Supporting real-time distributed computer-controlled systems with multi-hop P-NET networks

Fieldbus communication networks aim to interconnect sensors, actuators and controllers within process control applications. Therefore, they constitute the foundation upon which real-time distributed computer-controlled systems can be implemented. P-NET is a fieldbus communication standard, which uses a virtual token-passing medium-access-control mechanism. In this paper pre-run-time schedulability conditions for supporting real-time traffic with P-NET networks are established. Essentially, formulae to evaluate the upper bound of the end-to-end communication delay in P-NET messages are provided. Using this upper bound, a feasibility test is then provided to check the timing requirements for accessing remote process variables. This paper also shows how P-NET network segmentation can significantly reduce the end-to-end communication delays for messages with stringent timing requirements.

Characterization of Photonic Materials Using Thermal Lens Technique

The subject of Photonics is concerned with the generation,control and utilization of photons for performing a variety of tasks.It came to existence as a consequence of the harmonious fusion of optical methods with electronic technology.Wide spread use of laser based methods in electronics is slowly replacing elecrtons with photons in the field of Communication,Control and Computing .Therefore,there is a need to promote the R & D activities in the area of Photonics and to generate well trained manpower in laser related fields.Development and characterization of photonic materials is an important subject of research in the field of Photonics.Optical and thermal characterization of photonic materials using thermal lens technique is a PhD thesis in the field of Photonics in which the author describes how thermal lens effect can be used to characterize themal and optical properties of photonic materials.Plausibility of thermal lens based logic gates is also presented in this thesis.

A Novel Slotless PMBLDC Motor for Precise Positioning Applications

This paper presents the design and analysis of a novel machine family of Siotiess Permanent Magnet Brushless DC motors (PMBLDC) for precise positioning applications of spacecrafts. Initial design, selection of major parameters and air gap magnetic flux density are estimated using the analytical model of the machine. The proportion of the halbach array in the machine was optimized using FE to obtain near trapezoidal flux pattern. The novel machine topology is found to deliver high torque density, high efficiency, zero cogging torque, better positional stability, high torque to inertia ratio and zero magnetic stiction suiting space requirements. The machine provides uniform air gap flux density along the radius thus avoiding circulating currents in stator conductors and hence reducing torque ripple

ECG Noise Removal using GA tuned Sign-Data Least Mean Square Algorithm

Adaptive filter is a primary method to filter Electrocardiogram (ECG), because it does not need the signal statistical characteristics. In this paper, an adaptive filtering technique for denoising the ECG based on Genetic Algorithm (GA) tuned Sign-Data Least Mean Square (SD-LMS) algorithm is proposed. This technique minimizes the mean-squared error between the primary input, which is a noisy ECG, and a reference input which can be either noise that is correlated in some way with the noise in the primary input or a signal that is correlated only with ECG in the primary input. Noise is used as the reference signal in this work. The algorithm was applied to the records from the MIT -BIH Arrhythmia database for removing the baseline wander and 60Hz power line interference. The proposed algorithm gave an average signal to noise ratio improvement of 10.75 dB for baseline wander and 24.26 dB for power line interference which is better than the previous reported works

An Improved Technique for Evolving Wavelet Coefficients for Fingerprint Image Compression

In this paper, an improved technique for evolving wavelet coefficients refined for compression and reconstruction of fingerprint images is presented. The FBI fingerprint compression standard [1, 2] uses the cdf 9/7 wavelet filter coefficients. Lifting scheme is an efficient way to represent classical wavelets with fewer filter coefficients [3, 4]. Here Genetic algorithm (GA) is used to evolve better lifting filter coefficients for cdf 9/7 wavelet to compress and reconstruct fingerprint images with better quality. Since the lifting filter coefficients are few in numbers compared to the corresponding classical wavelet filter coefficients, they are evolved at a faster rate using GA. A better reconstructed image quality in terms of Peak-Signal-to-Noise-Ratio (PSNR) is achieved with the best lifting filter coefficients evolved for a compression ratio 16:1. These evolved coefficients perform well for other compression ratios also.

Optimierung von Betriebsstrategien für elektrifizierte Antriebskonzepte

Im Rahmen dieser Arbeit wird eine gemeinsame Optimierung der Hybrid-Betriebsstrategie und des Verhaltens des Verbrennungsmotors vorgestellt. Die Übernahme von den im Steuergerät verwendeten Funktionsmodulen in die Simulationsumgebung für Fahrzeuglängsdynamik stellt eine effiziente Applikationsmöglichkeit der Originalparametrierung dar. Gleichzeitig ist es notwendig, das Verhalten des Verbrennungsmotors derart nachzubilden, dass das stationäre und das dynamische Verhalten, inklusive aller relevanten Einflussmöglichkeiten, wiedergegeben werden kann. Das entwickelte Werkzeug zur Übertragung der in Ascet definierten Steurgerätefunktionen in die Simulink-Simulationsumgebung ermöglicht nicht nur die Simulation der relevanten Funktionsmodule, sondern es erfüllt auch weitere wichtige Eigenschaften. Eine erhöhte Flexibilität bezüglich der Daten- und Funktionsstandänderungen, sowie die Parametrierbarkeit der Funktionsmodule sind Verbesserungen die an dieser Stelle zu nennen sind. Bei der Modellierung des stationären Systemverhaltens des Verbrennungsmotors erfolgt der Einsatz von künstlichen neuronalen Netzen. Die Auswahl der optimalen Neuronenanzahl erfolgt durch die Betrachtung des SSE für die Trainings- und die Verifikationsdaten. Falls notwendig, wird zur Sicherstellung der angestrebten Modellqualität, das Interpolationsverhalten durch Hinzunahme von Gauß-Prozess-Modellen verbessert. Mit den Gauß-Prozess-Modellen werden hierbei zusätzliche Stützpunkte erzeugt und mit einer verminderten Priorität in die Modellierung eingebunden. Für die Modellierung des dynamischen Systemverhaltens werden lineare Übertragungsfunktionen verwendet. Bei der Minimierung der Abweichung zwischen dem Modellausgang und den Messergebnissen wird zusätzlich zum SSE das 2σ-Intervall der relativen Fehlerverteilung betrachtet. Die Implementierung der Steuergerätefunktionsmodule und der erstellten Steller-Sensor-Streckenmodelle in der Simulationsumgebung für Fahrzeuglängsdynamik führt zum Anstieg der Simulationszeit und einer Vergrößerung des Parameterraums. Das aus Regelungstechnik bekannte Verfahren der Gütevektoroptimierung trägt entscheidend zu einer systematischen Betrachtung und Optimierung der Zielgrößen bei. Das Ergebnis des Verfahrens ist durch das Optimum der Paretofront der einzelnen Entwurfsspezifikationen gekennzeichnet. Die steigenden Simulationszeiten benachteiligen Minimumsuchverfahren, die eine Vielzahl an Iterationen benötigen. Um die Verwendung einer Zufallsvariablen, die maßgeblich zur Steigerung der Iterationanzahl beiträgt, zu vermeiden und gleichzeitig eine Globalisierung der Suche im Parameterraum zu ermöglichen wird die entwickelte Methode DelaunaySearch eingesetzt. Im Gegensatz zu den bekannten Algorithmen, wie die Partikelschwarmoptimierung oder die evolutionären Algorithmen, setzt die neu entwickelte Methode bei der Suche nach dem Minimum einer Kostenfunktion auf eine systematische Analyse der durchgeführten Simulationsergebnisse. Mit Hilfe der bei der Analyse gewonnenen Informationen werden Bereiche mit den bestmöglichen Voraussetzungen für ein Minimum identifiziert. Somit verzichtet das iterative Verfahren bei der Bestimmung des nächsten Iterationsschrittes auf die Verwendung einer Zufallsvariable. Als Ergebnis der Berechnungen steht ein gut gewählter Startwert für eine lokale Optimierung zur Verfügung. Aufbauend auf der Simulation der Fahrzeuglängsdynamik, der Steuergerätefunktionen und der Steller-Sensor-Streckenmodelle in einer Simulationsumgebung wird die Hybrid-Betriebsstrategie gemeinsam mit der Steuerung des Verbrennungsmotors optimiert. Mit der Entwicklung und Implementierung einer neuen Funktion wird weiterhin die Verbindung zwischen der Betriebsstrategie und der Motorsteuerung erweitert. Die vorgestellten Werkzeuge ermöglichten hierbei nicht nur einen Test der neuen Funktionalitäten, sondern auch eine Abschätzung der Verbesserungspotentiale beim Verbrauch und Abgasemissionen. Insgesamt konnte eine effiziente Testumgebung für eine gemeinsame Optimierung der Betriebsstrategie und des Verbrennungsmotorverhaltens eines Hybridfahrzeugs realisiert werden.

Medicina a la UdG. Algoritmes contra la diabetis

Els pàncrees artificials són un horitzó pròxim que ha de millorar de manera sensible la qualitat de vida dels diabètics. El grup de recerca MICE (Modal Intervals and Control Engineering) de la Universitat de Girona intervé en la investigació d'aquests nous sistemes assistits de dosificació d'insulina, perfeccionant algoritmes que els governen

Asociación de la concentración de material particulado en Bogotá con infarto agudo de miocardio

Introducción: la contaminación atmosférica no solo tiene efectos sobre el sistema respiratorio sino también sobre el cardiovascular. El objetivo de este estudio es generar evidencia que permita establecer una asociación entre el infarto agudo del miocardio y la concentración de PM10 en el ambiente como un estudio preliminar para un grupo de pacientes en Bogotá. Metodología: la asociación entre la concentración del material particulado (en este caso PM10 medido en la estación más cercana del lugar reportado por el paciente) y el infarto agudo del miocardio se estableció utilizando el diseño case crossover. Se utilizó información de las historias clínicas de los pacientes con infarto agudo del miocardio que ingresaron al Servicio de Urgencias de la FSFB, y las concentraciones de PM10 medido en la estación más cercana al lugar de inicio de los síntomas de síndrome coronario agudo, reportado por el paciente. Resultados: se encontró que la asociación entre la concentración de PM10 y el diagnóstico de infarto agudo del miocardio es estadísticamente significativa teniendo en cuenta tres momentos de control: 2 horas antes del evento, 24 horas antes del evento y 48 horas antes del evento. Discusión: este estudio sugiere que las altas concentraciones de material particulado en el ambiente son un factor de riesgo para el desarrollo de infarto agudo del miocardio especialmente en personas con enfermedad coronaria subyacente. Con esta investigación se demuestra la importancia de generar acciones que disminuyan la contaminación de la ciudad y de esta forma proteger la salud de las personas.

Wireless sensor networks

This paper provides an introduction to Wireless Sensor Networks (WSN), their applications in the field of control engineering and elsewhere and gives pointers to future research needs. WSN are collections of stand-alone devices which, typically, have one or more sensors (e.g. temperature, light level), some limited processing capability and a wireless interface allowing communication with a base station. As they are usually battery powered, the biggest challenge is to achieve the necessary monitoring whilst using the least amount of power.

Design of a minimum variance multiple input-multiple output neuro self-tuning proportional-integral-derivative controller for non-linear dynamic systems

In this study a minimum variance neuro self-tuning proportional-integral-derivative (PID) controller is designed for complex multiple input-multiple output (MIMO) dynamic systems. An approximation model is constructed, which consists of two functional blocks. The first block uses a linear submodel to approximate dominant system dynamics around a selected number of operating points. The second block is used as an error agent, implemented by a neural network, to accommodate the inaccuracy possibly introduced by the linear submodel approximation, various complexities/uncertainties, and complicated coupling effects frequently exhibited in non-linear MIMO dynamic systems. With the proposed model structure, controller design of an MIMO plant with n inputs and n outputs could be, for example, decomposed into n independent single input-single output (SISO) subsystem designs. The effectiveness of the controller design procedure is initially verified through simulations of industrial examples.

On improving the performance in robust controllers for robot manipulators with parametric disturbances

This paper presents a new strategy for controlling rigid-robot manipulators in the presence of parametric uncertainties or un-modelled dynamics. The strategy combines an adaptation law with a well known robust controller proposed by Spong, which is derived using Lyapunov's direct method. Although the tracking problem of manipulators has been successfully solved with different strategies, there are some conditions under which their efficiency is limited. Specifically, their performance decreases when unknown loading masses or model disturbances are introduced. The aim of this work is to show that the proposed strategy performs better than existing algorithms, as verified with real-time experimental results with a Puma-560 robot. (c) 2006 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Self-tuning proportional, integral and derivative controller based on genetic algorithm least squares

A self-tuning proportional, integral and derivative control scheme based on genetic algorithms (GAs) is proposed and applied to the control of a real industrial plant. This paper explores the improvement in the parameter estimator, which is an essential part of an adaptive controller, through the hybridization of recursive least-squares algorithms by making use of GAs and the possibility of the application of GAs to the control of industrial processes. Both the simulation results and the experiments on a real plant show that the proposed scheme can be applied effectively.

Applying the extended Kalman filter to systems described by nonlinear differential-algebraic equations

This paper describes a method for the state estimation of nonlinear systems described by a class of differential-algebraic equation models using the extended Kalman filter. The method involves the use of a time-varying linearisation of a semi-explicit index one differential-algebraic equation. The estimation technique consists of a simplified extended Kalman filter that is integrated with the differential-algebraic equation model. The paper describes a simulation study using a model of a batch chemical reactor. It also reports a study based on experimental data obtained from a mixing process, where the model of the system is solved using the sequential modular method and the estimation involves a bank of extended Kalman filters.

Implementation of robust hybrid feedback FxLMS active noise cancellation headset

Instability is a serious problem for acoustic Active Noise Cancellation (ANC) headsets as a result of large errors in estimating the transfer function of the plant. Typically this occurs when, for example, a wearer adjusts the headset. In this paper, the instability problem of adaptive ANC headset is addressed. To ensure stability of the whole system, we propose a hybrid solution consisting of an analog feedback loop parallel to the digital loop, and the role of the analog loop in stabilizing the headset is analyzed theoretically. Finally the methodology of implementing such a hybrid ANC headset is described in detail. The experiments carried out on the headset prototype show that the headset is robust under considerable fluctuations of the plant transfer characteristics, and has very good noise cancellation performance both for narrow-band and wide-band disturbances.