Ingeniería Electrónica, Automática y Comunicaciones

Análisis térmico basado en simulación asistida por computadora del circuito impreso de una fuente de alimentación

RESUMEN El sobrecalentamiento de la placa de circuito impreso (Printed Circuit Board, PCB) es un problema que puede estar presente en la sección de la fuente de alimentación de los equipos electrónicos. Debido al impacto negativo que este problema puede tener en el rendimiento y la confiabilidad del dispositivo, debe recibir atención especial desde las primeras etapas del diseño del sistema. El uso de herramientas de automatización de diseño electrónico (Electronic Computer-Aided Design, ECAD), para simular la PCB facilita la inclusión de requisitos térmicos durante el proceso de diseño. Este trabajo presenta el análisis de alternativas de diseño de la PCB para una fuente de alimentación con el fin de gestionar las temperaturas disipadas en el circuito y reducir el autocalentamiento y el tamaño de la PCB. Los resultados indican que con el análisis propuesto es posible obtener un diseño con mayor rendimiento y confiabilidad.

ABSTRACT Printed Circuit Board overheating is a problem that can be present in the power supply section of electronic equipment. Due to the negative impact this problem can have on the performance and reliability of the device, it must receive dedicated attention from the early stages of system design. Using Electronic Computer-Aided Design tools, ECAD, to simulate the PCB facilitates the inclusion of thermal requirements during the design process. This work presents the analysis of PCB design alternatives for a power supply to manage the temperatures dissipated in the circuit, to reduce self-heating and the size of the PCB. Results indicate that with the proposed analysis it is possible to obtain a greater performance and reliability design.

Algoritmo de cómputo de espectrogramas de Mel en tiempo real en microcontroladores STM32 para la detección de palabras clave en voz

RESUMEN La detección de palabras clave es un subcampo del reconocimiento automático de voz revolucionado en la última década con la incorporación de técnicas de inteligencia artificial basadas en aprendizaje profundo. La implementación de modelos de detección de palabras clave en microcontroladores implica como primer paso el procesamiento digital de las señales de audio para realizar la extracción de características en tiempo real. Los modelos implementados en microcontroladores encontrados en la literatura usan los coeficientes MFCC para la extracción de características. Sin embargo, se ha comprobado que al emplear técnicas de aprendizaje profundo para la clasificación resulta más efectivo el empleo de espectrogramas de Mel. En este artículo se propone una implementación del algoritmo para la obtención de espectrogramas de Mel en tiempo real en microcontroladores de la familia STM32 compatible con el diseño de un sistema de detección de palabras clave en tiempo real, evaluándose su uso en un sistema de prueba basado en el microcontrolador STM32G474RET6 y el micrófono MEMS SPH0645LM4H-B. La implementación propuesta reduce el uso de memoria RAM en el microcontrolador y llena el vacío existente en el driver CMSIS-DSP de una rutina para el cómputo del espectro de Mel de un vector de muestras de señal.

ABSTRACT Keyword spotting is a subfield of automatic speech recognition revolutionized in the last decade with the incorporation of artificial intelligence techniques based on deep learning. The implementation of keyword spotting models in microcontrollers implies as a first step the digital processing of audio signals to carry out the feature extraction in real time. The models implemented in microcontrollers found in literature use MFCC coefficients for feature extraction. It has been proved that when using deep learning techniques for classification, it is more effective the use of Mel spectrograms. In this paper, it is proposed an implementation of the algorithm for the obtention of Mel spectrograms in real time in STM32 microcontrollers compatible with the design of a real time keyword spotting system. Its use is evaluated in a test system based on the STM32G474RET6 microcontroller and the MEMS microphone SPH0645LM4H-B. The proposed implementation reduces the use of RAM memory in the microcontroller and fills the existing gap in the CMSIS-DSP driver of a routine for the computation of the Mel spectrum for a vector of signal samples.

Selección óptima de observadores de Koopman aplicados a DMDc en la obtención de gemelos digitales

RESUMEN El Internet Industrial de las Cosas, los Datos de Gran Envergadura, la Computación en la Nube y otras tecnologías permitieron el surgimiento y desarrollo de la iniciativa Industria 4.0. En este marco, los gemelos digitales se han vuelto muy populares y se pueden encontrar en todo tipo de industrias y procesos. Una parte importante en el desarrollo de un gemelo digital es la obtención del modelo del sistema, tarea para la cual existe gran cantidad de métodos. El operador de Koopman y la Descomposición en Modos Dinámicos con Control han demostrado sus capacidades en este sentido y se va extendiendo su uso dentro de la comunidad científica. En este trabajo se presenta la propuesta de un procedimiento para automatizar la selección del conjunto de observadores de Koopman resolviendo un problema de optimización. Como resultado de la aplicación del procedimiento se obtiene la cantidad mínima de observadores que minimizan el error entre las observaciones reales de un proceso y las obtenidas a partir del modelo lineal estimado para el desarrollo de su gemelo digital. Para resolver el problema de optimización se puede usar cualquiera de los muchos algoritmos de optimización que aparecen en la literatura. En este trabajo se utilizó un algoritmo genético.

ABSTRACT The Industrial Internet of Things, Big Data, Cloud Computing, and other technologies have enabled the rise and development of the Industry 4.0 initiative. In this context, digital twins have become very popular and can be found in all kinds of industries and processes. An important part of developing a digital twin is obtaining the system model, a task for which there are many methods. The Koopman operator and Dynamic Mode Decomposition with Control have demonstrated their capabilities in this context and its use is spreading within the scientific community. This work presents a proposal for a procedure to automatize the selection of the set of Koopman observers by solving an optimization problem. As a result of applying the procedure, the minimum number of observers that minimize the error between the real observations of a process and those obtained from the estimated linear model for the development of its digital twin is obtained. To solve the optimization problem, any of the many optimization algorithms found in the literature can be used. In this work, a genetic algorithm was applied.

Propuesta de arquitectura para la capa de Computación al Borde en entornos de Industria 4.0

RESUMEN En el marco de la Industria 4.0 se desea lograr que los procesos sean completamente automatizados. En otras palabras, que las empresas se encuentren en el cuarto nivel de la pirámide de automatización clásica. Con este fin, la empresa EMSI FARMA está desarrollando un sistema de gestión de operaciones de fabricación. Para el correcto funcionamiento del sistema se ha dividido en cuatro capas: nube, niebla, borde y dispositivos de campo. El siguiente artículo tiene como objetivo realizar una propuesta de arquitectura para la capa de Computación al Borde que cumpla las necesidades del sistema. La arquitectura de Borde que se propone se encarga de acercar la lógica de las operaciones a los dispositivos de campo. Para el desarrollo de la misma se utiliza un diseño de bloques funcionales, donde cada elemento tiene sus propias responsabilidades. Con el desarrollo de la arquitectura se logró abstraer la lógica de los elementos del protocolo de la comunicación que se utiliza para conectarse con las capas superiores e inferior. Además, se logra que el seguimiento de las operaciones y la adquisición de los datos se encuentre lo más cercano posible de la fuente de datos.

ABSTRACT Within the framework of Industry 4.0, it is desired to ensure that processes are completely automated. In other words, companies are at the fourth level of the classic automation pyramid. To this end, the EMSI FARMA company is developing a manufacturing operations management system. For the correct behavior of the system, it has been divided into four layers: cloud, fog, edge and field devices. The following article aims to make an architectural proposal for the Edge Computing layer that meets the needs of the system. The proposed Edge architecture is responsible for bringing the logic of operations closer to the field. For its development, a design of functional blocks is used, where each element has its own responsibilities. With the development of the architecture, it was possible to abstract the logic of the elements of the communication protocol that it uses to connect with the upper and lower layers. In addition, it is achieved that the monitoring of operations and the acquisition of data is as close as possible to the data source.

Propuesta de arquitectura para una Red Basada en Intenciones

RESUMEN El concepto emergente de Redes Basada en Intenciones ha ganado prominencia como una innovadora solución para la gestión autonómica de redes. Representando un cambio de paradigma en la planificación y gestión de las redes, la novedad de esta aproximación ha dado lugar a la ausencia de una arquitectura de red que garantice idealmente el ciclo de vida de la intención. Mientras importantes fabricantes e instituciones han propuesto arquitecturas para facilitar dicho ciclo de vida, aún persisten desafíos para alcanzar este objetivo íntegramente, en gran medida por la falta de comprensión de las funcionalidades de las Redes Basada en Intenciones y la gran dificultad presente al implementar estas funcionalidades a partir de los adelantos de las redes neuronales actuales. Este trabajo propone una arquitectura que resuelve las deficiencias y limitaciones identificadas en arquitecturas previas, asegurando la realización afectiva del ciclo de vida de la intención, integrando herramientas de inteligencia artificial y dispositivos de red tanto físicos como virtuales. Esta solución representa un paso significativo hacia el establecimiento de las Redes Basada en Intenciones, pues facilita la automatización de la gestión.

ABSTRACT The emerging concept of Intent-Based Networking has gained prominence as an innovative solution for autonomous network management. Representing a paradigm shift in network planning and management, the novelty of this approach has resulted in the absence of a network architecture that ideally guarantees the life cycle of intent. While important manufacturers and institutions have proposed architectures to facilitate this life cycle, challenges still persist to fully achieve this objective, largely due to the lack of understanding of the functionalities of Intent-Based Networks and the great difficulty present when implementing these functionalities based on the advances of current neural networks. This work proposes an architecture that resolves the deficiencies and limitations identified in previous architectures, ensuring the affective realization of the life cycle of the intention, integrating artificial intelligence tools and both physical and virtual network devices. This solution represents a significant step towards the establishment of Intent-Based Networks, as it facilitates the automation of management.

Diseño e implementación del control de posición adaptativo para brazo robótico industrial

RESUMEN El presente trabajo tiene como objetivo diseñar e implementar un control adaptativo en unión al control vectorial, con cambios en las dinámicas deseadas para el posicionamiento de los brazos robóticos de dos grados de libertad. El modelo dinámico se obtiene de aplicar el método de Euler-Lagrange en conjunto con el de un motor síncrono de imanes permanentes en el marco de referencia DQ sincrónico. Es diseñado un controlador adaptativo por modelo de referencia que genera el torque referencial para el control vectorial del motor eléctrico. La estabilidad del sistema en lazo cerrado es garantizada al aplicar el método de Lyapunov en las leyes adaptativas. La estrategia de control se implementa en el procesador TMS320F28335 empleando las herramientas MATLAB y Code Composer. Los resultados de las pruebas experimentales son comparados con el esquema de control original obteniéndose un sistema con menores errores dinámicos.

ABSTRACT The objective of this work is to design and implement an adaptive control in conjunction with vector control, with changes in the desired dynamics for the positioning of two degrees of freedom robotic arms. The dynamic model is obtained by applying the Euler-Lagrange method in conjunction with that of a permanent magnet synchronous motor in the synchronous DQ reference frame. An adaptive controller is designed by reference model that generates the reference torque for the vector control of the electric motor. The stability of the closed-loop system is guaranteed by applying the Lyapunov method in the adaptive laws. The control strategy is implemented on the TMS320F28335 processor using the MATLAB and Code Composer tools. The results of the experimental tests are compared with the original control scheme, obtaining a system with lower dynamic errors.