Modelling, control and supervision for a class of hybrid systems

The aim of this thesis is to narrow the gap between two different control techniques: the continuous control and the discrete event control techniques DES. This gap can be reduced by the study of Hybrid systems, and by interpreting as Hybrid systems the majority of large-scale systems. In particular, when looking deeply into a process, it is often possible to identify interaction between discrete and continuous signals. Hybrid systems are systems that have both continuous, and discrete signals. Continuous signals are generally supposed continuous and differentiable in time, since discrete signals are neither continuous nor differentiable in time due to their abrupt changes in time. Continuous signals often represent the measure of natural physical magnitudes such as temperature, pressure etc. The discrete signals are normally artificial signals, operated by human artefacts as current, voltage, light etc. Typical processes modelled as Hybrid systems are production systems, chemical process, or continuos production when time and continuous measures interacts with the transport, and stock inventory system. Complex systems as manufacturing lines are hybrid in a global sense. They can be decomposed into several subsystems, and their links. Another motivation for the study of Hybrid systems is the tools developed by other research domains. These tools benefit from the use of temporal logic for the analysis of several properties of Hybrid systems model, and use it to design systems and controllers, which satisfies physical or imposed restrictions. This thesis is focused in particular types of systems with discrete and continuous signals in interaction. That can be modelled hard non-linealities, such as hysteresis, jumps in the state, limit cycles, etc. and their possible non-deterministic future behaviour expressed by an interpretable model description. The Hybrid systems treated in this work are systems with several discrete states, always less than thirty states (it can arrive to NP hard problem), and continuous dynamics evolving with expression: with Ki ¡ Rn constant vectors or matrices for X components vector. In several states the continuous evolution can be several of them Ki = 0. In this formulation, the mathematics can express Time invariant linear system. By the use of this expression for a local part, the combination of several local linear models is possible to represent non-linear systems. And with the interaction with discrete events of the system the model can compose non-linear Hybrid systems. Especially multistage processes with high continuous dynamics are well represented by the proposed methodology. Sate vectors with more than two components, as third order models or higher is well approximated by the proposed approximation. Flexible belt transmission, chemical reactions with initial start-up and mobile robots with important friction are several physical systems, which profits from the benefits of proposed methodology (accuracy). The motivation of this thesis is to obtain a solution that can control and drive the Hybrid systems from the origin or starting point to the goal. How to obtain this solution, and which is the best solution in terms of one cost function subject to the physical restrictions and control actions is analysed. Hybrid systems that have several possible states, different ways to drive the system to the goal and different continuous control signals are problems that motivate this research. The requirements of the system on which we work is: a model that can represent the behaviour of the non-linear systems, and that possibilities the prediction of possible future behaviour for the model, in order to apply an supervisor which decides the optimal and secure action to drive the system toward the goal. Specific problems can be determined by the use of this kind of hybrid models are: - The unity of order. - Control the system along a reachable path. - Control the system in a safe path. - Optimise the cost function. - Modularity of control The proposed model solves the specified problems in the switching models problem, the initial condition calculus and the unity of the order models. Continuous and discrete phenomena are represented in Linear hybrid models, defined with defined eighth-tuple parameters to model different types of hybrid phenomena. Applying a transformation over the state vector : for LTI system we obtain from a two-dimensional SS a single parameter, alpha, which still maintains the dynamical information. Combining this parameter with the system output, a complete description of the system is obtained in a form of a graph in polar representation. Using Tagaki-Sugeno type III is a fuzzy model which include linear time invariant LTI models for each local model, the fuzzyfication of different LTI local model gives as a result a non-linear time invariant model. In our case the output and the alpha measure govern the membership function. Hybrid systems control is a huge task, the processes need to be guided from the Starting point to the desired End point, passing a through of different specific states and points in the trajectory. The system can be structured in different levels of abstraction and the control in three layers for the Hybrid systems from planning the process to produce the actions, these are the planning, the process and control layer. In this case the algorithms will be applied to robotics ¡V a domain where improvements are well accepted ¡V it is expected to find a simple repetitive processes for which the extra effort in complexity can be compensated by some cost reductions. It may be also interesting to implement some control optimisation to processes such as fuel injection, DC-DC converters etc. In order to apply the RW theory of discrete event systems on a Hybrid system, we must abstract the continuous signals and to project the events generated for these signals, to obtain new sets of observable and controllable events. Ramadge & Wonham¡¦s theory along with the TCT software give a Controllable Sublanguage of the legal language generated for a Discrete Event System (DES). Continuous abstraction transforms predicates over continuous variables into controllable or uncontrollable events, and modifies the set of uncontrollable, controllable observable and unobservable events. Continuous signals produce into the system virtual events, when this crosses the bound limits. If this event is deterministic, they can be projected. It is necessary to determine the controllability of this event, in order to assign this to the corresponding set, , controllable, uncontrollable, observable and unobservable set of events. Find optimal trajectories in order to minimise some cost function is the goal of the modelling procedure. Mathematical model for the system allows the user to apply mathematical techniques over this expression. These possibilities are, to minimise a specific cost function, to obtain optimal controllers and to approximate a specific trajectory. The combination of the Dynamic Programming with Bellman Principle of optimality, give us the procedure to solve the minimum time trajectory for Hybrid systems. The problem is greater when there exists interaction between adjacent states. In Hybrid systems the problem is to determine the partial set points to be applied at the local models. Optimal controller can be implemented in each local model in order to assure the minimisation of the local costs. The solution of this problem needs to give us the trajectory to follow the system. Trajectory marked by a set of set points to force the system to passing over them. Several ways are possible to drive the system from the Starting point Xi to the End point Xf. Different ways are interesting in: dynamic sense, minimum states, approximation at set points, etc. These ways need to be safe and viable and RchW. And only one of them must to be applied, normally the best, which minimises the proposed cost function. A Reachable Way, this means the controllable way and safe, will be evaluated in order to obtain which one minimises the cost function. Contribution of this work is a complete framework to work with the majority Hybrid systems, the procedures to model, control and supervise are defined and explained and its use is demonstrated. Also explained is the procedure to model the systems to be analysed for automatic verification. Great improvements were obtained by using this methodology in comparison to using other piecewise linear approximations. It is demonstrated in particular cases this methodology can provide best approximation. The most important contribution of this work, is the Alpha approximation for non-linear systems with high dynamics While this kind of process is not typical, but in this case the Alpha approximation is the best linear approximation to use, and give a compact representation.

Multi-objective optimization scheme for static and dynamic multicast flows

Muchas de las nuevas aplicaciones emergentes de Internet tales como TV sobre Internet, Radio sobre Internet,Video Streamming multi-punto, entre otras, necesitan los siguientes requerimientos de recursos: ancho de banda consumido, retardo extremo-a-extremo, tasa de paquetes perdidos, etc. Por lo anterior, es necesario formular una propuesta que especifique y provea para este tipo de aplicaciones los recursos necesarios para su buen funcionamiento. En esta tesis, proponemos un esquema de ingeniería de tráfico multi-objetivo a través del uso de diferentes árboles de distribución para muchos flujos multicast. En este caso, estamos usando la aproximación de múltiples caminos para cada nodo egreso y de esta forma obtener la aproximación de múltiples árboles y a través de esta forma crear diferentes árboles multicast. Sin embargo, nuestra propuesta resuelve la fracción de la división del tráfico a través de múltiples árboles. La propuesta puede ser aplicada en redes MPLS estableciendo rutas explícitas en eventos multicast. En primera instancia, el objetivo es combinar los siguientes objetivos ponderados dentro de una métrica agregada: máxima utilización de los enlaces, cantidad de saltos, el ancho de banda total consumido y el retardo total extremo-a-extremo. Nosotros hemos formulado esta función multi-objetivo (modelo MHDB-S) y los resultados obtenidos muestran que varios objetivos ponderados son reducidos y la máxima utilización de los enlaces es minimizada. El problema es NP-duro, por lo tanto, un algoritmo es propuesto para optimizar los diferentes objetivos. El comportamiento que obtuvimos usando este algoritmo es similar al que obtuvimos con el modelo. Normalmente, durante la transmisión multicast los nodos egresos pueden salir o entrar del árbol y por esta razón en esta tesis proponemos un esquema de ingeniería de tráfico multi-objetivo usando diferentes árboles para grupos multicast dinámicos. (en el cual los nodos egresos pueden cambiar durante el tiempo de vida de la conexión). Si un árbol multicast es recomputado desde el principio, esto podría consumir un tiempo considerable de CPU y además todas las comuicaciones que están usando el árbol multicast serán temporalmente interrumpida. Para aliviar estos inconvenientes, proponemos un modelo de optimización (modelo dinámico MHDB-D) que utilice los árboles multicast previamente computados (modelo estático MHDB-S) adicionando nuevos nodos egreso. Usando el método de la suma ponderada para resolver el modelo analítico, no necesariamente es correcto, porque es posible tener un espacio de solución no convexo y por esta razón algunas soluciones pueden no ser encontradas. Adicionalmente, otros tipos de objetivos fueron encontrados en diferentes trabajos de investigación. Por las razones mencionadas anteriormente, un nuevo modelo llamado GMM es propuesto y para dar solución a este problema un nuevo algoritmo usando Algoritmos Evolutivos Multi-Objetivos es propuesto. Este algoritmo esta inspirado por el algoritmo Strength Pareto Evolutionary Algorithm (SPEA). Para dar una solución al caso dinámico con este modelo generalizado, nosotros hemos propuesto un nuevo modelo dinámico y una solución computacional usando Breadth First Search (BFS) probabilístico. Finalmente, para evaluar nuestro esquema de optimización propuesto, ejecutamos diferentes pruebas y simulaciones. Las principales contribuciones de esta tesis son la taxonomía, los modelos de optimización multi-objetivo para los casos estático y dinámico en transmisiones multicast (MHDB-S y MHDB-D), los algoritmos para dar solución computacional a los modelos. Finalmente, los modelos generalizados también para los casos estático y dinámico (GMM y GMM Dinámico) y las propuestas computacionales para dar slución usando MOEA y BFS probabilístico.

Representació qualitativa asíncrona de senyals per a la supervisió de sistemes dinàmics

L'objectiu general d'aquest treball és trobar i mostrar una eina que permeti obtenir una representació dels senyals procedents de sistemes dinàmics adequada a les necessitats dels sistemes de Supervisió Experta de processos. Aquest objectiu general es pot subdividir en diverses parts, que són tractades en els diferents capítols que composen el treball i que es poden resumir en els següents punts: En primer lloc, cal conèixer les necessitats dels sistemes de Supervisió: La gran quantitat de dades que provenen dels processos fa necessari el tractament d'aquestes dades per obtenir-ne d'altres, més elaborades, amb un nivell més elevat de representació. La utilització de raonament qualitatiu, pròpia dels éssers humans, comporta la necessitat de representar simbòlicament els senyals, de traduir les dades numèriques en símbols. La Supervisió de sistemes dinàmics comporta que el temps sigui una variable fonamental, la asincronia dels esdeveniments significatius per a la Supervisió fa que les representacions més adequades i útils dels senyals siguin asíncrones. Finalment,l'ús dels coneixements experimentals en la Supervisió dels processos comporta que les representacions més naturals siguin les més útils. Aquestes necessitats fan de la representació dels senyals mitjançant episodis l'eina amb més possibilitats per assolir els objectius que es volen assolir. Per això, es presenta un formalisme que permet descriure i incloure-hi la formalització i les diferents aproximacions a aquest tipus de representació ja existents i, al mateix temps, augmentar-ne la significació a través de característiques dels senyals que no es tenen en compte en les aproximacions ja existents. El següent pas és aprofitar el nou formalisme per obtenir una nova representació amb un grau més gran de significació, cosa que s'aconsegueix representant explícitament les discontinuïtats i els períodes estacionaris o d'estabilitat, molt significatius en Supervisió de processos. Un problema sempre present en el tractament de senyals és el soroll que els afecta. Per aquest motiu es presenta un mètode que permet filtrar el soroll de manera que les representacions resultants quedin afectades el mínim possible per aquest tractament. Finalment, es presenta l'aplicació en línia de les eines descrites. La representació en línia dels senyals comporta el tractament de la incertesa inherent al coneixement parcial del senyal (un episodi no pot ser determinat i caracteritzat completament fins que no s'acaba). L'obtenció de resultats amb determinats graus de certesa és perfectament coherent amb la seva utilització posterior mitjançant Sistemes Experts o altres eines de la IA. Totes les aportacions del treball vénen acompanyades d'exemples i/o aplicacions que permeten observar-ne la utilitat i les limitacions.

Texture recognition under varying imaging geometries

La visió és probablement el nostre sentit més dominant a partir del qual derivem la majoria d'informació del món que ens envolta. A través de la visió podem percebre com són les coses, on són i com es mouen. En les imatges que percebem amb el nostre sistema de visió podem extreure'n característiques com el color, la textura i la forma, i gràcies a aquesta informació som capaços de reconèixer objectes fins i tot quan s'observen sota unes condicions totalment diferents. Per exemple, som capaços de distingir un mateix objecte si l'observem des de diferents punts de vista, distància, condicions d'il·luminació, etc. La Visió per Computador intenta emular el sistema de visió humà mitjançant un sistema de captura d'imatges, un ordinador, i un conjunt de programes. L'objectiu desitjat no és altre que desenvolupar un sistema que pugui entendre una imatge d'una manera similar com ho realitzaria una persona. Aquesta tesi es centra en l'anàlisi de la textura per tal de realitzar el reconeixement de superfícies. La motivació principal és resoldre el problema de la classificació de superfícies texturades quan han estat capturades sota diferents condicions, com ara distància de la càmera o direcció de la il·luminació. D'aquesta forma s'aconsegueix reduir els errors de classificació provocats per aquests canvis en les condicions de captura. En aquest treball es presenta detalladament un sistema de reconeixement de textures que ens permet classificar imatges de diferents superfícies capturades en diferents condicions. El sistema proposat es basa en un model 3D de la superfície (que inclou informació de color i forma) obtingut mitjançant la tècnica coneguda com a 4-Source Colour Photometric Stereo (CPS). Aquesta informació és utilitzada posteriorment per un mètode de predicció de textures amb l'objectiu de generar noves imatges 2D de les textures sota unes noves condicions. Aquestes imatges virtuals que es generen seran la base del nostre sistema de reconeixement, ja que seran utilitzades com a models de referència per al nostre classificador de textures. El sistema de reconeixement proposat combina les Matrius de Co-ocurrència per a l'extracció de característiques de textura, amb la utilització del Classificador del veí més proper. Aquest classificador ens permet al mateix temps aproximar la direcció d'il·luminació present en les imatges que s'utilitzen per testejar el sistema de reconeixement. És a dir, serem capaços de predir l'angle d'il·luminació sota el qual han estat capturades les imatges de test. Els resultats obtinguts en els diferents experiments que s'han realitzat demostren la viabilitat del sistema de predicció de textures, així com del sistema de reconeixement.

VLSI architecture for motion estimation in underwater imaging

El treball desenvolupat en aquesta tesi aprofundeix i aporta solucions innovadores en el camp orientat a tractar el problema de la correspondència en imatges subaquàtiques. En aquests entorns, el que realment complica les tasques de processat és la falta de contorns ben definits per culpa d'imatges esborronades; un fet aquest que es deu fonamentalment a il·luminació deficient o a la manca d'uniformitat dels sistemes d'il·luminació artificials. Els objectius aconseguits en aquesta tesi es poden remarcar en dues grans direccions. Per millorar l'algorisme d'estimació de moviment es va proposar un nou mètode que introdueix paràmetres de textura per rebutjar falses correspondències entre parells d'imatges. Un seguit d'assaigs efectuats en imatges submarines reals han estat portats a terme per seleccionar les estratègies més adients. Amb la finalitat d'aconseguir resultats en temps real, es proposa una innovadora arquitectura VLSI per la implementació d'algunes parts de l'algorisme d'estimació de moviment amb alt cost computacional.

El Tabac al món : la indústria a nivell local i global, legislació, problemes i reptes de futur

Per què a un fumador del Canadà li costa 10 vegades més diners comprar un paquet de tabac que el que li costa a un fumador de Cuba? Què se n’ha fet dels anuncis de Marlboro als cotxes de l’escuderia automovilística Ferrari? Comés que s’han creat espais reservats per a fumadors en els últims anys? Aquestes i altres preguntes sobre el món del tabac conformen l’objecte del nostre treball d’investigació. El nostre propòsit és intentar donar resposta a qüestions com aquestes, i fer que el lector entengui realment a què es deuen aquests canvis en l’estructura del mercat del tabac. Mostrarem, mitjançant una mirada analítica dels diferents factors, que gran part d’aquests efectes en un producte (com pot ser el cigarret, en el cas que ens ocupa) són extrapolables a altres béns i que es poden explicar des del punt de vista econòmic, examinant les decisions d’agents amagats com ara el govern, i considerant les repercussions dels diferents tipus de polítiques.Com tots sabem, el món actual està conformat per un seguit de relacions entre individus, o millor dit, agents econòmics que interactuen entre ells. Els resultats d’aquestes interaccions determinen el comportament de variables que, ben definides, poden ser estudiades, així com els seus efectes. Nosaltres hem intentat mostrar d’una manera senzilla i a l’abast de tothom fins a quin punt arriben aquestes interrelacions. El que preteníem en tot moment basar-nos en dades objectives obtingudes previ estudi. Es per això que, de la mateixa manera que al acabar el treball el lector serà capaç d’entendre per què varia elpreu del mateix bé al creuar una frontera, queda a càrrec de cadascú determinar si, per exemple, els fumadors són objectes de persecució o de si les mesures paternalistes del govern envers la prohibició de la publicitat estan justificades.

Fabricants, comerciants i banquers. Les estructures comercials de la indústria cotonera catalana en el mercat español (1840-1936)

Aquesta tesi analitza la integració vertical entre fabricació, comercialització i finançament a la indústria catalana del període 1840-1936. L¿evidència obtinguda de les fonts arxivístiques confirma la visió tradicional quant a la descripció dels fets, però ofereix una interpretació alternativa, més optimista, de les causes i de les conseqüències. Els fabricants s¿implicaren en la comercialització perquè ells eren els coordinadors entre oferta i demanda (no com en el cas britànic, on ho eren els comerciants), i per tant havien de tenir un peu a cada banda. A més, els fabricants eren els més ben situats per a ser uns banquers eficients dels seus clients.

Centre de Noves Tecnologies i nous Processos Alimentaris, centre tecnològic per a la indústria alimentària

El Centre de Noves Tecnologies i nous Processos Alimentaris (CENTA) és una iniciativa conjunta del IRTA i la Universitat de Girona, amb dues seus, una a Monells i l’altre al Parc Tecnològic de la UdG, on es podran trobar les tecnologies més avançades dins del camp del tractament i processament d’aliments, tant per tractar líquids com sòlids. Aquest centre tindrà per missió principal apropar les noves tecnologies a les empreses del nostre país, oferint-les diferents serveis. Probablement el CENTA formarà part de la Xarxa de Centres Tecnològics del CIDEM, i es preveu que en a partir del mes de març es posin en marxa les diferents instal·lacions.

Esplendor a la Turtusa Islàmica : Comerç i navegació a la taifa de Turtusa del segle XII

Esplendor econòmica i cultural de Tortosa en el segle XII, comerç amb els cristians, navegació marítima i sobretot fluvial per l'Ebre i, finalment, paper de la comunitat jueva de la ciutat en totes aquestes facetes.

Anàlisi, disseny i implementació d'una aplicació de comerç electrònic usant J2EE

En aquesta memòria s'exposa el procés de desenvolupament d'una aplicació corresponent a una botiga virtual, que s'implementa mitjançant J2EE, amb una separació clara de les capes de presentació, negoci i dades.

Anàlisi, disseny i implementació d'una aplicació de comerç electrònic usant J2EE

Aquest treball de fi de carrera consisteix en el disseny i implementació d'una botiga web bàsica. Aquesta botiga ha de permetre mantenir un inventari d'articles a la venda agrupats en categories, i la seva posada disposició dels clients que hi accedeixen mitjançant un navegador web.

TFC J2EE : anàlisi, disseny i implementació d'una botiga de fotografia virtual

Aquest TFC parteix de la necessitat de realitzar una aplicació web de comerç electrònic, en J2EE, que presenti la característica de escalabilitat, robustesa i reutilització. S'ha utilitzat el framework Struts.

Audiofaktor, comerç online de components hi-Fi i HT

Memòria de creació d'un comerç online dedicat a la comercialització de components d'alta fidelitat i cinema a casa.

Recuperació de metalls en l’aigua residual de la indústria galvànica mitjançant l’electròlisi i l’energia solar

Proposta del procés d’electròlisi com a mètode de recuperació de metalls pesants presents en les aigües de rentat de la indústria galvànica i l’obtenció de l’energia necessària a través de l’energia solar fotovoltaica

La Crisi i el petit comerç alimentari : els queviures vs. els supermercats

Els queviures són petits comerços d’alimentació on el tractament personal amb els clients es la clau de l’èxit ja que això provoca una conscienciació per part d’aquests i així es mantenen fidels a aquest establiment. En canvi, el supermercats tracten de explotar al màxim la seva reducció dels costos sense tenir tant en compte el tracte amb el client i donant-li més importància al preu de producte. Com podem observar, són dos tipus de comerços molt diferenciats tot i que al cap i a la fi, són competidors directes.La idea d’aquest treball es veure com afecta la crisi actual en aquests petits comerços i comparar-los amb el grans supermercats per arribar a una sèrie de conclusions.Hem escollit aquest tema ja que ens ha semblat interessant tractar de demostrar com el queviures tradicionals segueixen sent un negoci de profit, tot i la forta expansió que han patit les grans superfícies comercials. Un exemple d’aquest fort creixement podrien ser les dades que ens ha facilitat l’Ajuntament de Barcelona on es reflexa que el consum d’aliments es solen donar en primer lloc al supermercat (47,3%), seguit pel mercat municipal (29,3%) i en tercer lloc en la botiga de barri (16,2%).Un dels grans problemes amb que es troben els queviures és el canvi en el ritme de vida de la societat actual, sempre amb presses i estressada, que busca més, la comoditat i l’estalvi, tant de temps com de diners, a l’hora d’anar a comprar. Peraquest motiu, hem volgut investigar sobre quin es el factor que facilita la supervivència dels queviures.Degut a que el tema dels comerços estrangers va ser un tema que va provocar molta controvèrsia a la presentació del nostre treball, hem cregut convenient estudiar-lo una mica més a fons, únicament a Poble Sec. Per fer-ho hem estudiat el punt de vista que tenen els comerços estrangers sobre els comerços nacionals i també la situació actual del nombre de queviures regentats per uns i altres a través de informació extreta de la associació de comerciants de Poble Sec.Per crear el nostre treball hem realitzar diferents enquestes i entrevistes, tant a consumidors com a propietaris, per poder extreure informació amb la qual poder treballar. En total hem realitzar 100 enquestes a clients, una enquesta a cadapropietari i dues entrevistes: una a un propietari estranger i una altra a Pedro de Diego ( fundador de la associació de comerciants del Poble Sec i primer tresorer del barri)Cal destacar que ens hem trobat amb moltes dificultats per trobar o aconseguir dades econòmiques i financeres sobre aquests establiments i per això hem realitzat una aproximació a la proporció de beneficis sobre ingressos per veure quina proporció dels ingressos es poden considerar beneficis.També hem recopilat diverses notícies de diaris que tracten sobre temes relacionats amb la crisi del petit comerç i sobre l’augment en el nombre de nous queviures regentats per gent estrangera, i a partir d’aquestes hem realitzat una breu crítica sobre la situació actual.