Abstracting qualitative information for process supervision

Supervisory systems evolution makes the obtaining of significant information from processes more important in the way that the supervision systems' particular tasks are simplified. So, having signal treatment tools capable of obtaining elaborate information from the process data is important. In this paper, a tool that obtains qualitative data about the trends and oscillation of signals is presented. An application of this tool is presented as well. In this case, the tool, implemented in a computer-aided control systems design (CACSD) environment, is used in order to give to an expert system for fault detection in a laboratory plant

Quantified set inversion with applications to control

This paper describes a new reliable method, based on modal interval analysis (MIA) and set inversion (SI) techniques, for the characterization of solution sets defined by quantified constraints satisfaction problems (QCSP) over continuous domains. The presented methodology, called quantified set inversion (QSI), can be used over a wide range of engineering problems involving uncertain nonlinear models. Finally, an application on parameter identification is presented

Embedding objects into Matlab/Simulink for process supervision

This paper introduces how artificial intelligence technologies can be integrated into a known computer aided control system design (CACSD) framework, Matlab/Simulink, using an object oriented approach. The aim is to build a framework to aid supervisory systems analysis, design and implementation. The idea is to take advantage of an existing CACSD framework, Matlab/Simulink, so that engineers can proceed: first to design a control system, and then to design a straightforward supervisory system of the control system in the same framework. Thus, expert systems and qualitative reasoning tools are incorporated into this popular CACSD framework to develop a computer aided supervisory system design (CASSD) framework. Object-variables an introduced into Matlab/Simulink for sharing information between tools

Semiactive backstepping control for vibration attenuation in structures equipped with magnetorheological actuatorscat

This paper deals with the problem of semiactive vibration control of civil engineering structures subject to unknown external disturbances (for example, earthquakes, winds, etc.). Two kinds of semiactive controllers are proposed based on the backstepping control technique. The experimental setup used is a 6-story test structure equipped with shear-mode semiactive magnetorheological dampers being installed in the Washington University Structural Control and Earthquake Engineering Laboratory (WUSCEEL). The experimental results obtained have verified the effectiveness of the proposed control algorithms

Innovación en tecnologías digitales

Los videojuegos ya no deberían ser vistos como el dominio exclusivo de adolescentes, sino más bien como parte de una corriente comercial, de hecho su impacto en la sociedad es de gran alcance. Por ejemplo, las innovaciones líderes en el área de diseño de procesadores, gráficos y la inteligencia artificial están siendo impulsados por la industria de los videojuegos, de esta manera es posible que en la actualidad el software del juego se utilice para entrenar a los soldados para la batalla, y entrenar a los pilotos en los controles de vuelo y de navegación. (Wesley & Balzac, 2010)

Estado situacional de los modelos basados en agentes y su impacto en la investigación organizacional

En un mundo hiperconectado, dinámico y cargado de incertidumbre como el actual, los métodos y modelos analíticos convencionales están mostrando sus limitaciones. Las organizaciones requieren, por tanto, herramientas útiles que empleen tecnología de información y modelos de simulación computacional como mecanismos para la toma de decisiones y la resolución de problemas. Una de las más recientes, potentes y prometedoras es el modelamiento y la simulación basados en agentes (MSBA). Muchas organizaciones, incluidas empresas consultoras, emplean esta técnica para comprender fenómenos, hacer evaluación de estrategias y resolver problemas de diversa índole. Pese a ello, no existe (hasta donde conocemos) un estado situacional acerca del MSBA y su aplicación a la investigación organizacional. Cabe anotar, además, que por su novedad no es un tema suficientemente difundido y trabajado en Latinoamérica. En consecuencia, este proyecto pretende elaborar un estado situacional sobre el MSBA y su impacto sobre la investigación organizacional.

Estudio de la aplicación de sistemas basados en el conocimiento a la operación de una planta de tratamiento de residuos sólidos urbanos por valorización energética

Una de las actuaciones posibles para la gestión de los residuos sólidos urbanos es la valorización energética, es decir la incineración con recuperación de energía. Sin embargo es muy importante controlar adecuadamente el proceso de incineración para evitar en lo posible la liberación de sustancias contaminantes a la atmósfera que puedan ocasionar problemas de contaminación industrial.Conseguir que tanto el proceso de incineración como el tratamiento de los gases se realice en condiciones óptimas presupone tener un buen conocimiento de las dependencias entre las variables de proceso. Se precisan métodos adecuados de medida de las variables más importantes y tratar los valores medidos con modelos adecuados para transformarlos en magnitudes de mando. Un modelo clásico para el control parece poco prometedor en este caso debido a la complejidad de los procesos, la falta de descripción cuantitativa y la necesidad de hacer los cálculos en tiempo real. Esto sólo se puede conseguir con la ayuda de las modernas técnicas de proceso de datos y métodos informáticos, tales como el empleo de técnicas de simulación, modelos matemáticos, sistemas basados en el conocimiento e interfases inteligentes. En [Ono, 1989] se describe un sistema de control basado en la lógica difusa aplicado al campo de la incineración de residuos urbanos. En el centro de investigación FZK de Karslruhe se están desarrollando aplicaciones que combinan la lógica difusa con las redes neuronales [Jaeschke, Keller, 1994] para el control de la planta piloto de incineración de residuos TAMARA. En esta tesis se plantea la aplicación de un método de adquisición de conocimiento para el control de sistemas complejos inspirado en el comportamiento humano. Cuando nos encontramos ante una situación desconocida al principio no sabemos como actuar, salvo por la extrapolación de experiencias anteriores que puedan ser útiles. Aplicando procedimientos de prueba y error, refuerzo de hipótesis, etc., vamos adquiriendo y refinando el conocimiento, y elaborando un modelo mental. Podemos diseñar un método análogo, que pueda ser implementado en un sistema informático, mediante el empleo de técnicas de Inteligencia Artificial.Así, en un proceso complejo muchas veces disponemos de un conjunto de datos del proceso que a priori no nos dan información suficientemente estructurada para que nos sea útil. Para la adquisición de conocimiento pasamos por una serie de etapas: - Hacemos una primera selección de cuales son las variables que nos interesa conocer. - Estado del sistema. En primer lugar podemos empezar por aplicar técnicas de clasificación (aprendizaje no supervisado) para agrupar los datos y obtener una representación del estado de la planta. Es posible establecer una clasificación, pero normalmente casi todos los datos están en una sola clase, que corresponde a la operación normal. Hecho esto y para refinar el conocimiento utilizamos métodos estadísticos clásicos para buscar correlaciones entre variables (análisis de componentes principales) y así poder simplificar y reducir la lista de variables. - Análisis de las señales. Para analizar y clasificar las señales (por ejemplo la temperatura del horno) es posible utilizar métodos capaces de describir mejor el comportamiento no lineal del sistema, como las redes neuronales. Otro paso más consiste en establecer relaciones causales entre las variables. Para ello nos sirven de ayuda los modelos analíticos - Como resultado final del proceso se pasa al diseño del sistema basado en el conocimiento. El objetivo principal es aplicar el método al caso concreto del control de una planta de tratamiento de residuos sólidos urbanos por valorización energética. En primer lugar, en el capítulo 2 Los residuos sólidos urbanos, se trata el problema global de la gestión de los residuos, dando una visión general de las diferentes alternativas existentes, y de la situación nacional e internacional en la actualidad. Se analiza con mayor detalle la problemática de la incineración de los residuos, poniendo especial interés en aquellas características de los residuos que tienen mayor importancia de cara al proceso de combustión.En el capítulo 3, Descripción del proceso, se hace una descripción general del proceso de incineración y de los distintos elementos de una planta incineradora: desde la recepción y almacenamiento de los residuos, pasando por los distintos tipos de hornos y las exigencias de los códigos de buena práctica de combustión, el sistema de aire de combustión y el sistema de humos. Se presentan también los distintos sistemas de depuración de los gases de combustión, y finalmente el sistema de evacuación de cenizas y escorias.El capítulo 4, La planta de tratamiento de residuos sólidos urbanos de Girona, describe los principales sistemas de la planta incineradora de Girona: la alimentación de residuos, el tipo de horno, el sistema de recuperación de energía, y el sistema de depuración de los gases de combustión Se describe también el sistema de control, la operación, los datos de funcionamiento de la planta, la instrumentación y las variables que son de interés para el control del proceso de combustión.En el capítulo 5, Técnicas utilizadas, se proporciona una visión global de los sistemas basados en el conocimiento y de los sistemas expertos. Se explican las diferentes técnicas utilizadas: redes neuronales, sistemas de clasificación, modelos cualitativos, y sistemas expertos, ilustradas con algunos ejemplos de aplicación.Con respecto a los sistemas basados en el conocimiento se analizan en primer lugar las condiciones para su aplicabilidad, y las formas de representación del conocimiento. A continuación se describen las distintas formas de razonamiento: redes neuronales, sistemas expertos y lógica difusa, y se realiza una comparación entre ellas. Se presenta una aplicación de las redes neuronales al análisis de series temporales de temperatura.Se trata también la problemática del análisis de los datos de operación mediante técnicas estadísticas y el empleo de técnicas de clasificación. Otro apartado está dedicado a los distintos tipos de modelos, incluyendo una discusión de los modelos cualitativos.Se describe el sistema de diseño asistido por ordenador para el diseño de sistemas de supervisión CASSD que se utiliza en esta tesis, y las herramientas de análisis para obtener información cualitativa del comportamiento del proceso: Abstractores y ALCMEN. Se incluye un ejemplo de aplicación de estas técnicas para hallar las relaciones entre la temperatura y las acciones del operador. Finalmente se analizan las principales características de los sistemas expertos en general, y del sistema experto CEES 2.0 que también forma parte del sistema CASSD que se ha utilizado.El capítulo 6, Resultados, muestra los resultados obtenidos mediante la aplicación de las diferentes técnicas, redes neuronales, clasificación, el desarrollo de la modelización del proceso de combustión, y la generación de reglas. Dentro del apartado de análisis de datos se emplea una red neuronal para la clasificación de una señal de temperatura. También se describe la utilización del método LINNEO+ para la clasificación de los estados de operación de la planta.En el apartado dedicado a la modelización se desarrolla un modelo de combustión que sirve de base para analizar el comportamiento del horno en régimen estacionario y dinámico. Se define un parámetro, la superficie de llama, relacionado con la extensión del fuego en la parrilla. Mediante un modelo linealizado se analiza la respuesta dinámica del proceso de incineración. Luego se pasa a la definición de relaciones cualitativas entre las variables que se utilizan en la elaboración de un modelo cualitativo. A continuación se desarrolla un nuevo modelo cualitativo, tomando como base el modelo dinámico analítico.Finalmente se aborda el desarrollo de la base de conocimiento del sistema experto, mediante la generación de reglas En el capítulo 7, Sistema de control de una planta incineradora, se analizan los objetivos de un sistema de control de una planta incineradora, su diseño e implementación. Se describen los objetivos básicos del sistema de control de la combustión, su configuración y la implementación en Matlab/Simulink utilizando las distintas herramientas que se han desarrollado en el capítulo anterior.Por último para mostrar como pueden aplicarse los distintos métodos desarrollados en esta tesis se construye un sistema experto para mantener constante la temperatura del horno actuando sobre la alimentación de residuos.Finalmente en el capítulo Conclusiones, se presentan las conclusiones y resultados de esta tesis.

Solving complex optimal control problems at no cost with PSOPT

This paper introduces PSOPT, an open source optimal control solver written in C++. PSOPT uses pseudospectral and local discretizations, sparse nonlinear programming, automatic differentiation, and it incorporates automatic scaling and mesh refinement facilities. The software is able to solve complex optimal control problems including multiple phases, delayed differential equations, nonlinear path constraints, interior point constraints, integral constraints, and free initial and/or final times. The software does not require any non-free platform to run, not even the operating system, as it is able to run under Linux. Additionally, the software generates plots as well as LATEX code so that its results can easily be included in publications. An illustrative example is provided.

ATD: a multiplatform for semiautomatic 3-D detection of kidneys and their pathology in real time

This research presents a novel multi-functional system for medical Imaging-enabled Assistive Diagnosis (IAD). Although the IAD demonstrator has focused on abdominal images and supports the clinical diagnosis of kidneys using CT/MRI imaging, it can be adapted to work on image delineation, annotation and 3D real-size volumetric modelling of other organ structures such as the brain, spine, etc. The IAD provides advanced real-time 3D visualisation and measurements with fully automated functionalities as developed in two stages. In the first stage, via the clinically driven user interface, specialist clinicians use CT/MRI imaging datasets to accurately delineate and annotate the kidneys and their possible abnormalities, thus creating “3D Golden Standard Models”. Based on these models, in the second stage, clinical support staff i.e. medical technicians interactively define model-based rules and parameters for the integrated “Automatic Recognition Framework” to achieve results which are closest to that of the clinicians. These specific rules and parameters are stored in “Templates” and can later be used by any clinician to automatically identify organ structures i.e. kidneys and their possible abnormalities. The system also supports the transmission of these “Templates” to another expert for a second opinion. A 3D model of the body, the organs and their possible pathology with real metrics is also integrated. The automatic functionality was tested on eleven MRI datasets (comprising of 286 images) and the 3D models were validated by comparing them with the metrics from the corresponding “3D Golden Standard Models”. The system provides metrics for the evaluation of the results, in terms of Accuracy, Precision, Sensitivity, Specificity and Dice Similarity Coefficient (DSC) so as to enable benchmarking of its performance. The first IAD prototype has produced promising results as its performance accuracy based on the most widely deployed evaluation metric, DSC, yields 97% for the recognition of kidneys and 96% for their abnormalities; whilst across all the above evaluation metrics its performance ranges between 96% and 100%. Further development of the IAD system is in progress to extend and evaluate its clinical diagnostic support capability through development and integration of additional algorithms to offer fully computer-aided identification of other organs and their abnormalities based on CT/MRI/Ultra-sound Imaging.

Fragment-guided approach to incorporating structural information into a CoMFA study: BACE-1 as an example

Alzheimer`s disease is an ultimately fatal neurodegenerative disease, and BACE-1 has become an attractive validated target for its therapy, with more than a hundred crystal structures deposited in the PDB. In the present study, we present a new methodology that integrates ligand-based methods with structural information derived from the receptor. 128 BACE-1 inhibitors recently disclosed by GlaxoSmithKline R&D were selected specifically because the crystal structures of 9 of these compounds complexed to BACE-1, as well as five closely related analogs, have been made available. A new fragment-guided approach was designed to incorporate this wealth of structural information into a CoMFA study, and the methodology was systematically compared to other popular approaches, such as docking, for generating a molecular alignment. The influence of the partial charges calculation method was also analyzed. Several consistent and predictive models are reported, including one with r (2) = 0.88, q (2) = 0.69 and r (pred) (2) = 0.72. The models obtained with the new methodology performed consistently better than those obtained by other methodologies, particularly in terms of external predictive power. The visual analyses of the contour maps in the context of the enzyme drew attention to a number of possible opportunities for the development of analogs with improved potency. These results suggest that 3D-QSAR studies may benefit from the additional structural information added by the presented methodology.

Rate Scheduling for HSDPA in UMTS

The introduction of a new technology High Speed Downlink Packet Access (HSDPA) in the Release 5 of the 3GPP specifications raises the question about its performance capabilities. HSDPA is a promising technology which gives theoretical rates up to 14.4 Mbits. The main objective of this thesis is to discuss the system level performance of HSDPAMainly the thesis exploration focuses on the Packet Scheduler because it is the central entity of the HSDPA design. Due to its function, the Packet Scheduler has a direct impact on the HSDPA system performance. Similarly, it also determines the end user performance, and more specifically the relative performance between the users in the cell.The thesis analyzes several Packet Scheduling algorithms that can optimize the trade-off between system capacity and end user performance for the traffic classes targeted in this thesis.The performance evaluation of the algorithms in the HSDPA system are carried out under computer aided simulations that are assessed under realistic conditions to predict the results as precise on the algorithms efficiency. The simulation of the HSDPA system and the algorithms are coded in C/C++ language