Ingeniería Electrónica, Automática y Comunicaciones

Methodology proposal for fault diagnosis based on decision trees and fuzzy logic

RESUMEN La presente investigación tiene como objetivo presentar una propuesta de metodología para el diagnóstico de fallos en la industria basado en árboles de decisión y lógica difusa. Los árboles de decisión tienen entre sus ventajas la sencillez y facilidad de interpretación. Mientras que, la lógica difusa, brinda capacidades para el manejo de la incertidumbre del conocimiento aportado por los expertos del proceso. Esta nueva metodología evita tener que contar con una gran base de datos de entrenamiento durante el proceso de desarrollo del diagnosticador y en su lugar usar una tabla de síntomas de fallos. Además, se hace uso del estándar PMML para transmitir la información del modelo obtenido en la aplicación de configuración a la aplicación que realiza las tareas de monitoreo en línea. La efectividad de la metodología se analiza en un caso real, específicamente en el diagnóstico de fallos de un proceso de tratamiento de agua para inyección de la industria farmacéutica.

ABSTRACT The objective of this research is to present a methodology proposal for the diagnosis of failures in the industry based on decision trees and fuzzy logic. Decision trees have among their advantages simplicity and ease of interpretation. While fuzzy logic provides capabilities for managing the uncertainty of the knowledge provided by process experts. This new methodology makes the contribution of offering a method to avoid the need to have a large training database during the development process for the diagnosticator, which will imply the use of a fault symptom table. In addition, the PMML standard is used to transmit the information of the model obtained in the configuration application to the application that performs the online monitoring tasks. The effectiveness of the methodology is analyzed in a real case, specifically in the diagnosis of failures of a water treatment process for injection in the pharmaceutical industry.

Nonlinear guidance law algorithm applied to marine vehicles in presence of multiple environmental disturbances

RESUMEN En los últimos años se han presentado un gran número de trabajos que buscan resolver el problema del seguimiento de caminos por parte de los vehículos autónomos de superficie (ASV). En este sentido un algoritmo no lineal de guiado (NLGL), surgido en los últimos años para su uso en vehículos aéreos, se presenta como una interesante opción para el seguimiento de caminos por parte vehículos marinos al no utilizar el ángulo de guiñada para lograr sus objetivos de control. El mayor problema que presentan estos vehículos a la hora del seguimiento de caminos es la influencia de las perturbaciones ambientales sobre ellos, principalmente las corrientes marinas y el viento. Para dar una solución a esta problemática, en este trabajo se presenta un esquema de guiado y control para lograr el seguimiento de caminos rectos por parte de vehículos marinos. El mismo presenta una estructura en cascada con un lazo interno de velocidad angular de guiñada, que presenta un controlador PI como elemento principal, y el algoritmo NLGL en el lazo externo. Logrando así que el vehículo siga un camino recto con error cero sin la necesidad de la medición del ángulo de guiñada y evitando la implementación de una acción integral en lazo externo. Se realiza un análisis de como influyen las corrientes marinas y el viento sobre este sistema a partir de la linealización del esquema presentado, además un análisis de estabilidad del esquema es presentado. Por último, se presentan los resultados de simulación y de experimentos reales de la implementación de este esquema en un ASV de pequeño porte, donde se puede apreciar que el vehículo converge a la trayectoria deseada con precisión en presencia de perturbaciones medioambientales.

ABSTRACT In recent years, a large number of works have been presented that seek to solve the problem of road following by autonomous surface vehicles (ASV). In this sense, a non-linear guidance algorithm (NLGL), which has emerged in recent years for use in aerial vehicles, is presented as an interesting option for path tracking by marine vehicles as it does not use the yaw angle to achieve its objectives. control objectives. The biggest problem that these vehicles present when following paths is the influence of environmental disturbances on them, mainly sea currents and wind. To provide a solution to this problem, this paper presents a guidance and control scheme to achieve the following of straight paths by marine vehicles. It presents a cascade structure with an internal yaw velocity loop, which presents a PI controller as the main element, and the NLGL algorithm in the external loop. Thus achieving that the vehicle follows a straight path with zero error without the need to measure the yaw angle and avoiding the implementation of an integral action in the external loop. An analysis is made of how the marine currents and the wind influence this system from the linearization of the presented scheme, in addition to a stability analysis of the scheme is presented. Finally, the results of simulation and real experiments of the implementation of this scheme in a small ASV are presented, where it can be seen that the vehicle converges to the desired trajectory with precision in the presence of environmental disturbances.

Innovative Android application as support in the diagnosis, evaluation and treatment of hypertension.

RESUMEN Las enfermedades cardiovasculares son una de las principales causas de muerte en el mundo y en Cuba. La hipertensión arterial tiene una prevalencia muy considerable en la población cubana, siendo el factor de riesgo de mayor ocurrencia. Como parte del proceso de informatización y difusión del conocimiento, el objetivo del trabajo es presentar una aplicación para el sistema operativo Android que contribuya al diagnóstico, evaluación y tratamiento de la hipertensión arterial de una manera más accesible a la población y al personal médico, incluyendo otras herramientas para el mejor control de la hipertensión. Esta herramienta, desarrollada en Android Studio, está dirigida a la atención primaria de salud y se centra en la ruta del paciente. No presenta requisitos adicionales de almacenamiento ni procesamiento por lo que puede utilizarse en una gama amplia de teléfonos móviles con sistema operativo Android. Los datos generados en el dispositivo tienen formato XML, por lo que el fichero almacenado no sobrepasa los kilo-bytes de información. La aplicación contiene un texto guía, calculadoras de interés médico, recomendaciones farmacológicas y no farmacológicas según la evaluación clínica. Además, incluye la estrategia de tratamiento de la hipertensión en Cuba según la evaluación clínica individual, aclarando los fármacos a utilizar. También incluye una interfaz para la adquisición de datos de personas. La aplicación obtuvo un puntaje SUS promedio de 93,61, luego de ser evaluada por especialistas y no especialistas en cardiología.

ABSTRACT Cardiovascular diseases are one of the leading causes of death in the world and in Cuba. Hypertension has a very considerable prevalence in the Cuban population, being the risk factor with the highest occurrence. As part of the process of computerization and distribution of knowledge, the objective of the work is to present an application for the Android operating system to contribute to the diagnosis, evaluation and treatment of Hypertension in a more accessible way to the population and medical staff, including other tools for the best hypertension control. This tool, developed in Android Studio, is aimed at primary health care and focuses on the patient's path. It has no additional storage or processing requirements so it can be used on a wide range of Android mobile phones. The data generated in the device is in XML format, so the stored file does not exceed kilobytes of information. The application contains a guiding text, calculators of medical interest, pharmacological and non-pharmacological recommendations depending on the clinical evaluation. In addition, it includes the strategy of hypertension treatment in Cuba according to the individual clinical evaluation, clarifying the drugs to be used. It also includes an interface for the acquisition of data from individuals. The application obtained an average SUS score of 93.61, after being evaluated by cardiology specialists and non-specialists.

Design of a home automation system based on open-source platforms

RESUMEN A pesar de los avances significativos en el campo de la automatización de viviendas y edificios, la adopción de sistemas del hogar en aplicaciones más cotidianas, como apartamentos y oficinas pequeñas, aún no es muy visible. Los fabricantes mantienen el desarrollo de sistemas domóticos y edificios enfocados a grandes aplicaciones, y los disponibles para pequeñas aplicaciones, aún no corresponden a las expectativas de los usuarios debido a problemas de baja funcionalidad, precio, complejidad y rendimiento. Para abordar los problemas antes mencionados, este trabajo propone diseñar y evaluar un sistema domótico modular simple, basado en hardware de código abierto y componentes de bajo costo. Específicamente enfocada a pequeñas aplicaciones, como la automatización de tareas domésticas sencillas en apartamentos residenciales, fomentando el confort, la seguridad y el ahorro en el día a día del usuario final. El sistema diseñado se basa en el microcontrolador ESP8266l, aprovechando sus funcionalidades de conectividad inalámbrica para construir un sistema totalmente descentralizado capaz de interactuar con los usuarios a través de una interfaz web y una conexión Wi-Fi a la red local del hogar. Dando como resultado un sistema altamente expandible y configurable, basado en módulos independientes que realizan funciones específicas de acuerdo a las necesidades del usuario.

ABSTRACT Despite significant advances in the field of home and building automation, the adoption of home automation systems in more everyday applications such as apartments and small offices is still not very visible. Manufacturers maintain development of building and home automation systems focused on large applications, and those available for small applications, still do not correspond to user expectations, due to low functionality, price, complexity and performance problems. In order to address the aforementioned problems, this work proposes to design and evaluate a simple modular home automation system, based on open-source hardware and low-cost components. Specifically focused on small applications, such as the automation of simple household tasks in residential apartments, promoting comfort, safety and savings in the daily life of the end user. The designed system is based on the ESP8266 microcontroller, taking advantage of its wireless connectivity functionalities, to build a fully decentralized system capable of interacting with users through a web interface and a Wi-Fi connection to the home's local network. Resulting in a highly expandable and configurable system, based on independent modules that perform specific functions according to the user's needs.

5G urban scenario in MATLAB, development and simulation

RESUMEN El presente artículo aborda un estudio comparativo del comportamiento de redes 5G a nivel de sistema mediante la variación de parámetros fundamentales en escenarios desarrollados en MATLAB, traduciéndose en la optimización de estaciones base para cualquier entorno de despliegue, brindando tasas de datos superiores a 1 Gbit/s a una frecuencia de operación de 30 GHz con un sspaciado entre subportadora de 60 KHz, además de ofrecer una buena calidad de servicio para usuarios de alta movilidad (400 km/h) con velocidades de datos de hasta 100 Mbit/s.

ABSTRACT This research presents a study of the performance of 5G networks at system level through the variation of fundamental parameters in scenarios developed in MATLAB is carried out. The results obtained translate into the optimization of base stations for any deployment environment, providing data rates above 1 Gbit/s at a carrier frequency of 30 GHz with a 60 KHz of Sub-Carrier Spacing, in addition to provide a good quality of service for high mobility users (400 km/h), with data rates of up to 100 Mbit/s.

Evaluation of segmentation accuracy and area measurement in images of skin lesions

RESUMEN La cicatrización de lesiones cutáneas es un proceso complejo que puede ser supervisado mediante la inspección periódica del estado de las lesiones. Con la estimación de sus áreas es posible evaluar la respuesta al tratamiento aplicado, predecir posibles resultados de la cicatrización y diferenciar una lesión que cicatrizará fácilmente de otra que necesitará un tratamiento prolongado. Esta información se utiliza en estudios de candidatos a fármacos, por lo que se requieren mediciones de alta precisión. Usualmente se utilizan técnicas manuales que implican el contacto con las lesiones para las mediciones, lo cual resulta riesgoso, propenso a errores y a variaciones inter- e intraespecialistas. En esta investigación se desarrolló la segmentación de imágenes fotográficas de lesiones en la piel de animales de laboratorio, para seleccionar la alternativa más adecuada de entre posibles algoritmos implementados para la estimación del área de las lesiones. Para ello se evaluó de forma supervisada la calidad de varios métodos de segmentación por umbralado para detectar las lesiones, con la ayuda de imágenes de referencia previamente segmentadas por expertos. Se emplearon diferentes indicadores de calidad, como el coeficiente de Jaccard, el error relativo en la estimación automática del área con respecto a la de referencia y pruebas estadísticas no paramétricas. Los resultados mostraron diferencias entre los algoritmos aplicados y coincidencias entre la estadística descriptiva y la estadística no paramétrica y pueden contribuir a seleccionar una alternativa favorable entre las evaluadas. Se realizó también un estudio preliminar de las posibilidades del método propuesto para imágenes de úlceras del pie diabético, Esta investigación tiene una aplicación directa en el sector farmacéutico y sanitario.

ABSTRACT The healing of skin lesions is a complex process that can be supervised through periodic inspection of the condition of the lesions. With the estimation of their areas, it is possible to evaluate the response to the applied treatment, predict possible healing results and differentiate a lesion that will heal easily from another that will require prolonged treatment. This information is used in drug candidate studies, therefore high-precision measurements are required. Manual techniques that involve contact with the lesions are usually used for measurements, which is risky, prone to errors and inter- and intra-specialist variations. In this research, the segmentation of photographic images of lesions on the skin of laboratory animals was developed to select the most appropriate alternative among possible algorithms implemented for estimating the area of the lesions. To this end, the quality of several segmentation by thresholding methods to detect lesions was evaluated in a supervised manner, with the help of reference images previously segmented by experts. Different quality indicators were used, such as the Jaccard coefficient, the relative error in the automatic estimation of the area with respect to the reference, and non-parametric statistical tests. The results showed differences between the applied algorithms and coincidences between descriptive statistics and non-parametric statistics and might contribute to select an appropriate alternative among those tested. A preliminary study on the feasibility of the proposed method for the analysis of diabetic feet ulcers was also made. This research has a direct application in the pharmaceutical and health sector.