Implementation of master-observer schemes through data acquisition boards using Python

https://doi.org/10.58571/CNCA.AMCA.2025.065

Resumen: This work presents the implementation of ordinary differential equation systems and observer schemes using data acquisition boards programmed in Python. The proposed approach enables the emulation of autonomous linear and nonlinear systems of differential equations, generating electrical signals proportional to the system’s dynamics. This methodology is also used to implement an observer, allowing the estimation of the master system to be visualized through electrical signals.

¿Cómo citar?

Galicia, T., Coria, L., Campos, P. & Gamboa, D. (2025). Implementation of master-observer schemes through data acquisition boards using Python. Memorias del Congreso Nacional de Control Automático 2025, pp. 379-384. https://doi.org/10.58571/CNCA.AMCA.2025.065

Palabras clave

Data acquisition, Python, Emulator, Observer.

• Alami, H.E., Bossoufi, B., Motahhir, S., Alkhammash, E.H., Masud, M., Karim, M., Taoussi, M., Bouderbala, M., Lamnadi, M., and El Mahfoud, M. (2021). Fpga in the loop implementation for observer sliding mode control of dfig-generators for wind turbines. Electronics, 11(1), 116.
• Ang, T.K. and Amir Hamzah, N.S. (2018). Solving ordinary differential equations by the Dormand Prince method. Penerbit UTHM.
  Arévalo Soler, P. (2023). Sistema de lorenz i criptosistemes caotics.
• Botero Castro, Héctor Antonio, A.Z.H.D. (2009). Una revisión de los métodos más frecuentes para la estimación del estado en procesos químicos. Dyna, 76(158), 135–146.
• Boukezzoula, R., Galichet, S., and Foulloy, L. (2004). Observer-based fuzzy adaptive control for a class of nonlinear systems: Real-time implementation for a robot wrist. IEEE Transactions on Control Systems Technology, 12(3), 340–351.
• Cardona, J. and Gutiérrez, J.G.H. (2022). Emulación de sistemas como una metodología para la enseñanza de estrategias de control. Encuentro Internacional de Educación en Ingeniería.
• Duran, J.G.V., Villalobos, R.R., de los Ríos, L.N.C., and Ortega, M.d.J.G. (2018). Diseño de sistemas hipercaóticos para implementación en dispositivos lógicos programables enfocado a aplicaciones de seguridad. Pistas Educativas, 39(128).
• Gamboa, D., Coria, L.N., C´ardenas Valdez, J.R., Ramírez Villalobos, R., and Valle Trujillo, P.A. (2019). Implementación en hardware de un observador no lineal para un modelo matemático de diabetes mellitus tipo 1 (dm1). Computación y Sistemas, 23(4), 1475–1486.
• Hattingh, C. (2020). Using Asyncio in Python: understanding Python’s asynchronous programming features. .O’Reilly Media, Inc.”.
  Jäger, D. and G¨ummer, V. (2023). Pythondaq –a python based measurement data acquisition and processing software. Journal of Physics: Conference Series, 2511(1), 012016. doi:10.1088/1742-6596/2511/1/012016. URL https://dx.doi.org/10.1088/1742-6596/2511/1/012016.
• Kapitaniak, T., Mohammadi, S.A., Mekhilef, S., Alsaadi, F.E., Hayat, T., and Pham, V.T. (2018). A new chaotic system with stable equilibrium: Entropy analysis, parameter estimation, and circuit design. Entropy, 20(9), 670.
• Lenbury, Y., Ruktamatakul, S., and Amornsamarnkul, S. (2001). Modeling insulin kinetics: responses to a single oral glucose administration or ambulatory-fed conditions. Biosystems, 59(1), 15–25.
• Mattson, T.G., Anderson, T.A., and Georgakoudis, G. (2021). Pyomp: Multithreaded parallel programming in python. Computing in Science & Engineering, 23(6), 77–80.
• Muñoz-Sánchez, J.J., Ramos-León, G., Núñez-Pilligua, W., Cuenca-Álava, L., and Palacios-Castro, E. (2025). Análisis, mediante simulación, del comportamiento eléctrico y mecánico de un generador sincrónico trifásico bajo carga. Revista Científica FINIBUS-Ingeniería, Industria y Arquitectura, 8(15), 112–120.
• Olmo López, S. (2025). Diseño e implementación de un sistema para la simulación/emulación de sondas de temperatura y de presión para testear maquina industrial HVAC. B.S. thesis, Universitat Politecnica de Catalunya.
• Pérez-Cruz, J.H., Allende Peña, J.M., Nwachioma, C., Rubio, J.d.J., Pacheco, J., Meda-Campaña, J.A., Ávila-González, D., Guevara Galindo, O., Adrian Romero, I., and Belmonte Jiménez, S.I. (2020). A luenberger-like observer for multistable kapitaniak chaotic system. Complexity, 2020(1), 9531431.
• Sanguino, J.L.M. (2023). Software basado en python para el control de un horno simulado.
• Sauer, T., Yorke, J.A., and Casdagli, M. (1991). Embedology. Journal of statistical Physics, 65, 579–616.
• Starkov, K.E., Coria, L.N., and Aguilar, L.T. (2012). On synchronization of chaotic systems based on the thau observer design. Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation, 17(1), 17–25.
• Stenflo, L. and Shukla, P. (2009). Nonlinear acoustic–gravity waves. Journal of plasma physics, 75(6), 841–847.
• Valle, P.A., Coria, L.N., Plata, C., and Salazar, Y. (2021). Car-t cell therapy for the treatment of all: eradication conditions and in silico experimentation. Hemato, 2(3), 441–462.
• Weber, S. (2021). Pymodaq: An open-source python-based software for modular data acquisition. Review of Scientific Instruments, 92(4).