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.

2D-3D Rigid-Body Registration of X-Ray Fluoroscopy and CT Images

The registration of pre-operative volumetric datasets to intra- operative two-dimensional images provides an improved way of verifying patient position and medical instrument loca- tion. In applications from orthopedics to neurosurgery, it has a great value in maintaining up-to-date information about changes due to intervention. We propose a mutual information- based registration algorithm to establish the proper align- ment. For optimization purposes, we compare the perfor- mance of the non-gradient Powell method and two slightly di erent versions of a stochastic gradient ascent strategy: one using a sparsely sampled histogramming approach and the other Parzen windowing to carry out probability density approximation. Our main contribution lies in adopting the stochastic ap- proximation scheme successfully applied in 3D-3D registra- tion problems to the 2D-3D scenario, which obviates the need for the generation of full DRRs at each iteration of pose op- timization. This facilitates a considerable savings in compu- tation expense. We also introduce a new probability density estimator for image intensities via sparse histogramming, de- rive gradient estimates for the density measures required by the maximization procedure and introduce the framework for a multiresolution strategy to the problem. Registration results are presented on uoroscopy and CT datasets of a plastic pelvis and a real skull, and on a high-resolution CT- derived simulated dataset of a real skull, a plastic skull, a plastic pelvis and a plastic lumbar spine segment.

Trajectory and Force Control of a Direct Drive Arm

Using the MIT Serial Link Direct Drive Arm as the main experimental device, various issues in trajectory and force control of manipulators were studied in this thesis. Since accurate modeling is important for any controller, issues of estimating the dynamic model of a manipulator and its load were addressed first. Practical and effective algorithms were developed fro the Newton-Euler equations to estimate the inertial parameters of manipulator rigid-body loads and links. Load estimation was implemented both on PUMA 600 robot and on the MIT Serial Link Direct Drive Arm. With the link estimation algorithm, the inertial parameters of the direct drive arm were obtained. For both load and link estimation results, the estimated parameters are good models of the actual system for control purposes since torques and forces can be predicted accurately from these estimated parameters. The estimated model of the direct drive arm was them used to evaluate trajectory following performance by feedforward and computed torque control algorithms. The experimental evaluations showed that the dynamic compensation can greatly improve trajectory following accuracy. Various stability issues of force control were studied next. It was determined that there are two types of instability in force control. Dynamic instability, present in all of the previous force control algorithms discussed in this thesis, is caused by the interaction of a manipulator with a stiff environment. Kinematics instability is present only in the hybrid control algorithm of Raibert and Craig, and is caused by the interaction of the inertia matrix with the Jacobian inverse coordinate transformation in the feedback path. Several methods were suggested and demonstrated experimentally to solve these stability problems. The result of the stability analyses were then incorporated in implementing a stable force/position controller on the direct drive arm by the modified resolved acceleration method using both joint torque and wrist force sensor feedbacks.

Relaci??n del clima motivacional percibido con la orientaci??n de meta, la motivaci??n intr??nseca y las opiniones y conductas de fair play : tesis doctoral

Analizar la relaci??n entre el clima motivacional percibido, la orientaci??n de meta, la motivaci??n intr??nseca y las opiniones y comportamientos de fair play en deportistas cadetes de Primera Divisi??n de la Liga Espa??ola de F??tbol. La creencia popular de que el deporte es una actividad sociocultural que permite el enriquecimiento del individuo en el seno de la sociedad, es casi tan antigua como sus or??genes. Sin embargo, deporte y deportividad son t??rminos que, a pesar de tener un origen com??n, cada vez parecen m??s distanciados, al menos en alguna de las manifestaciones del deporte contempor??neo. A tenor de diferentes hallazgos que se recogen en el trabajo, la idea de que la participaci??n en el deporte, garantiza la formaci??n del car??cter debe replantearse. Es m??s, en al menos deportes de contacto medio y alto, puede tener efectos negativos en el razonamiento moral e incrementar la agresividad. ??Son este tipo de deportes perjudiciales en s?? mismos? ??Su l??gica interna lleva a que los deportistas acaben salt??ndose las reglas y a comportarse de una manera moralmente inaceptable? Este trabajo formula la hip??tesis de que la teor??a de meta de logro puede arrojar algo de luz sobre estas cuestiones. La hip??tesis en la que se fundamenta la investigaci??n es que el clima de Maestr??a se relaciona positivamente con la orientaci??n hacia la tarea, con la motivaci??n intr??nseca y con las opiniones y conductas pro-fair play, mientras que, por el contrario, el clima de ejecuci??n lo hace con la orientaci??n de meta hacia el ego, con la ansiedad y con las conductas anti-fair play. La muestra estuvo compuesta de un total de 82 jugadores cadetes de Primera Divisi??n de la Liga Espa??ola de F??tbol, pertenecientes al Principado de Asturias seleccionados al azar, con edades comprendidas entre los 14 y 16 a??os. Los participantes fueron sometidos voluntariamente a los siguientes cuestionarios e instrumentos de medida: el Cuestionario de Clima Motivacional Percibido en el Deporte (PMCSQ-2)de Newton y Duda (1998); el Cuestionario de Percepci??n de ??xito (POSQ) elaborado por Roberts y Balagu?? (1989); el Cuestionario de Diversi??n de los sujetos con la Pr??ctica Deportiva (CDPD) elaborado por Duda y Nicholls (1992); el Test de Motivaci??n de Logro en Educaci??n F??sica (MEF) elaborado por Nishida (1988); y la Escala de Actitudes de Fairplay (Cruz, Capdevila, Boixad??s, Pintanel, Alonso, Mimbrero y Torregrosa, 1996). Se realizaron an??lisis factoriales confirmatorios, correlaciones bivariadas y can??nicas, y an??lisis de regresi??n.

Ciencia Interactiva.

Resumen basado en la publicación

Estudi i aplicació de llibreries de física per a motors de videojocs

En el món dels videojocs el realisme és un punt molt important a tenir en compte ja que dónamés sensació a l’usuari d’estar immers en el videojoc. Això passa en part per aconseguir realisme en la dinàmica dels objectes i fer que aquests segueixin les lleis de la física de Newton. Per això s’han desenvolupat diverses llibreries que s’anomenen “motors de física” (physics engines), que empren variables com la massa, la velocitat, la fricció i la resistència del vent. Els objectius d’aquest projecte seran l’estudi de diferents llibreries físiques existents, la seva comparació i com s’integren en els motors de jocs. A més a més , la generació de contingut amb comportament que respongui a les funcions definides a aquestes llibreries no és trivial i per aquest motiu també es desenvoluparà una aplicació per generar murs de forma semiautomàtica que respongui a impactes. Per assolir aquests objectius caldrà: d’ una banda, comparar els cossos rígids, unions i funcionament en general de diferents llibreries físiques: Newton Game Dynamics, NVIDIA PhysX Technology, Open Dynamics Engine, Bullet Physics Library, Tokamak Physics Engine i Havok i d’ altra banda, implementar una aplicació que donant-li una imatge en planta d’una paret o conjunt de parets en format vectorial i les mides d’un maó, generi murs que puguin reaccionar de forma adequada quan rebin l’impacte d’una massa determinada. L’aplicació s’implementarà en C++ i amb l’entorn de desenvolupament Microsoft Visual Studio 2005. La visualització serà amb OpenGL

Càlcul diferencial: derivades

Oferim als estudiants universitaris i als lectors interessats aquesta guia didàctica de la matemàtica universitària com a fruit dels nostres anys de docència de les matemàtiques a la Universitat. El resultat final ha esdevingut una col·lecció de setze petits volums agrupats en els dos mòduls d'Àlgebra Lineal i de Càlcul Infinitesimal. En aquest volum iniciem amb l’estudi de les derivades. Des de l’establiment, a la segona meitat del segle XVII, del Càlcul infinitesimal per Newton i Leibniz de manera independent, amb l’objectiu posat en la determinació de la recta tangent a una corba en un punt donat, el concepte de derivada ha tingut un paper preeminent en l’estudi del ritme de variació d’una funció i ha suposat una eina de gran utilitat en l’estudi de molts problemes de les ciències exactes i experimentals

Colour image processing

In the context of the round table the following topics related to image colour processing will be discussed: historical point of view. Studies of Aguilonius, Gerritsen, Newton and Maxwell. CIE standard (Commission International de lpsilaEclaraige). Colour models. RGB, HIS, etc. Colour segmentation based on HSI model. Industrial applications. Summary and discussion. At the end, video images showing the robustness of colour in front of B/W images will be presented

Course Notes, Numerical Methods (MATH3018/MATH6111).

Course notes for the Numerical Methods course (joint MATH3018 and MATH6111). Originally by Giampaolo d'Alessandro, modified by Ian Hawke. These contain only minimal examples and are distributed as is; examples are given in the lectures.

MA167exam00pdf

Exam questions and solutions in PDF

MA167exam00

Exam questions and solutions in LaTex. Diagrams for the questions are all together in the support.zip file, as .eps files

Exercise sheet 4

Exercises and solutions in LaTex

MA167exam01pdf

Exam questions and solutions in PDF

Exercise sheet 6

Exercises and solutions in LaTex

Exercise sheet 7

Exercises and solutions in LaTex