referente al enfoque de investigación que debe tener.

Adicionalmente, está vinculado al Programa de Posgrado en Administración y Dirección de Empresas, colaborando como Profesor de un curso y al Programa de Doctorado en Gobierno y Políticas Públicas, como miembro de comité asesor, mostrando así la importancia del enfoque multidisciplinar que debe existir en posgrado e investigación.

También, ha participado como miembro de tribunales evaluadores de maestría y doctorado, de la Universidad Autónoma de Barcelona.

Premios y Reconocimientos

La trayectoria académica del Dr. Arrieta ha tenido reconocimientos importantes; durante su periodo de formación recibió Graduación de Honor de la Licenciatura en Ingeniería Eléctrica, así como Matrícula de Honor en el Trabajo de Investigación (Maestría) y posteriormente su tesis doctoral recibió la máxima calificación de Sobresaliente Cum Laude y luego le fue otorgada la distinción de "Doctor Europeo".

Durante el desarrollo de trabajos de investigación, recibió los siguientes premios:

·         Premio al mejor artículo, IAENG International Conference on Control and Automation, 2007.

·         Miembro del equipo ganador del premio al "Benchmark de Sistemas para Controladores PID", dentro de las Jornadas de Automática, del Grupo Temático de Ingeniería de Control, del Comité Español de Automática (CEA), Septiembre de 2008.

·         Miembro del equipo ganador del premio al "Benchmark de Evaluación de Algoritmos de Autoajuste de Controladores PID", dentro de las Jornadas de Automática, del Grupo Temático de Ingeniería de Control, del Comité Español de Automática (CEA), Septiembre de 2011.

También ha recibido apoyo financiero por parte del CONICIT, de la UAB y de la UCR, para los estudios de doctorado y postdoctorado.

Más recientemente en 2015, recibió la beca por parte del programa PEACE Erasmus Mundus, financiado por la Comisión Europea, para realizar una movilidad académica como Profesor Visitante.

También y como ya se mencionó antes, en la edición de noviembre 2016 del "Ranking of Scientist working in Costa Rica", al Dr. Arrieta se le dio la posición número 65 del top 100, siendo el representante activo mejor posicionado del Área de Ingeniería, de la UCR.

Gestión de la Investigación

El Dr. Arrieta es actualmente Director de la Escuela de Ingeniería Eléctrica, Vicedecano de la Facultad de Ingeniería y Subdirector del Instituto de Investigaciones en Ingeniería y ha estado vinculado a las diferentes instancias que gestionan la investigación en la Universidad de Costa Rica, entre las que destacan:

·         Miembro de la Comisión de Investigación, Escuela de Ingeniería Eléctrica.

·         Miembro del Consejo Asesor, Instituto de Investigaciones en Ingeniería.

·         Miembro del Consejo Científico, Instituto de Investigaciones en Ingeniería.

·         Miembro del Consejo Asesor, Centro de Investigaciones en Tecnologías de la Información y Comunicación.

·         Director Departamento de Automática, Escuela de Ingeniería Eléctrica.

·         Fundador y Coordinador del Laboratorio de Investigación en Ingeniería de Control.

Todos los puestos anteriores han permitido al Dr. Arrieta tener una visión más amplia del quehacer de la investigación, tanto en el área de ingeniería, como en otros campos de la Universidad de Costa Rica.