Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica

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Optimización estocástica de estructuras usando modelos de vida artificial y aprendizaje estadístico
(2007) Londoño Monsalve, Julián Mauricio; Hurtado Gómez, Jorge Eduardo (Thesis advisor)
En esta investigación se propone una nueva metodología de optimización estructural basada en confiabilidad (RBDO— Reliability-Based Design Optimization) cuya principal contribución es la aplicación de algoritmos de optimización basados en sociedades animales, junto con estrategias derivadas de la teoría de aprendizaje estadístico –específicamente máquinas de soporte vectorial (SVM)– con el fin de reducir el alto costo computacional inherente a estos procedimientos iterativos de diseño estructural. El proceso de búsqueda fue guiado por el algoritmo conocido como PSO (Particle Swarm Optimization), dotado de una estrategia de penalización dinámica para la adecuada manipulación de restricciones. Los resultados obtenidos muestran que la metodología propuesta reduce de manera significativa, el número total requerido de llamadas al solucionador del modelo de elementos finitos (FEM) de la estructura, alcanzando un diseño óptimo desde una perspectiva probabilista, garantizando siempre la no excedencia de una probabilidad de falla objetivo. Se concluyó además, que aunque máquinas de soporte vectorial con márgenes estrechas garantizan reducción en la varianza del estimador de Pˆf , ocasionan también un incremento en los tiempos de cálculo, generando así un compromiso a conciliar entre la precisión en esta estimación y la complejidad de los modelos FEM para una conseguir una real reducción del tiempo total de cálculo para el sistema RBDO / Abstract: This research proposes a new methodology for reliability-based design optimization (RBDO). Its principal contribution correspond to use both: animal societies based optimization algorithms and strategies derived from statistical learning, particulary support vector machines, in order to reduce the high computational costs belonging to this iterative procedures for structural design. The search process was directed by the so-called PSO algorithm (Particle Swarm Optimization) with a dynamic penalty strategy supplied to handle the constrains appropriately. The obtained results show the proposed methodology significatively reduce the total number of finite element solver calls of structural model, required for reach the optimal design from a probabilistic point of view. It was also concluded that despite support vector machines with narrow margin guarantee variance reduction on Pˆf estimator, they cause increasing on calculus time too. So, it is necessary to solve the trade-off between estimator precision and FEM complexity in order to get a real reduction on RBDO system total time.
Implementación de un RCP para un filtro activo en derivación
(2009) Solís Chaves, Juan Sebastián; Cano Plata, Eduardo Antonio (Thesis advisor)
Este trabajo de investigación a nivel de maestría, se enmarca dentro de las áreas de la Electrónica de Potencia y Calidad de la Energía Eléctrica. Los Filtros Activos de Potencia (Active Power Filters – APF–) han sido bastante estudiados desde hace poco más de 30 años, presentándose en la literatura especializada las topologías más comunes, sus estrategias de control y sus aplicaciones en sistemas de transmisión y distribución. Estas técnicas de control han sido extendidas a los Sistemas de Transmisión Flexible en Corriente Alterna (FACTS). Los sistemas de adquisición digital de señales (Digital Sign Processing – DSP –) facilitan el desarrollo del control para el Filtro Activo en Derivación, mediante la filosofía de los Prototipos Rápidos de Control (Rapid Control Prototyping – RCP –), así, para diseñar el algoritmo en tiempo real se utiliza un lenguaje de programación de alto nivel como Matlab / Simulink. La medida de las señales de entrada para el controlador se hace por medio de circuitos de acondicionamiento con transformadores monofásicos, los que además de aislar galvánicamente la etapa de potencia de la etapa de control, reducen los niveles de estas variables hasta límites seguros para el sistema DSP. Se presentan en este documento los resultados simulados y experimentales de un RCP para un Filtro Activo en Derivación, implementado en el Laboratorio de Calidad de la Energía y Electrónica de Potencia, se evalúa el desempeño del controlador bajo diferentes escenarios en los que se varía la naturaleza de la carga no lineal y se compara el índice de distorsión armónica en corriente y el factor de potencia trifásicos antes y después de la inclusión del Filtro Activo en el sistema bajo prueba. Se presentan finalmente las conclusiones y las futuras líneas de investigación / Abstract: This thesis document includes the Power Electronics and Power Quality of the Electrical Energy areas. The Active Power Filters - APF- have been studied for a short time than 30 years, appearing in the specialized literature the most common topologies, their strategies of control and their applications in transmission systems and distribution systems. These techniques of control have been extended to the Flexible AC Transmission Systems (FACTS).The Digital Sign Processing - DSP - made too easy the development of the control systems for the Shunt Active Filter, by means based on the philosophy of the Rapid Control Prototyping - RCP - . For the design of the algorithm in real time, a high level programming language like Matlab/Simulink is used. The measurement of the input signals for the RCP becomes by means of single-phase transformers circuits, those provide galvanic isolating between power circuit and control circuit to reduce the levels of these variables until safe limits for DSP system. The simulated and experimental results of a RCP for Shunt Active Filter, implemented in the Laboratory are showed. The performance of the controller under different scenes is evaluated in which, the nature of the nonlinear load is varied and it compares Total Harmonic Distortion and the three-phase Power Factor before and after the inclusion of Shunt Active Filter in the system under test. The conclusions and the future lines of investigation appear finally at the end of this work.
Análisis de estabilidad de tensión de un modelo básico de un sistema de potencia utilizando teoría de bifurcaciones
(2009) Valencia Torres, Gloria Mercedes; Olivar Tost, Gerard (Thesis advisor)
En esta tesis de maestría se propone analizar la estabilidad de tensión de un sistema de potencia reducido utilizando la teoría de bifurcaciones. Primero se plantean los conceptos básicos sobre estabilidad de tensión en sistemas de potencia y la teoría de bifurcaciones. Luego se deduce el modelo básico del sistema de potencia representado por una sola máquina–barraje infinito, el cual permite analizar el comportamiento dinámico del sistema bajo diferentes condiciones de operación. Finalmente se presentan los resultados de análisis de bifurcaciones sobre el modelo obtenido, que mediante la técnica de continuación, permitió encontrar las diferentes bifurcaciones y dar explicación de los fenómenos subyacentes tales como oscilaciones del sistema y colapso de tensión / Abstract: In this master’s thesis one sets out to analyze the tension stability of a reduced power system being using the theory of bifurcations. First, the basic concepts on stability of tension in power systems and the theory of bifurcations is considered. Soon the basic model of the power system is deduced and it’s represented by a single machine–infinite bus, as allows to analyze the dynamic behavior of the system under different conditions of operation. Finally, the results of analysis of bifurcations appear on the obtained model, that by means of the continuation technique, allowed to find the different bifurcations, and to give an explanation of the underlying phenomena such as oscillations of the system, and collapse of tension.
Modelo de holones recurso en sistemas holónicos de manufactura
(2009) Vásquez Salazar, Rubén Darío; Zapata Madrigal, Germán Darío (Thesis advisor)
Las empresas, en especial las del sector de la fabricación necesitan volverse más competitivas en un ambiente que constantemente está en cambio y las obliga a adaptarse a él para que su rentabilidad se mantenga o se incremente. Para ello, se utiliza comúnmente la implementación de nuevas tecnologías para mejorar su producción, exigiendo soluciones que se implementen fácilmente con el menor riesgo y que proporcionen funcionalidad avanzada. Se han analizado algunos de los problemas más críticos que el mercado del siglo XXI trae a las empresas, incluyendo: • La necesidad de personalización masiva, en el caso de ‘make-to-order’ en vez de ‘make-to-stock’, lo cual sugiere la producción basada en pedidos y no en existencias. • Combinación híbrida de volumen y variedad de producción en un único piso de planta. • La necesidad de los clientes para tener sus productos específicos en un tiempo corto. • La necesidad de tener cadenas de suministro estrechamente integradas y contar con almacenes con mínima existencia. Los Sistemas Holónicos de Manufactura (HMS) traen consigo innumerable cantidad de ventajas, entre ellas la solución a los problemas antes mencionados. Aunque los HMS han sido ampliamente investigados enfocados hacia la automatización, su procedencia tiene asociado un concepto filosófico cuando, a mediados de los sesentas, Koestler concluyó que las partes o los todos no existen en el dominio de la vida y propuso la palabra “Holón” para representar esta naturaleza híbrida, como una combinación de la palabra griega holos, la cual significa todo, y el sufijo on, el cual significa partícula. En los desarrollos hechos por grupos investigadores en este campo se proponen holarquías compuestas por diferentes tipos de holones, por ejemplo: Holón Misión, Orden, Recurso, Ingeniería, Método, Staff y Supervisor, etc. Existen similitudes y diferencias en las propuestas, pero al hacer una minuciosa revisión en el Holón Recurso (HR) es donde parece haber menos diferencias. El HR representa recursos físicos en las empresas y por tanto es de especial interés en el área de la automatización y el control. El paradigma holónico podría sugerir cambios en los controladores actuales o bien, en el mejor de los casos, permitiría la adición de los atributos holónicos sin perjudicar las configuraciones existentes. En las propuestas existentes para sistemas holónicos, específicamente el HR, se ha identificado que no se ha abordado desde la teoría del control, se ha estudiado poco sobre su naturaleza dinámica, no se cuenta con variedad de modelos que ilustren su comportamiento y tampoco se ha realizado validación formal de estos modelos desde la teoría. El estudio del comportamiento dinámico del HR permitiría conocer en profundidad su comportamiento y obtener un modelo que lo represente, para lo cual se hará una revisión minuciosa pretendiendo reunir las principales dinámicas que rigen su comportamiento, con el fin de construir un modelo que las reúna y poder hacer así una evaluación de sus propiedades.
Modelamiento y simulación de propiedades magnéticas y de transporte de bicapas del compuesto tipo manganita (La2/3Ca1/3MnO3/La1/3Ca2/3MnO3) utilizando el método de Monte Carlo
(2009) Ramírez García, Alejandro; Restrepo Parra, Elisabeth (Thesis advisor)
El material La1-XCaXMnO3 está clasificado como una manganita del tipo perovskita. Este clase de materiales responden a la fórmula A1-xBxMnO3, donde A es una tierra rara y B es un metal divalente (elementos ubicados en el grupo II de la tabla periódica). El número de investigaciones científicas dedicadas al estudio de las propiedades de las manganitas se ha incrementado en los últimos años. Este aumento se debe a que estos materiales exhiben un comportamiento interesante ante variaciones de parámetros externos como temperatura y campos magnéticos aplicados. Para explicar el peculiar comportamiento de las manganitas, y en particular sus interacciones atómicas se deben estudiar los procesos de intercambio utilizando modelos como superintercambio y doble intercambio. En el material La(1-x)CaxMnO3, el manganeso, encargado de otorgar las propiedades magnéticas, puede estar presente en forma de iones Mn3+ y Mn4+. Estos modelos de intercambio dan una descripción de cómo interactúan estos iones. Por otro lado, uno de los fenómenos más estudiados en las manganitas es la magnetorresistencia gigante y colosal (GMR y CMR), las cuales consisten en un cambio considerable de la resistividad del material al aplicarle pequeños campos magnéticos. Este fenómeno, es muy estudiado puesto que le otorga a estos materiales excelentes características de transporte eléctrico y hace que se consideren de gran interés tecnológico con aplicaciones en computación, almacenamiento, recopilación y transporte de datos, atendiendo las necesidades actuales de miniaturización de la tecnología.
Estudio comparativo de métodos de agrupamiento no supervisado de latidos de señales ECG
(2009) Peluffo Ordoñez, Diego Hernán; Castellanos Domínguez, César Germán (Thesis advisor)
En este trabajo se presenta un estudio comparativo de diferentes técnicas de agrupamiento no supervisado con enfoque particional y espectral, orientado a la agrupación de patrones representativos de latidos extraídos de registros electrocardiográficos ambulatorios. Debido a la naturaleza de las señales estudiadas y a que, en muchos casos, no es factible el etiquetado de las mismas, se prefieren las técnicas de agrupamiento no supervisado para su análisis. El uso de un modelo genérico de agrupamiento particional y la estimación de parámetros de inicialización adecuados empleando técnicas espectrales, son algunos de los aportes m´as significativos de esta investigación. Los experimentos se realizan sobre una base de datos de arritmias estándar del MIT (Massachusetts Institute of Technology) y la extracción de características se hace con técnicas recomendadas por la literatura. Otro aporte importante, es el desarrollo de un método de análisis por segmentos que reduce el costo computacional y mejora el desempeño del agrupamiento en comparación con el análisis tradicional, es decir, analizando todo el conjunto de datos en una sola iteracción del procedimiento. Adicionalmente, se sugiere un esquema completo de análisis no supervisado de señales ECG, incluyendo etapas de caracterización, selección de características, estimación del número de grupos, inicialización y agrupamiento. También se diseñan medidas adecuadas de desempeño, basadas en la conformación de los grupos, que relacionan el agrupamiento con el número de grupos empleados y costo computacional. Este estudio se realiza teniendo en cuenta las recomendaciones de la AAMI (Association for the Advanced of Medical Instrumentation) / Abstract: This work presents a comparative study of different partitional and spectral clustering techniques to cluster heartbeats patterns of long-term ECG signals. Due to the nature of signals and since, in many cases, it is not feasible labeling thereof, clustering is preferred for analysis. The use of a generic model of partitional clustering and the appropriate estimation of initialization parameters via spectral techniques represent some of the most important contributions of this research. The experiments are done with a standard arrhythmia database of MIT (Massachusetts Institute of Technology) and the feature extraction is carried out using techniques recommended by literature. Another important contribution is the design of a sequential analysis method which reduces the computational cost and improves clustering performance compared to traditional analysis that is, analyzing the whole data set in one iteration. Additionally, it suggests a complete system for unsupervised analysis of ECG signals, including feature extraction, feature selection, initialization and clustering stages. Also, some appropriate performance measures based on groups analysis were designed, which relate the clustering performance with the number of resultants groups and computational cost. This study is done taking into account the AAMI standard (Association for the Advance of Medical Instrumentation).
Herramienta de análisis de estabilidad de tensión para sistemas eléctricos de potencia
(2009) Arrieta Paternina, Mario Roberto; Correa Gutiérrez, Rosa Elvira (Thesis advisor)
En este proyecto se presenta una herramienta de análisis de estabilidad de tensión para Sistemas Eléctricos de Potencia (SEP), fundamentada en el análisis de puntos de equilibrio. Se aborda este problema en tres etapas. En la primera etapa se estructura la condición inicial o punto de partida para el análisis de estabilidad comunmente conocida como Flujo de Cargas o Flujo de Potencias, el cual consiste en realizar un balance de potencia en el SEP para determinar una condición de equilibrio estable a partir de una semilla inicial para las magnitudes y fases de los voltajes en cada nodo. La segunda etapa consiste en determinar los elementos del SEP que pueden ser propensos a hacer inestables (nodos críticos y ramas débiles). En esta fase se aplica la técnica denominada análisis modal, la cual se fundamenta en el cálculo de valores y vectores propios de la matriz Jacobiana que resulta de la linealización del sistema de potencia alrededor de los puntos de equilibrio obtenidos en la etapa anterior. Finalmente, en la tercera etapa se hace un análisis de sensibilidad perturbando cada uno de los nodos críticos identificados previamente; posteriormente haciendo uso del análisis modal se determinan los márgenes de estabilidad del sistema. La perturbación se realiza haciendo pequeños cambios en la potencia activa (P) y reactiva (Q). En cada paso de variación de potencia, se aplica la técnica de descomposición en valores singulares con el fin de calcular la mínima perturbación que hace inestable el sistema. Luego de terminar estas tres etapas, cada una de las técnicas brinda los elementos suficientes para concluir acerca de las condiciones de estabilidad del sistema bajo estudio. Con este trabajo se desarrolló una herramienta para hacer análisis de estabilidad de tensión a SEP, la cual permite inferir acerca del comportamiento estable e inestable del sistema, utilizando MATLAB and Simulink como plataforma de trabajo.
Parametric time-frequency analysis for discrimination of non-stationary signals
(2009) Avendaño Valencia, Luis David; Castellanos Domínguez, César Germán (Thesis advisor)
Abstract: In this masterï¿½s thesis discrimination of non-stationary signals using time varying parametric modeling and time frequency analysis is explored. This work consists of two parts, the first, to obtain a representation for non-stationary signals by parametric modeling and parametric time-frequency representations, and the second, feature selection and extraction based on timeï¿½frequency representations and time-varying data. In this study many advantages of non-stationary signal analysis using parametric methodology will be made evident. Among them it will be found that by means of these models it is possible to determine how signalï¿½s structure changes along time and analogously, to determine how the frequency content of a signal changes. The effectiveness of this methodology depends on three main factors, first, the choice of the model structure, which in the case of TVAR modeling would be the problem to find the order of AR model, second, estimation of the model parameters and third, selection the structure of temporal change that is imposed on the dynamics of time-variant parameters. In this aspect, a revision and evaluation of different state of the art methodologies for model structure selection, estimation of TVAR parameters and temporal structures is made. It was found that the performance of parametric methodology depends directly on these three factors; however, the main influencing factor is the structure of temporal change imposed on the estimator and how it couples with the dynamics of a time-varying signal. The second addressed problem is how to use these time varying features (matricial features) to train classifiers. Features estimated with parametric models yield a complete representation of signalï¿½s dynamics at the cost of large dimensionality and redundancy. Thus, a review of feature extraction methods devised for time-varying and matricial data is carried out. Also, relevance analysis is generalized for the case of matricial data.
Efectos de algunos compensadores de voltaje en un sistema eléctrico de potencia
(2009) Escobar Álvarez, Hernán Darío; Correa Gutiérrez, Rosa Elvira (Thesis advisor)
En este trabajo se analiza la estabilidad de un sistema de potencia cuando se introducen compensadores de voltaje, mediante curvas PV. Para esto se presentan los conceptos básicos de estabilidad, de colapsos de voltaje y de curvas PV, además se analiza un sistema mínimo de potencia para mostrar cómo se obtienen este tipo de curvas en forma estática y de esta manera aclarar el concepto de las curvas PV. La forma de las curvas PV ha sido un tema de gran importancia, en donde los compensadores de voltaje han mostrado tener un gran impacto sobre estas curvas y sobre la estabilidad del sistema de potencia. Sin embargo, cuando se consideran los compensadores de voltaje dentro del sistema, no se considera la dinámica de conmutación con mucho grado de detalle, razón por la cual en este trabajo se desarrolla un modelo de un compensador de voltaje que considera la dinámica de conmutación. Finalmente se realizan simulaciones del sistema de potencia variando la carga, de esta manera se obtiene la curva PV de referencia del sistema en análisis, este es un caso optimista para el sistema de potencia. Luego se añade la protección por sobrecorriente de campo en el devanado de excitación del generador. Por último se simula un compensador de voltaje en coordenadas dq, y el modelo propuesto en este trabajo / Abstract: In this thesis the power system stability is analyzed by PV curves when voltage compensators are introduced. The basic concepts of stability, voltage collapse, and PV curves, are introduced and studied through a small power system, in order to show how these curves are calculated at steady state. The PV curves shape has been a great importance subject, specially when voltage compensators are incorporated. Nevertheless, when these ones are taken into account, the power electronic device’s commutation it is not considered in detail. This thesis proposes a shunt voltage compensator model that gives careful consideration to the commutation dynamics. Finally, simulations varying the load are carried out for evaluating the PV curves. Additionally, the field over-current protection in generators is taken into account in order to evaluate its impact on the aforementioned curves. A shunt compensator modeled in d-q coordinates plus the proposed model is simulated.
Análisis de características del ambiente creativo en empresas de Manizales con técnicas KDD
(2009) Osorio Zuluaga, Germán Augusto; Duque Méndez, Néstor Darío (Thesis advisor)
En este trabajo se presentan los resultados de la aplicación de técnicas de Minería de Datos, (DM, por sus siglas en inglés), enmarcadas en el proceso de Descubrimiento de Conocimiento en Bases de Datos (KDD), sobre la información de una investigación realizada por la Universidad Nacional de Colombia - Sede Manizales en los años 2004 y 2005 en veintitrés empresas de la ciudad, con el fin de determinar el estado de los ambientes creativos para la innovación, desde las dimensiones psicosocial, didáctica y física. Se consideran las técnicas de Análisis de Componentes Principales (PCA), Escalamiento Multidimensional, agrupamiento por K-medias y agrupamiento jerárquico. En las pruebas realizadas, se determinó la ponderación de las variables latentes de las dimensiones didáctica, física y psicosocial que varían un poco respecto de la dada de manera empírica por los investigadores. Adicionalmente se logró determinar que características tienen mayor influencia en la determinación de un adecuado ambiente que favorezca la creatividad, como son la comunicación, la formación, el aspecto funcional, la característica técnica, el reconocimiento, la motivación-satisfacción y la apertura. Igualmente, se pudo determinar que las dimensiones didáctica, física y psicosocial influyen de manera distinta en los sectores y niveles organizacionales. Por otro lado, se demuestra al menos en este caso, la suposición que se tenía sobre la posibilidad de descubrir nuevo conocimiento con el uso de estas técnicas aplicadas en datos de investigaciones anteriores que por razones diversas no las usaron. Finalmente, se muestra las grandes posibilidades de la aplicación de la ingeniería en ciencias sociales y del comportamiento / Abstract: This document presents the results of the application of Data Mining (DM) techniques framed in the process of Knowledge Discovery in Databases (KDD), information on research conducted by Universidad Nacional de Colombia - Sede Manizales in 2004 and 2005 in twenty-three companies in the city, in order to determine the status of creative environments for innovation, from the psychosocial, didactic and physical dimensions. Techniques considered are principal component analysis (PCA), multidimensional scaling, clustering by K-means and hierarchical clustering. In tests, it was determined by weighing that the latent variables of the didactic, physical and psychosocial dimensions, vary slightly on the empirically given by the researchers. Additionally it was determined that characteristics have greater influence in establishing an appropriate environment conducive to creativity, such as communication, training, the functional aspect, the technical feature, recognition, motivation, satisfaction and openness. Similarly, it was determined that the didactic, physical and psychosocial dimensions, impact differently on areas and organizational levels. On the other hand, it is shown at least in this case, our assumption about the possibility of discovering new knowledge through the use of these techniques applied in previous research data which, for various reasons, did not use them. Finally, it is shown the great possibilities of implementing engineering in social and behavioral sciences.
Selección de hiperparámetros en máquinas de soporte vectorial.
(2004) Henao Giraldo, Ricardo; Hurtado Gómez, Jorge Eduardo (Thesis advisor)
Este trabajo de tesis presenta un nuevo método de selección automática de hiperparámetros en máquinas de soporte vectorial utilizando estrategias evolutivas y cotas efectivas del error de validación o riesgo empírico. El desarrollo descrito en esta tesis involucra una técnica de estrategias evolutivas denominada adaptación de matriz de covarianza, que a grandes rasgos reduce el tiempo de convergencia en la medida que un menor número de evaluaciones de la función objetivo son necesarias y que desaleatoriza al máximo el procedimiento para obtener soluciones más estables. En particular, dos cotas del error de validación fueron empleadas, la validación cruzada como generalización del esquema LOO y el span como medida efectiva tanto teórica como práctica ya que no necesita múltiples evaluaciones de la SVM, es continua, posee conexión directa con otras como Radio/Margen y requiere una carga computacional considerablemente pequeña. Además, permite la posibilidad de emplear diferentes funciones Kernel debido a que no exige diferenciabilidad en dicha función, esquemas multi clase y seleccion de múltiples parámetros sin tener que reformular substancialmente todo el algoritmo. Por último, los resultados numéricos muestran un desempeño bastante competitivo con las otras técnicas revisadas en este trabajo / Abstract: This thesis work introduces a new method for automatic hiperparameter selection for support vector machines using evolutive strategies and validation error or empirical risk bounds. The actual approach involves an evolution strategy technique designated as covariance matrix adaptation, which in general terms reduces the convergence rates and obtain steady solutions due to its derandomized nature. In particular, two empirical risk bounds where used, crossvalidation as generalized LOO scheme and span bound because do not require multiple SVM evaluations, is continuous, and hold direct connection with some others like Radius/Margin and its computational cost is low as well. Besides, this method allows a wide variety of Kernel functions since do not demand differentiability, multi-class schemes and multiple parameter selection without substantial reformulation of the entire algorithm. Finally, the numerical results reveal a competitive performance related to another considered methods within this work.
Diseño y montaje de un control de nivel para una envasadora de lácteos
(2004) Giraldo Betancur, Indira Marcela
En el siguiente documento se desarrolla el diseño e implementación de un control de nivel económico, para la completa automatización de envasadoras verticales, llenadoras y selladoras, encargadas de envasar productos lácteos (leche y yogur). Contando con la elección de los elementos del lazo de control, su respectivo diseño y su implementación en planta; teniendo en cuenta el manejo especial que se debe tener con los productos de consumo humano, lo que le da un carácter especial a la elección de los materiales para cada instrumento. Además se realiza una evaluación económica debida a la utilización de la envasadora automática en la planta procesadora de productos lácteos / Abstract: In the following document it is developed the design and implementation of a economic control of level for the filling and sealed vertical packing complete automation, ordered to package milky products (milk and yogur). Counting on the election of the elements of the control loop, its respective design and its implementation in plant; considering the special handling that must have products of human consumption, it gives a special character to the election of the materials for each instrument. In addition an economic evaluation is made due to the use of the automatic packer in the milky product processor plant.
Modelado de control estructural lineal con elementos finitos estocásticos
(2007-08) Mora Méndez, Diego Fernando; Hurtado Gómez, Jorge Eduardo (Thesis advisor)
Este documento presenta el análisis de una estructura ﬂexible sometida a cargas producidas por tráﬁco vehicular mediante un modelo en tres dimensiones de la interacción puente-vehículo. El empleo del método de elementos ﬁnitos y un apropiado modelo en tres dimensiones del vehículo permite resolver el sistema de ecuaciones acopladas de la interacción puente-vehículo. La carga resultante del anterior análisis es incluída posteriormente en el modelo estocástico de la dinámica del puente para observar el efecto de las incertidumbres en los parámetros de la estructura sobre su respuesta. Se propone un control LQG (Linear Quadratic Gaussian) para controlar la respuesta del puente a perturbaciones de tráﬁco vehicular con el ﬁn de reducir las vibraciones que este tipo de cargas produce en la estructura ﬂexible. Finalmente se analizan los resultados del modelo estocástico con y sin fuerza de control para mostrar la variación entre los dos estados.
Efecto de la carga dinámica en la estabilidad de tensión
(2008) Valencia Arroyave, Felipe; Correa Gutiérrez, Rosa Elvira (Thesis advisor); Ramírez Arredondo, Juan Manuel (Thesis advisor)
En este trabajo se propone una nueva realización disipativa de Hamilton para modelar sistemas eléctricos de potencia. Lo novedoso de esta realización es que tiene en cuenta el comportamiento dinámico de la carga. Para lograr esto se comenzó por identificar los problemas y soluciones reportadas en la literatura en lo referente al modelado de la carga, ya que esto ayudó a identificar un modelo apropiado para representar el comportamiento dinámico de la carga. Lo que se busca con esta nueva realización es tener un modelo de los sistemas eléctricos de potencia multimáquina que permita determinar cuál es el efecto del comportamiento dinámico de la carga en la estabilidad del sistema. Como resultado de hacer esta realización, se obtuvo una nueva metodología para el análisis de estabilidad de sistemas eléctricos de potencia. Lo novedoso de esta metodología es que se basa en la aplicación de los conceptos de estabilidad de sistemas dinámicos de la teoría de control a los sistemas eléctricos de potencia. Además es una metodología general, es decir, es independiente de la topología del sistema eléctrico de potencia. La metodología encontrada en este trabajo se basa en el análisis de bifurcaciones del sistema eléctrico de potencia multimáquina modelado como un sistema de Hamilton. Al hacer esto se encontraron condiciones que delimitan la región de estabilidad de los sistemas eléctricos de potencia cuando alimentan cargas que presentan un comportamiento dinámico cuando se perturba el voltaje que la alimenta. Esta metodología fue aplicada a un sistema eléctrico de potencia multimáquina general y los resultados obtenidos fueron validados mediante simulación numérica obteniéndose los resultados esperados. Se utilizó como sistema de prueba el sistema de la Western Systems Coordinating Council, que posee nueve nodos, entre ellos tres de generación y tres de carga / Abstract: In this work it is proposed a new dissipative Hamilton realization to model electric power systems. This realization is new because take into account dynamic load behavior. To make it possible, it was began to identifying literature reported problems and solutions in load modeling, to select an accurate dynamic load model. The new dissipative Hamilton realization helped to establish how affects dynamic load behavior system’s stability. As a result, a new methodology to power system’s stability analysis was obtained. This methodology is new because is based in the application of dynamic systems analysis concepts, of the control theory, to stability analysis of power systems. Moreover is a general methodology, i.e., the methodology is independent of system’s topology. The methodology found with this work is based in the bifurcation analysis of power systems modeled as Hamilton systems. This let to find stability boundary conditions of power system’s that feed dynamic loads. The methodology was applied to analyze a generic power system and the results were validated through numeric simulation, with good results. As benchmark system it was used the Western Systems Coordinating Council nine bus power system.
Detección múltiple en tiempo real para localización de una fuente acústica
(2006) Alzate Castaño, Ricardo; Castellanos Domínguez, César Germán (Thesis advisor)
Se presenta la implementación de un sistema para efectuar localización pasiva bidimensional y seguimiento en tiempo real sobre una fuente acústica simple empleando la técnica de estimación de TDOA por correlacion y ﬁltro de Kalman con modelo de medición en coordenadas cartesianas haciendo uso de un arreglo lineal de 3 micrófonos como dispositivo de captura de señales. Los resultados generados maniﬁestan una fuerte dependencia del algoritmo implementado respecto a la resolución discreta del ﬁltrado espacial obteniendo estimados consistentes de localización para puntos ubicados en el interior de la región de mayor sensibilidad. La precisión de la medida se incrementa para señales de incidencia con características apreciables de aleatoriedad posterior a la acción de suavizado de un ﬁltro de Kalman / Abstract: The implementation of a real-time single acoustic source localization and tracking system is presented based on TDOA correlation estimation and Kalman ﬁltering methods for processing the data received by a 3 microphone linear array. The results derived shows a strong dependence on the spatial resolution of the system oﬀering good estimates for the points located inside of the higher resolution region. Accurate increasing is derived for signals with high randomness after smoothing with a Kalman ﬁlter.
Estudio de un regulador Buck con estrategia ZAD y pulso al lado
(2006-12) Burgos Gómez, Jorge Eduardo; Olivar Tost, Gerard (Thesis advisor)
En este trabajo se realiza el estudio de fenómenos no lineales presentes en un convertidor buck manejado por un modulador de ancho de pulso al lado (PWML) mediante la inducción de un régimen de deslizamiento. La superﬁcie de conmutación cumple un promedio de dinámica cero en cada instante de muestreo. Esta técnica se conoce como ZAD. Dentro de los aspectos tratados en este trabajo se encuentra el cálculo del ciclo de trabajo mediante la aproximación lineal de la superﬁcie de deslizamiento. Posteriormente se trata el análisis de dinámicas no lineales existentes en el convertidor, en especial órbitas periódicas, bifurcaciones y caos. En este caso, se hacen análisis con diferentes parámetros del sistema, como son la constante de tiempo de la superﬁcie de deslizamiento, la referencia y la carga. Finalmente se realiza el estudio relacionado con el control del caos existente en el convertidor, mediante el uso de las técnica TDAS (Time Delay Autosynchronization) y FPIC (Control de Inducción al Punto Fijo). Con estas técnicas se busca la estabilización de órbitas inestables / Abstract: In this work, the study of nonlinear phenomena in a buck converter is realized. The buck converter is controlled with a lateral pulse width modulator (LPWM) by the induction of a sliding surface. The switching surface has to fulﬁll a zero dynamic average in each sampling period. This technique is known as ZAD. Inside this work will be treated topics such as the calculation of the duty cycle by the linear approximation of the sliding surface. Afterwards, the analysis of nonlinear dynamics in the buck converter, specially periodic orbits, bifurcations and chaos is realized. In this case, diﬀerent system parameters such as the time constant of the sliding surface, the reference and the load are considered. Finally, the study of chaos control by the use of the techniques TDAS (Time Delay Autosynchronization) and FPIC (Fixed Point Induced Point) is performed. With these techniques the stabilization of unstable periodic orbits is possible.
SMA aplicado a la gestión de tráfico de voz en redes LAN
(2006) Castaño Pérez, Néstor Jaime; Duque, Néstor Darío (Thesis advisor)
El objetivo principal de este proyecto es el desarrollo de una metodología para el diseño de redes de datos que soporten de una forma efectiva, aplicaciones en tiempo real como es el caso de la VoIP. Así mismo se plantea la implementación de un sistema multiagente para la gestión del tráﬁco en la red, mejorando el desempeño de ésta, permitiendo la priorización efectiva del tráﬁco. Este proyecto utiliza los conceptos básicos para diseño de redes LAN como son la segmentación de tráﬁco, los dominios de broadcast y de colisiones para proponer un diseño físico y lógico de la red. Se analizan las características de una red de datos existente como la capacidad de procesamiento y conmutación de los equipos activos de red, la función de distribución de probabilidad de tráﬁco, el sistema operativo, la velocidad de transmisión y los servicios utilizados por las estaciones de trabajo. Se realiza la simulación de la red de datos utilizando software especializado como el OP-NET, proceso que permite obtener información de la capacidad y la utilización de la red, variables requeridas por los algoritmos como SLoPS y TOPP, para determinar el ancho de banda disponible para el tráﬁco de VoIP. La inserción del tráﬁco de VoIp tambien es simulado para determinar si es necesario un replanteamiento de la estructura de la red. Se utiliza la metodología MAS CommonKads [25] para el diseño y la implantación del SMA, sistema encargado de mantener una calidad del servicio adecuada en los momentos de tráﬁco pico de la red / Abstract: The main objective of this project is the development of a methodology in order to design data networks that can support in a eﬀective way real time applications such as VoIP. Also it is proposed the implementation of a Multi Agent System for the management of the network traﬃc, enhancing the performance of the network, and allowing the eﬀective scheduling of the traﬃc. This project uses basic concepts for the design of LAN networks such as traﬃc segmentation, broadcast and collision domains to propose a physical and logical design of the network. The characteristics of an existing network are analyzed, including the process and switching capacities of active network equipment, the traﬃc probability function, the operating system, the transmission rate and the services utilized by the workstations. The simulation of the data network is done using specialized software such as OPNET. This process allows to get information about the capacity and the utilization of the network, which are important variables required by the algorithms such as SLoPS and TOPP in order to calculate the available bandwidth for the VoIP traﬃc. The VoIP traﬃc insertion is also simulated to calculate if it is necessary to change the network structure. The methodology MAS CommonKads [25] is used in order to design and implement the MAS, which is the system that has to maintain an adequate QoS at the peak traﬃc hours of the network.
Metodología de reducción de dimensión para sistemas de reconocimiento automático de patrones sobre bioseñales
(2006) Daza Santacoloma, Genaro; Castellanos Domínguez, César Germán (Thesis advisor)
En este trabajo se presenta la construcción metodológica para los procesos de reducción de dimensión, a partir del análisis comparativo entre técnicas de extracción y selección de características, y tiene como aporte fundamental la clara identificación de las condiciones de aplicación de cada una de las técnicas. En forma particular, se estudian las técnicas de análisis lineal de componentes, análisis dinámico de componentes, análisis de varianza, búsquedas secuenciales y criterios de evaluación sobre matrices de dispersión. Las pruebas de desempeño se orientan a la precisión del sistema en la etapa de clasificación y la capacidad de reducción de dimensión, se realizan sobre una base de datos de voz, para la identificación de patrones particulares en la fonación de las 5 vocales del idioma español, de igual forma, se realizan pruebas sobre una base de datos de electrocardiografía, para detectar la presencia de cardiopatía isquémica, los resultados obtenidos reflejan que la capacidad de reducción y clasificación de las técnicas de selección es usualmente superior que la de las técnicas de extracción. Sin embargo, la naturaleza de los datos influye drásticamente sobre la elección de un método de reducción particular. Además, se plantea una estructura metodológica basada en PCA que permite realizar los procesos de reducción de dimensión y clasificación analizando el comportamiento dinámico de características (particularmente, características que cambian a lo largo del tiempo). La metodología propuesta también permite efectuar el proceso de selección de las variables dinámicas que más influencia presentan en el proceso / Abstract: This work presents a methodological construction for dimension reduction processes, which is founded on comparative analysis among several feature extraction and feature selection techniques. Its main contribution is a clearer identiﬁcation of the conditions a speciﬁc method can be correctly applied. Particularly, linear component analysis, dynamic component analysis, analysis of variance and sequential search algorithms along with scatter matrices criteria are considered. Performance tests have their basis on classiﬁcation accuracy and reduction levels. Experimental results are derived from correct identiﬁcation on a speech database containing normal and pathological registers. In a similar fashion, tests on ECG database are carried out to identify ischemic cardiopathy. Results show that feature selection techniques have higher reduction rates over all studied methods. However, the nature of data aﬀects the choice of a particular method. Moreover, it is proposed a methodological structure based on PCA that allows for dimension reduction and pattern classiﬁcation by analyzing the dynamical behavior of features (particularly, features that change across time). The proposed method also admits dynamic feature selection of variables in the process that inﬂuence it the most.
Análisis, Modelado y Control de un Convertidor Elevador Flyback-Boost Integrado
(2015) Florez Montes, Frank; Angulo García, Fabiola (Thesis advisor)
En esta tesis se presenta el análisis, modelado y control de un convertidor elevador flyback-boost, se plantea un modelo matemático en el que se consideran todos los estados posibles y las ecuaciones diferenciales de cada uno. El modelo se construye definiendo los diodos y el interruptor como dispositivos ideales y se ajusta con los parámetros medidos de los elementos reales. Primero se construye un simulador en lazo abierto utilizando la estructura de las máquinas de estados finitos, con el cual se evalúa el grado de aproximación del modelo comparando sus respuestas con resultados experimentales. En segundo lugar, se utiliza la técnica de control por corriente pico para el análisis en lazo cerrado. Se enfatiza la capacidad del convertidor para alcanzar grandes ganancias de voltaje sin inducir ciclos de trabajo extremo. También se evalúa el sistema bajo perturbaciones en la carga, todos estos resultados se comparan con los obtenidos experimentales, y se presentan las conclusiones correspondientes
Forward volumetric modeling framework for realistic head models towards accurate EEG source localization
(2018-08) Cuartas Morales, Ernesto; Castellanos Dominguez, César Germán (Thesis advisor)
Synergetic effects connecting spatial and functional neuroimaging techniques allows reduction of the weakness for single method analysis. Specifically, Electroencephalographic (EEG) Source Imaging (ESI) relating structural head models and distributed source localization techniques improves the time and spatial resolution of single MRI or EEG analysis. The construction of more accurate forward models for ESI solutions, holding better precision and less computational burden is an important task for investigative purposes, but also for surgery planning and disorder treatments. In this regard, we present a novel finite-difference EEG forward problem solution that we called ghost-filling finite difference anisotropic reciprocity method (GFDARM). First, we introduce a finite difference numerical solution for the conservative form of the Poisson equation, using an asymmetric volumetric stencil, together with the transition layer technique to formulate finite differences that properly deal with the considered Newman and Dirichlet boundary conditions. Later, we formulate a solution for an irregular free-form boundary domain, based on a second-order accuracy ghost-filling approximation for the homogeneous Newman flux condition, allowing us to solve the discretized finite differences volume only for the significant potential unknowns. Then we analyze the linear equation system solution and the considerations for a reciprocity solution over the electrodes space. Further, we test our method using a multilayer spherical head model that can include anisotropy and can admit an analytical solution of the Poisson equation. Finally, we analyze a noisy linear equation system to study the numerical stability of the technique in the presence of perturbations. Our results show stability and super-linear convergence. Moreover, validation against an analytical solution shows high correspondence in the potential distribution for a wide range of dipole positions and orientations. As a final stage, we introduce a realistic patient-specific EEG forward modeling pipeline, including anisotropy in the skull and the white matter; MRI segmentation; electrode co-register; voxelwise conductivity definitions; reciprocity space solution; and GFDARM numeric EEG forward solver. Our results using Bayesian model selection for group studies in a random fixed effect analysis show strong evidence in favor of more complex head models, including anisotropic skull and white matter modeling

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