Ingeniería Electrónica, Automática y Comunicaciones

Mini-lengua electrónica portátil controlada por un teléfono inteligente (Smartphone)

En la actualidad, los dispositivos de lengua electrónica desarrollados constituyen equipos de laboratorio los cuales no permiten completa movilidad y versatilidad de análisis in situ. En este trabajo se presenta el desarrollo de un novedoso sistema con una aplicación Android, responsable del reconocimiento de muestras de leche en una mini-lengua electrónica portátil controlada por un teléfono inteligente, el cual es capaz de aplicar el método estadístico multivariante de Análisis de Componentes Principales para discriminar y clasificar las muestras. Este sistema, cuenta con conexión bluetooth, a través de la cual recibe señales provenientes de un dispositivo multicanal de medidas electroquímicas, configurado en un chip gracias a la tecnología PSoC (del inglés Programmable System on Chip, o Sistema Programable en un Chip). La aplicación se realizó en el entorno de desarrollo Android Studio, donde fueron programadas funciones de obtención de señales provenientes del dispositivo de medidas electroquímicas y la aplicación del Análisis de Componentes Principales para la discriminación de muestras. Se observó la capacidad del sistema para ofrecer señales particulares que corresponden a las propiedades fisicoquímicas y organolépticas de muestras de leche entera sin adulterar y adulteradas y de discriminarlas perfectamente.

Currently, electronic tongue devices are developed as laboratory equipment, which do not allow full mobility and versatility of in situ analysis. This paper describes the development of a new system with an Android application, responsible of milk samples recognition in a portable mini-electronic tongue controlled by a smartphone, which is capable of applying multivariate statistical method of principal component analysis to discriminate and classify samples. This system has bluetooth connection, through which receives signals of the multichannel device of electrochemical measurements, configured on a chip, thanks to the PSoC technology (Programmable System on Chip). The Android application was made in the environment development Android Studio, where they were programmed functions for obtaining signals from the electrochemical device of measures and implementation of principal component analysis for discriminating of samples. It system capacity was observed to offer particular signals corresponding to the physicochemical and organoleptic of samples of whole milk unadulterated and adulterated and discriminate perfectly.

Desarrollo de aplicaciones para cuidados de salud utilizando facilidades disponibles en dispositivos móviles

Mobile devices have proliferated at affordable prices nowadays. These devices provide high computational power and high-quality communication facilities, with near and remote users. In addition, most mobile devices include flexible sensors such as microphones, accelerometers and cameras, which are suitable for biomedical applications. Several students in the Biomedical Engineering Program, at our research center (Center for Studies on Electronics and Information Technologies, CEETI) have taken advantage of the mobile devices internal hardware capabilities to develop health care applications. These applications have been developed for Android-based devices. In this article two applications are presented, based on mobile platform, ECAH-M for speech analysis and i-Walker a pedometer.

Los dispositivos móviles han proliferado a precios accesibles en la actualidad. Los mismos están dotados con facilidades con alto poder computacional y comunicación de alta calidad tanto para usuarios cercanos como remotos. Además, la mayoría incluye sensores flexibles tales como micrófonos, acelerómetros y cámaras, los cuales los hacen factibles para aplicaciones biomédicas. Varios estudiantes del Programa de Pregrado de Ingeniería Biomédica del Centro de Estudios de Electrónica y Tecnologías de la Información (CEETI) de la Universidad Central "Marta Abreu" de las Villas, han utilizado las ventajas de las capacidades internas del hardware de dispositivos móviles, con el fin de desarrollar aplicaciones para cuidados de la salud. Dichas aplicaciones se han desarrollado para dispositivos basados en el sistema operativo Androide. En este artículo presentamos un par de ellas, ECAH-M para el análisis del habla y el i-Walker, un pedómetro.

Modificación automática de arquitecturas de módulos hardware de procesado de imágenes

El presente artículo describe el empleo del flujo de diseño basado en modelos para el desarrollo de bloques reconfigurables automáticamente para el procesado de imágenes sobre FPGA. Para ello se han concebido arquitecturas hardware que aprovechan características específicas de algunos algoritmos de procesado y que pueden ser modificadas a través de un novedoso procedimiento software. Este aspecto, unido a las restantes opciones de parametrización de los diferentes módulos, permite liberar al diseñador de los detalles específicos de las implementaciones hardware así como adaptar el consumo de recursos del FPGA a las necesidades de la aplicación. El proceso de reconfiguración automática se ilustra con el bloque de convolución genérico realizando comparaciones entre implementaciones de diferentes arquitecturas sobre un FPGA Spartan-6 LX45.

This paper describes the use of model-based design flow in the development of self-configurable image processing blocks over FPGAs. For this, some generic hardware architectures has been created and modified using a novel software proceeding using the specific characteristics of the different processing algorithms. This aspect, in addition to others configuration options of the blocks, allows the adjustment the FPGA resources consumption for a specific application. Also the automatic reconfiguration process is analyzed for a generic convolution block making some architectural comparisons over a Spartan-6 LX45 FPGA.

Aplicación de Técnicas de Control Óptimo a una plataforma estacionaria cuatrimotor

El estudio de las técnicas de control óptimo es de interés en varias aplicaciones que requieran controlar sistemas dinámicos complejos, uno de estos casos son los vehículos aéreos no tripulados (UAV). Los UAV han sido utilizados en diversos campos como: ingeniería civil, agricultura, manejo de desastres, etc. Dichos UAV requieren estrategias de control que garanticen su estabilidad, rechacen los disturbios externos y el ruido en las medidas. Se presentan los resultados obtenidos aplicando técnicas de control óptimo a una plataforma de vuelo estacionaria propulsada por cuatro motores. Se hace un análisis comparativo de los resultados obtenidos con los distintos controladores. Como criterios de comparación se utilizaron las especificaciones de desempeño de la respuesta temporal y se computó el índice de desempeño para cada estrategia implementada. El análisis incluye el desarrollo del modelo dinámico de la plataforma de vuelo estacionario mediante las ecuaciones de movimiento de Euler-Lagrange, obteniendo un sistema MIMO descrito por seis ecuaciones de estado y cuatro entradas. La primera técnica de control óptimo estudiada fue el regulador cuadrático lineal (LQR) junto con estimador del vector de estado. Esta implementación requirió la evaluación de distintas matrices de peso Q y R del índice de desempeño hasta obtener una respuesta satisfactoria del sistema. La siguiente estrategia fue la implementación del controlador LQ con filtro de Kalman (regulador cuadrático lineal Gaussiano, LQG) y el uso de Loop Transfer Recovery (LTR) para recobrar las características de robustez del LQR. Los resultados obtenidos muestran la viabilidad de aplicar dichas técnicas de control óptimo a vehículos aéreos, obteniendo los mejores resultados para la técnica del LQG con LTR.

The study of optimal control techniques is of interest in various types application which required the control of complex dynamical systems, one of this cases are Unmanned Aerial Vehicles (UAV). UAV have been used in diverse fields such as: civil engineering, agriculture, disaster management, etc. Such UAV require control strategies that guarantee their stability, reject external disturbances and measurement noise. The results obtained when applying optimal control techniques to a stationary platform, powered by four motors, are presented. A comparative analysis of the results for the different controls obtained is made. For this comparison, performance specifications of the time response were used and the performance index was calculated for each implemented strategy. The analysis includes the development of the steady state platform dynamic model by means of Euler-Lagrange equations of motion, obtaining a MIMO system described by six state equations and four inputs. The first optimal control technique studied was the linear quadratic regulator (LQR) with a state-observer. This implementation required the evaluation of different performance index weight matrices Q and R until a satisfactory response of the system was obtained. The next technique studied was the implementation of the LQ controller with Kalman filter (linear quadratic Gaussian regulator, LQG) and the use of Loop Transfer Recovery (LTR) to recover the robustness characteristics of LQR. Results obtained show the viability of applying such optimal control techniques to unmanned aerial vehicles, obtaining the best results with the LQG/ LTR technique.

Un modelo difuso global para sistemas no lineales usando conjuntos difusos de intervalo evaluado

This paper investigates the behavior of the fuzzy set in the antecedents of the Takagi Sugeno fuzzy model in identification of non linear and time variant systems. Data-driven techniques are applied by considering that measurement data are available. The principal question to solve in this paper is related with the representation of this kind of systems applying the concept of interval-valued fuzzy set. An overall model includes explicitly the nonlinear or time variant behavior of the system being identified by means of this concept using Takagi Sugeno fuzzy models. The determination of the nonlinear parameters of the antecedents is a central point in this modeling for time variant and nonlinear systems, because of the characteristics of these parameters. An illustrative experiment on a hybrid-tank system is conducted to present the benefits of the proposed approach.

En este trabajo se investiga el comportamiento de los conjuntos difusos en los antecedentes de un modelo difuso del tipo Takagi Sugeno en la identificación de sistemas no linelaes y variantes en el tiempo. Técnicas de manejo de datos son aplicadas considerando que las mediciones están disponibles. EL principal problema a resolver en el trabajo está relacionado con la representación de este tipo de sistemas aplicando el concepto de conjunto difuso de intervalo evaluado. Un modelo general incluye de forma explícita el comportamiento no lineal o variante en el tiempo del sistema siendo identificado por medio de este concepto usando modelos difusos del tipo Takagi Sugeno. La determinación de ls parámetros no lineales de los antecedentes es aspecto esencial en esta modelación para sistemas variantes en el tiempo y no lineales debido a las características de estos parámetros. Un experimento ilustrativo de un sistema de tanque híbrido es realizado con el objetivo de presentar el enfoque propuesto.

Generación de trayectorias para el brazo robótico (ArmX)

En el presente trabajo se realizó la modelación y simulación de la cinemática directa e inversa de un robot articular de cuatro grados de libertad que tiene pinza como efector final para manipular objetos, y tiene definida su superficie de trabajo en un espacio tridimensional. Se realiza el control cinemático del robot para el seguimiento de trayectorias punto a punto, coordinadas y continuas para el extremo. Se realiza el control dinámico desacoplado utilizando una acción de control on-off. Se empleó la plataforma de hardware libre Arduino, específicamente la placa Arduino Mega 2560 y su entorno de desarrollo. Además se diseñó e implementó una placa del tipo escudo con la electrónica adicional necesaria para el control del manipulador. Por último, se implementó una interfaz gráfica utilizando como herramienta el software LabWindows / CVI 9.0 de National Instruments, que permite al usuario enviar desde la PC los valores deseados en coordenadas articulares y cartesianas, incluyendo la posición de la pinza, así como la planificación de tareas y de tipos de trayectorias.

In this paper the modeling and simulation of direct and inverse kinematics of a robot joint four degrees of freedom that clip as end effector to manipulate objects was made, and has defined its working surface in three dimensional space. Kinematic robot control trajectories for tracking point to point, coordinated and continuous to the end is performed. Dynamic control is performed using an action undocked on-off control. Free hardware platform Arduino, Arduino Mega2560 specifically and its development environment was used. It was also designed and implemented a shield plate type with additional electronics needed to control the manipulator. Finally, a graphical interface using as a tool the LabWindows / CVI 9.0 software from National Instruments, which allows the user to send from the PC the desired joint and Cartesian coordinate values, including the position of the clamp and planning was implemented tasks and types of trajectories.

Una combinación de KICA y filtrado EWMA-ED para la detección de fallos de pequeña magnitud en procesos químicos

La industria actual requiere de sistemas de diagnóstico de fallos, que en su etapa de detección garanticen pocas falsas alarmas y logren detectar por demás, los fallos con la mayor rapidez posible independientemente de su naturaleza y magnitud. Sin embargo, un problema de los enfoques de monitoreo de procesos mediante estadística multivariada (MSPM) que son utilizados con este propósito es la incapacidad de detectar fallos de pequeña magnitud sin incurrir en un elevado número de falsas alarmas, u omitir gran cantidad de fallos que deben ser detectados. Como solución a este problema, en el presente trabajo se propone un esquema de trabajo que combina las ventajas de los métodos kernel y un novedoso enfoque EWMA con dinámica reforzada para filtrar el estadístico T² de Hotelling utilizado como mecanismo de detección en un proceso químico de gran escala.

The current industry requires of the fault diagnostic systems with a detection stage that can ensure a small number of false alarms and a quick detection of faults, regardless of their nature and magnitude. However, a common problem of the approaches based on the Multivariate Statistical Process Monitoring (MSPM) which are currently used for this purpose is the difficulty of them to detect small magnitude faults without incurring a high number of false alarms, and faults not detected. To overcome this drawback, in this paper is proposed a novel approach that combines the advantages of kernel methods, and a novel EWMA with enhanced dynamic to filter the T² Hotelling statistic used as the fault detection mechanism in a complex chemical process.