Fault diagnosis by refining the parameter uncertainty space of nonlinear dynamic systems

This paper deals with fault detection and isolation problems for nonlinear dynamic systems. Both problems are stated as constraint satisfaction problems (CSP) and solved using consistency techniques. The main contribution is the isolation method based on consistency techniques and uncertainty space refining of interval parameters. The major advantage of this method is that the isolation speed is fast even taking into account uncertainty in parameters, measurements, and model errors. Interval calculations bring independence from the assumption of monotony considered by several approaches for fault isolation which are based on observers. An application to a well known alcoholic fermentation process model is presented

Application for fault location in electrical power distribution systems

Fault location has been studied deeply for transmission lines due to its importance in power systems. Nowadays the problem of fault location on distribution systems is receiving special attention mainly because of the power quality regulations. In this context, this paper presents an application software developed in Matlabtrade that automatically calculates the location of a fault in a distribution power system, starting from voltages and currents measured at the line terminal and the model of the distribution power system data. The application is based on a N-ary tree structure, which is suitable to be used in this application due to the highly branched and the non- homogeneity nature of the distribution systems, and has been developed for single-phase, two-phase, two-phase-to-ground, and three-phase faults. The implemented application is tested by using fault data in a real electrical distribution power system

Expert supervision based on cases

The paper focuses on taking advantage of large amounts of data that are systematically stored in plants (by means of SCADA systems), but not exploited enough in order to achieve supervisory goals (fault detection, diagnosis and reconfiguration). The methodology of case base reasoning (CBR) is proposed to perform supervisory tasks in industrial processes by re-using the stored data. The goal is to take advantage of experiences, registered in a suitable structure as cam, avoiding the tedious task of knowledge acquisition and representation needed by other reasoning techniques as expert systems. An outlook of CBR terminology and basic concepts are presented. The adaptation of CBR in performing expert supervisory tasks, taking into account the particularities and difficulties derived from dynamic systems, is discussed. A special interest is focused in proposing a general case definition suitable for supervisory tasks. Finally, this structure and the whole methodology is tested in a application example for monitoring a real drier chamber

A proposal for the diagnosis of uncertain dynamic systems based on interval models

The performance of a model-based diagnosis system could be affected by several uncertainty sources, such as,model errors,uncertainty in measurements, and disturbances. This uncertainty can be handled by mean of interval models.The aim of this thesis is to propose a methodology for fault detection, isolation and identification based on interval models. The methodology includes some algorithms to obtain in an automatic way the symbolic expression of the residual generators enhancing the structural isolability of the faults, in order to design the fault detection tests. These algorithms are based on the structural model of the system. The stages of fault detection, isolation, and identification are stated as constraint satisfaction problems in continuous domains and solved by means of interval based consistency techniques. The qualitative fault isolation is enhanced by a reasoning in which the signs of the symptoms are derived from analytical redundancy relations or bond graph models of the system. An initial and empirical analysis regarding the differences between interval-based and statistical-based techniques is presented in this thesis. The performance and efficiency of the contributions are illustrated through several application examples, covering different levels of complexity.

Multivariate Statistical Process Control and Case-Based Reasoning for situation assessment of Sequencing Batch Reactors

ABSRACT This thesis focuses on the monitoring, fault detection and diagnosis of Wastewater Treatment Plants (WWTP), which are important fields of research for a wide range of engineering disciplines. The main objective is to evaluate and apply a novel artificial intelligent methodology based on situation assessment for monitoring and diagnosis of Sequencing Batch Reactor (SBR) operation. To this end, Multivariate Statistical Process Control (MSPC) in combination with Case-Based Reasoning (CBR) methodology was developed, which was evaluated on three different SBR (pilot and lab-scales) plants and validated on BSM1 plant layout.

Dynamic management and restoration of virtual paths in broadband networks based on distributed software agents

La gestió de xarxes és un camp molt ampli i inclou molts aspectes diferents. Aquesta tesi doctoral està centrada en la gestió dels recursos en les xarxes de banda ampla que disposin de mecanismes per fer reserves de recursos, com per exemple Asynchronous Transfer Mode (ATM) o Multi-Protocol Label Switching (MPLS). Es poden establir xarxes lògiques utilitzant els Virtual Paths (VP) d'ATM o els Label Switched Paths (LSP) de MPLS, als que anomenem genèricament camins lògics. Els usuaris de la xarxa utilitzen doncs aquests camins lògics, que poden tenir recursos assignats, per establir les seves comunicacions. A més, els camins lògics són molt flexibles i les seves característiques es poden canviar dinàmicament. Aquest treball, se centra, en particular, en la gestió dinàmica d'aquesta xarxa lògica per tal de maximitzar-ne el rendiment i adaptar-la a les connexions ofertes. En aquest escenari, hi ha diversos mecanismes que poden afectar i modificar les característiques dels camins lògics (ample de banda, ruta, etc.). Aquests mecanismes inclouen els de balanceig de la càrrega (reassignació d'ample de banda i reencaminament) i els de restauració de fallades (ús de camins lògics de backup). Aquests dos mecanismes poden modificar la xarxa lògica i gestionar els recursos (ample de banda) dels enllaços físics. Per tant, existeix la necessitat de coordinar aquests mecanismes per evitar possibles interferències. La gestió de recursos convencional que fa ús de la xarxa lògica, recalcula periòdicament (per exemple cada hora o cada dia) tota la xarxa lògica d'una forma centralitzada. Això introdueix el problema que els reajustaments de la xarxa lògica no es realitzen en el moment en què realment hi ha problemes. D'altra banda també introdueix la necessitat de mantenir una visió centralitzada de tota la xarxa. En aquesta tesi, es proposa una arquitectura distribuïda basada en un sistema multi agent. L'objectiu principal d'aquesta arquitectura és realitzar de forma conjunta i coordinada la gestió de recursos a nivell de xarxa lògica, integrant els mecanismes de reajustament d'ample de banda amb els mecanismes de restauració preplanejada, inclosa la gestió de l'ample de banda reservada per a la restauració. Es proposa que aquesta gestió es porti a terme d'una forma contínua, no periòdica, actuant quan es detecta el problema (quan un camí lògic està congestionat, o sigui, quan està rebutjant peticions de connexió dels usuaris perquè està saturat) i d'una forma completament distribuïda, o sigui, sense mantenir una visió global de la xarxa. Així doncs, l'arquitectura proposada realitza petits rearranjaments a la xarxa lògica adaptant-la d'una forma contínua a la demanda dels usuaris. L'arquitectura proposada també té en consideració altres objectius com l'escalabilitat, la modularitat, la robustesa, la flexibilitat i la simplicitat. El sistema multi agent proposat està estructurat en dues capes d'agents: els agents de monitorització (M) i els de rendiment (P). Aquests agents estan situats en els diferents nodes de la xarxa: hi ha un agent P i diversos agents M a cada node; aquests últims subordinats als P. Per tant l'arquitectura proposada es pot veure com una jerarquia d'agents. Cada agent és responsable de monitoritzar i controlar els recursos als que està assignat. S'han realitzat diferents experiments utilitzant un simulador distribuït a nivell de connexió proposat per nosaltres mateixos. Els resultats mostren que l'arquitectura proposada és capaç de realitzar les tasques assignades de detecció de la congestió, reassignació dinàmica d'ample de banda i reencaminament d'una forma coordinada amb els mecanismes de restauració preplanejada i gestió de l'ample de banda reservat per la restauració. L'arquitectura distribuïda ofereix una escalabilitat i robustesa acceptables gràcies a la seva flexibilitat i modularitat.

Enhanced fault recovery methods for protected traffic services in GMPLS networks

Les noves tecnologies a la xarxa ens permeten transportar, cada cop més, grans volums d' informació i trànsit de xarxa amb diferents nivells de prioritat. En aquest escenari, on s'ofereix una millor qualitat de servei, les conseqüències d'una fallada en un enllaç o en un node esdevenen més importants. Multiprotocol Lavel Switching (MPLS), juntament amb l'extensió a MPLS generalitzat (GMPLS), proporcionen mecanismes ràpids de recuperació de fallada establint camins, Label Switch Path (LSPs), redundants per ser utilitzats com a camins alternatius. En cas de fallada podrem utilitzar aquests camins per redireccionar el trànsit. El principal objectiu d'aquesta tesi ha estat millorar alguns dels actuals mecanismes de recuperació de fallades MPLS/GMPLS, amb l'objectiu de suportar els requeriments de protecció dels serveis proporcionats per la nova Internet. Per tal de fer aquesta avaluació s'han tingut en compte alguns paràmetres de qualitat de protecció com els temps de recuperació de fallada, les pèrdues de paquets o el consum de recursos. En aquesta tesi presentem una completa revisió i comparació dels principals mètodes de recuperació de fallada basats en MPLS. Aquest anàlisi inclou els mètodes de protecció del camí (backups globals, backups inversos i protecció 1+1), els mètodes de protecció locals i els mètodes de protecció de segments. També s'ha tingut en compte l'extensió d'aquests mecanismes a les xarxes òptiques mitjançant el pla de control proporcionat per GMPLS. En una primera fase d'aquest treball, cada mètode de recuperació de fallades és analitzat sense tenir en compte restriccions de recursos o de topologia. Aquest anàlisi ens dóna una primera classificació dels millors mecanismes de protecció en termes de pèrdues de paquets i temps de recuperació. Aquest primer anàlisi no és aplicable a xarxes reals. Per tal de tenir en compte aquest nou escenari, en una segona fase, s'analitzen els algorismes d'encaminament on sí tindrem en compte aquestes limitacions i restriccions de la xarxa. Es presenten alguns dels principals algorismes d'encaminament amb qualitat de servei i alguna de les principals propostes d'encaminament per xarxes MPLS. La majoria dels actual algorismes d'encaminament no tenen en compte l'establiment de rutes alternatives o utilitzen els mateixos objectius per seleccionar els camins de treball i els de protecció. Per millorar el nivell de protecció introduïm i formalitzem dos nous conceptes: la Probabilitat de fallada de la xarxa i l'Impacte de fallada. Un anàlisi de la xarxa a nivell físic proporciona un primer element per avaluar el nivell de protecció en termes de fiabilitat i disponibilitat de la xarxa. Formalitzem l'impacte d'una fallada, quant a la degradació de la qualitat de servei (en termes de retard i pèrdues de paquets). Expliquem la nostra proposta per reduir la probabilitat de fallada i l'impacte de fallada. Per últim fem una nova definició i classificació dels serveis de xarxa segons els valors requerits de probabilitat de fallada i impacte. Un dels aspectes que destaquem dels resultats d'aquesta tesi és que els mecanismes de protecció global del camí maximitzen la fiabilitat de la xarxa, mentre que les tècniques de protecció local o de segments de xarxa minimitzen l'impacte de fallada. Per tant podem assolir mínim impacte i màxima fiabilitat aplicant protecció local a tota la xarxa, però no és una proposta escalable en termes de consum de recursos. Nosaltres proposem un mecanisme intermig, aplicant protecció de segments combinat amb el nostre model d'avaluació de la probabilitat de fallada. Resumint, aquesta tesi presenta diversos mecanismes per l'anàlisi del nivell de protecció de la xarxa. Els resultats dels models i mecanismes proposats milloren la fiabilitat i minimitzen l'impacte d'una fallada en la xarxa.

Integration of knowledge-based, qualitative and numeric tools for real time dynamic systems supervision

The proposal presented in this thesis is to provide designers of knowledge based supervisory systems of dynamic systems with a framework to facilitate their tasks avoiding interface problems among tools, data flow and management. The approach is thought to be useful to both control and process engineers in assisting their tasks. The use of AI technologies to diagnose and perform control loops and, of course, assist process supervisory tasks such as fault detection and diagnose, are in the scope of this work. Special effort has been put in integration of tools for assisting expert supervisory systems design. With this aim the experience of Computer Aided Control Systems Design (CACSD) frameworks have been analysed and used to design a Computer Aided Supervisory Systems (CASSD) framework. In this sense, some basic facilities are required to be available in this proposed framework: ·

Time misalignments in fault detection and diagnosis

El desalineamiento temporal es la incorrespondencia de dos señales debido a una distorsión en el eje temporal. La Detección y Diagnóstico de Fallas (Fault Detection and Diagnosis-FDD) permite la detección, el diagnóstico y la corrección de fallos en un proceso. La metodología usada en FDD está dividida en dos categorías: técnicas basadas en modelos y no basadas en modelos. Esta tesis doctoral trata sobre el estudio del efecto del desalineamiento temporal en FDD. Nuestra atención se enfoca en el análisis y el diseño de sistemas FDD en caso de problemas de comunicación de datos, como retardos y pérdidas. Se proponen dos técnicas para reducir estos problemas: una basada en programación dinámica y la otra en optimización. Los métodos propuestos han sido validados sobre diferentes sistemas dinámicos: control de posición de un motor de corriente continua, una planta de laboratorio y un problema de sistemas eléctricos conocido como hueco de tensión.

A stochastic parameterization for deep convection based on equilibrium statistics

A stochastic parameterization scheme for deep convection is described, suitable for use in both climate and NWP models. Theoretical arguments and the results of cloud-resolving models, are discussed in order to motivate the form of the scheme. In the deterministic limit, it tends to a spectrum of entraining/detraining plumes and is similar to other current parameterizations. The stochastic variability describes the local fluctuations about a large-scale equilibrium state. Plumes are drawn at random from a probability distribution function (pdf) that defines the chance of finding a plume of given cloud-base mass flux within each model grid box. The normalization of the pdf is given by the ensemble-mean mass flux, and this is computed with a CAPE closure method. The characteristics of each plume produced are determined using an adaptation of the plume model from the Kain-Fritsch parameterization. Initial tests in the single column version of the Unified Model verify that the scheme is effective in producing the desired distributions of convective variability without adversely affecting the mean state.

Cone model-based SEP event calculations for applications to multipoint observations

The problem of modeling solar energetic particle (SEP) events is important to both space weather research and forecasting, and yet it has seen relatively little progress. Most important SEP events are associated with coronal mass ejections (CMEs) that drive coronal and interplanetary shocks. These shocks can continuously produce accelerated particles from the ambient medium to well beyond 1 AU. This paper describes an effort to model real SEP events using a Center for Integrated Space weather Modeling (CISM) MHD solar wind simulation including a cone model of CMEs to initiate the related shocks. In addition to providing observation-inspired shock geometry and characteristics, this MHD simulation describes the time-dependent observer field line connections to the shock source. As a first approximation, we assume a shock jump-parameterized source strength and spectrum, and that scatter-free transport occurs outside of the shock source, thus emphasizing the role the shock evolution plays in determining the modeled SEP event profile. Three halo CME events on May 12, 1997, November 4, 1997 and December 13, 2006 are used to test the modeling approach. While challenges arise in the identification and characterization of the shocks in the MHD model results, this approach illustrates the importance to SEP event modeling of globally simulating the underlying heliospheric event. The results also suggest the potential utility of such a model for forcasting and for interpretation of separated multipoint measurements such as those expected from the STEREO mission.

The infrared spectrum of silicon difluoride

The infrared spectrum of the stretching fundamentals of SiF2 has been obtained at a resolution of ≈ 0.1 cm−1 using a FTIR spectrometer. The spectrum has been analysed using computer simulation based on a coupled hamiltonian for v1 and v3, giving v1 = 855.01 cm−1 and v3 = 870.40 cm−1. The relative magnitude and sign of the vibrational transition moments has been determined from the ξC13 Coriolis coupling.

A conserved basic loop in hepatitis C virus p7 protein is required for amantadine-sensitive ion channel activity in mammalian cells but is dispensable for localization to mitochondria

We previously identified the function of the hepatitis C virus (HCV) p7 protein as an ion channel in artificial lipid bilayers and demonstrated that this in vitro activity is inhibited by amantadine. Here we show that the ion channel activity of HCV p7 expressed in mammalian cells can substitute for that of influenza virus M2 in a cell-based assay. This was also the case for the p7 from the related virus, bovine viral diarrhoea virus (BVDV). Moreover, amantadine was shown to abrogate HCV p7 function in this assay at a concentration that specifically inhibits M2. Mutation of a conserved basic loop located between the two predicted trans-membrane alpha helices rendered HCV p7 non-functional as an ion channel. The intracellular localization of p7 was unaffected by this mutation and was found to overlap significantly with membranes associated with mitochondria. Demonstration of p7 ion channel activity in cellular membranes and its inhibition by amantadine affirm the protein as a target for future anti-viral chemotherapy.

Developing social interaction and understanding in individuals with autism spectrum disorder: a groupwork intervention

Background: Difficulties with social interaction and understanding lie at the heart of the communication disorder that characterises the autism spectrum. This study sought to improve social communication for individuals with autism spectrum disorder (ASD) by means of a groupwork intervention focusing on social and emotional perspective-taking, conversation skills, and friendship skills. It also aimed to address some of the limitations of previous interventions, including a lack of generalisation to other settings, so as to maximise inclusion in the community. Method A group of 46 high functioning children and adolescents with ASD (38 boys, 8 girls, age range 6-16 years) were allocated to one of 6 intervention groups. Each group met over a period of 12-16 weeks for a minimum of one 1 1/2-hour weekly session aimed at promoting key areas of social interaction and understanding, supported by home-based practice. Results: Significant gains were achieved in comparison with a normative population, and individual parent ratings showed marked and sustained changes in the key areas targeted in the group sessions. Conclusion: Social communication in children and adolescents with ASD can be enhanced through the use of a groupwork intervention addressing social interaction and understanding.

Measles vaccination and antibody response in autism spectrum disorders

Objective: To test the hypothesis that measles vaccination was involved in the pathogenesis of autism spectrum disorders (ASD) as evidenced by signs of a persistent measles infection or abnormally persistent immune response shown by circulating measles virus or raised antibody titres in children with ASD who had been vaccinated against measles, mumps and rubella (MMR) compared with controls. Design: Case-control study, community based. Methods: A community sample of vaccinated children aged 10-12 years in the UK with ASD (n = 98) and two control groups of similar age, one with special educational needs but no ASD (n = 52) and one typically developing group (n = 90), were tested for measles virus and antibody response to measles in the serum. Results: No difference was found between cases and controls for measles antibody response. There was no dose-response relationship between autism symptoms and antibody concentrations. Measles virus nucleic acid was amplified by reverse transcriptase-PCR in peripheral blood mononuclear cells from one patient with autism and two typically developing children. There was no evidence of a differential response to measles virus or the measles component of the MMR in children with ASD, with or without regression, and controls who had either one or two doses of MMR. Only one child from the control group had clinical symptoms of possible enterocolitis. Conclusion: No association between measles vaccination and ASD was shown.