Ingeniería Electrónica, Automática y Comunicaciones

Wave’s effect on-line estimation for controlling a marine vehicle.

RESUMEN El oleaje generado por el viento es un fenómeno totalmente aleatorio y constituye una de las principales perturbaciones que afectan el funcionamiento de los Vehículos Autónomos Subacuáticos (VAS) que operan a poca profundidad y en zonas costeras. Con el objetivo de atenuar el efecto indeseable de esta perturbación sobre el sistema de control de los VAS se filtran las mediciones obtenidas de los sensores haciendo uso de la frecuencia de incidencia del oleaje. Desarrollar un estimador capaz de brindar el valor de la frecuencia de incidencia del oleaje en tiempo real; mediante el método de Identificación Algebraica, constituye la finalidad de este trabajo. En el diseño del estimador algebraico propuesto se emplea una ecuación diferencial lineal para representar el espectro de las olas, lo cual simplifica el procedimiento matemático. Las simulaciones llevadas a cabo; tanto con datos simulados como con datos de un experimento real en el mar, muestran los excelentes resultados del estimador en cuanto a la exactitud en el valor final estimado y el tiempo de la estimación. Adicionalmente, se muestra el empleo de la estimación de la frecuencia de incidencia del oleaje para ajustar adecuadamente las técnicas de filtrado implementadas previamente para el vehículo, lo que trae consigo una reducción considerable de las vibraciones y del consumo de energía del sistema de timones del vehículo.

ABSTRACT Wind generated waves are a very random phenomenon and it is one of the main environmental disturbances that affect the operation of Autonomous Underwater Vehicles (AUV) navigating in shallow waters and coastal zones. In order to attenuate the undesirable effect of the ocean waves on the control system of AUVs, the measurements from the sensors need to be filtered out, using the estimated wave encounter frequency. Developing an estimator capable of providing the encounter frequency in real time using the Algebraic Identification method, is fully reported in this paper. In the design of the proposed algebraic estimator, a linear differential equation to represent the waves spectrum is used, which simplifies the mathematical procedure. The simulations carried out with simulated data and with real data from an experiment at sea, show the excellent results of the estimator in terms of precision in the final value and estimation time. In addition, its show the use of the wave encounter frequency estimation to adjust the filtering techniques previously implemented for the vehicle in a proper way, which results in a reduction of vibrations and energy consumption of the vehicle's rudder system.

Development of a gray box model for Tennessee Eastman plant base case

RESUMEN La planta Tennessee Eastman (TEP) involucra procesos altamente complejos con presencia de no linealidades por lo que es necesario el control de las variables importantes. En este trabajo se desarrolla un modelo del TEP. Para ello se seleccionaron los modelos de caja gris los cuales presentan ventajas con respecto a las clásicas técnicas de modelado que son los modelos de conocimiento y los modelos totalmente empíricos. Primero se obtienen modelos empleando balances de masa y energía, para ello se definen varios parámetros y se realizan algunos supuestos. Luego, a partir de datos del proceso, y con el empleo del MatLab® se obtienen modelos empíricos. La combinación de todos los modelos obtenidos da lugar al modelo de caja gris final y objetivo general del presente trabajo.

ABSTRACT Tennessee Eastman plant (TEP) involves very complex process with presence of non linearity, for that it is necessary the control of important variables. In this paper a TEP model is developed. Gray box models are selected to model the process. Gray box models have advantages with respect to classic model techniques, these techniques are knowledge models and empirical models. First, models are obtained employing mass and energy balances, defining parameters and making supposed. Then, from process data and employing MatLab® software, empirical models are obtained. The combination of all models constitutes the gray box final model and the general objective of this paper.

Simultaneous measurement of gases with MQ sensors

RESUMEN La protección del medioambiente cada vez más dañada por las actividades desarrolladas por el hombre, y dentro de ella la protección del propio ser humano día por día se hace más imprescindible. Una de las componentes más dañina para la salud es la contaminación del aire que respiramos con gases tóxicos. Los sensores de gases comerciales MQ de alta sensibilidad y respuesta rápida son ampliamente utilizados para la medición y/o detección de diferentes gases en ambientes controlados. Sin embargo, su baja selectividad limita su uso en entornos donde varios tipos de gases pueden estar presentes. En este trabajo se presenta un procedimiento que permite la medición simultánea de gases contaminantes del aire y los resultados obtenidos, utilizando los sensores de gases MQ-2 y MQ-5, conectados a un nodo sensor formado por la computadora de placa única Raspberry Pi 3. Este procedimiento puede ser utilizado en aplicaciones que necesitan señales de alarma o indicadores de aire limpio, y también para realizar estudios medioambientales -almacenando los resultados obtenidos- como en el ejemplo de aplicación presentado.

ABSTRACT The protection of the environment, increasingly damaged by the activities developed by man, and within it the protection of the human, day by day becomes more essential. One of the most harmful components to health is the pollution of the air we breathe with toxic gases. MQ commercial gas sensors with high sensitivity and rapid response are widely used for the measurement and / or detection of different gases in controlled environments. However, the low selectivity limits their use in environments, where several types of gases may be present. In this work a procedure that allows the simultaneous measurement of air pollutant gases is presented, together with the results obtained, using the MQ-2 and MQ-5 gas sensors, connected to a sensor node formed by Raspberry Pi 3 single-board computer. The procedure can be used in applications that need alarm signals or indicators of clean air, and also to carry out environmental studies based in the stored results, as was done in the application presented.

Thermal dependence of the electrical properties of lung tissue at frequencies between 10 Hz and 100 kHz.

RESUMEN Uno de los principales retos en el estudio de la interacción de los campos electromagnéticos con los tejidos biológicos es el conocimiento preciso de los parámetros eléctricos (permitividad y conductividad eléctrica) y térmicos (velocidad de transferencia de calor, conductividad térmica, velocidad de producción de calor y densidad de masa), los cuales determinan las formas en que los flujos de corriente y la deposición de calor tienen lugar y por lo tanto representan datos de entrada cruciales para el modelado y la simulación de los campos electromagnéticos y su efecto térmico en los tejidos. En este trabajo se presentan por primera vez los resultados de la caracterización de la dependencia térmica de las propiedades eléctricas del tejido pulmonar porcino durante el calentamiento de este in vitro desde 37 hasta 70 ºC a una velocidad de 5 ºC/min en el intervalo de frecuencias desde 10 Hz hasta 100 kHz. Para esto se construyó y validó una instalación experimental basada en un amplificador Lock-in, acoplada a una computadora, y se desarrollaron los programas de adquisición y procesamiento de los datos correspondientes. Se observó que hasta una temperatura de cerca de 50 ºC la conductividad del tejido aumenta linealmente con la temperatura para todas las frecuencias con una velocidad media de 1.810 %/ºC, mientras que la permitividad disminuye con una velocidad media de -0.563 %/ºC a las frecuencias por encima de 100 Hz y aumenta con una velocidad media de 6.100 %/ºC a las frecuencias por debajo de 1 kHz.

ABSTRACT One of the main challenges in the study of the interaction of electromagnetic fields with biological tissues is the precise knowledge of the electric (permittivity and electrical conductivity) and thermal (rate of heat transfer, thermal conductivity, heat production rate, and mass density) parameters of these. They determine the ways in which current flows and heat depositions takes place and thus represent crucial input data for the modeling and simulation of electromagnetic fields and its thermal effect on tissues. In this work they are presented for the first time the results of the characterization of the thermal dependence of the electric parameters of the porcine lung tissue during its heating in vitro from 37 to 70 ºC with a heating rate of 5 ºC/min in the frequency range from 10 Hz to 100 kHz. For this, it was built and validated an experimental setup based on a Lock-in amplifier, coupled to a computer, and they were developed the corresponding data acquisition and processing software. It was observed that up to a temperature of about 50 ºC the conductivity of the tissue increases linearly with the temperature for all the frequencies with an average rate of 1.810 %/ºC, while the permittivity decreases with an average rate of -0.563 %/ºC, at frequencies above 100 Hz, and increases with an average rate of 6.100 %/ºC, at frequencies below 1 kHz.

Design and development of an experimental installation for magnetic characterizations

RESUMEN El objetivo de este trabajo es diseñar e implementar una instalación robótica automatizada para realizar mediciones de inducción magnética y procesamiento de datos. Para lograr este objetivo, se propone el uso de un prototipo robótico automatizado portador de una sonda de efecto Hall. Se desarrolla un software para el control y procesamiento de los datos obtenidos en las mediciones realizadas que permite cálculos estadísticos y mapeo de datos y la inducción magnética en la superficie del acondicionador lo que brinda la posibilidad de evaluar las características del mismo. Con este trabajo se logra una mejor calidad en términos de eficiencia y precisión al tomar las medidas para realizar las caracterizaciones magnéticas en el Laboratorio de Caracterización Magnética de la CNEA, el único laboratorio de este tipo en el país y que está próximo a ser acreditado. Los resultados alcanzados en la implementación de la propuesta demuestran el logro de una mayor precisión en la adquisición de mediciones proporcionando un laboratorio de confiabilidad a la altura de otros laboratorios del mundo, compuesto por equipos calibrados, mediciones automáticas y expertos en estos temas.

ABSTRACT The objective of this paper is to design and implement an automated robotic installation to perform measurements of magnetic induction and data processing. To achieve this goal, an automated prototype carrying the Hall effect probe is designed and constructed. A software is developed for the control and processing of the data obtained in the measurements made that allows statistical calculations and data mapping. The magnetic induction on the surface of the conditioner that provides the possibility of evaluating the characteristics of the same. With this work you can achieve quality in terms of efficiency and precision when taking measurements to perform the magnetic characterizations in the Magnetic Characterization Laboratory of the CNEA, the only laboratory of this type in the country that is close to being accredited. To achieve greater precision in the acquisition of measurements by providing a reliability laboratory at the level of other laboratories in the world, since it will now have calibrated equipment, automatic measurements and experts in these subjects.

Study of Self-Interference on SFN for DTMB

RESUMEN Este artículo presenta un estudio de la interferencia mutua que se produce en redes de tipo SFN en el estándar DTMB, teniendo en cuenta los resultados de pruebas de laboratorio con receptores tanto comerciales como profesionales. La ineficiencia espectral que impone el actual despliegue de una red MFN representa una limitación a la evolución de las tecnologías de las comunicaciones en Cuba; pero es necesario conocer las capacidades reales de SFN en DTMB antes de planificar una posible transición. La principal restricción para el diseño en SFN es la incapacidad de los receptores comerciales de estimar y ecualizar correctamente los efectos de las señales cuyos retardos son superiores a la duración de la cabecera de la trama. Sin embargo, las señales con retardos inferiores a esta pueden representar ya sea interferencia destructiva o constructiva, y es a ellas a las cuales está orientada está investigación. En este artículo, son presentadas dos formas de determinar la influencia de esta interferencia mutua en la calidad de las señales de DTMB. En una primera parte, los valores de ganancia SFN son analizados empleando al parámetro MER como medida. Los parámetros Retardo, Atenuación y Nivel de Intensidad de la Señal son variados para emular condiciones de comunicación reales con dos transmisores. En una segunda parte, un grupo de receptores comerciales es evaluado usando la condición de TOV para determinar la necesaria atenuación entre dos señales SFN para mantener la correcta visualización.

ABSTRACT This paper presents a study of the self-interference on SFN for DTMB based on the results of laboratory tests with professional and commercial receivers. The spectral inefficiency of the actual MFN represents a constraint for the evolution of the telecommunication technologies on Cuba, but It´s is necessary to know the real capabilities of SFN on DTMB before a possible transition. The principal restriction for the design of SFN is the incapability of the receivers to estimate and equalize correctly the signals with delays bigger than frame header length. However, signals within this interval could represent either constructive or destructive interference. For that reason, in this paper, two ways to determinate the influence of the auto-interference on the DTMB signal quality are presented. First, the SFN gain values are analyzed using the MER as the measuring parameter. The signal strength and the delay and attenuation between signals are varied to emulate real conditions of a two-transmitter SFN. Second, a group of commercial receivers is evaluated using the TOV condition to determine the necessary attenuation between two SFN signals for keeping the correct visualization.

Dispersed field analysis for small radar targets over sea surface

RESUMEN El reconocimiento de blancos pequeños, de poca velocidad y de pequeña Superficie Efectiva de Dispersión (SED), situados sobre la superficie del mar constituye un tema de gran importancia y aplicación en el campo de los radares costeros. En el artículo se comparan el campo reflejado y la SED que se obtienen por medios analíticos y mediante la simulación. Inicialmente el análisis se realiza para un objeto en forma de cilindro embebido en un medio homogéneo. Posteriormente, la simulación se aplica a objetos con distintos tamaños, formas y materiales sobre la superficie del mar, por lo que el sistema constituye un medio heterogéneo debido a la frontera mar - aire. La confirmación de la posibilidad del empleo exitoso de la simulación numérica a este caso constituye el principal objetivo del trabajo. Para la simulación se ha utilizado el sistema de programas CST Microwave Studio (CSTME) y con este fin se ha investigado su aplicación al caso mencionado. Con los resultados obtenidos se confirma que su solución nos facilita la principal tarea a resolver: la valoración del nivel de retrodispersión desde estos objetos sobre el mar a través de la SED y el campo eléctrico obtenido en cada caso. Estos resultados dan la posibilidad práctica de la identificación o el reconocimiento de cada blanco por el tipo de material, forma y tamaño.

ABSTRACT Target recognition of small and slow radar targets with low Radar Target Cross Section (RTCS) on the sea surface is a very important matter in coastal radar field. This article presents a comparative study of the scattered field and the RTCS obtained by analytical means and from computationally simulated small cylindrical radar targets, initially in a homogeneous medium. The forward analysis is based on the simulation of small objects of different sizes, shapes and materials over the sea surface. In this condition, present environment is a heterogeneous medium, the sea - air frontier. The confirmation of the possibility of successful use of numerical simulation in this case is the principal objective of this work. The CST Microwave Studio software programs are used for the simulation; its analysis has required a detailed research over the application of CST in this problem. The obtained results confirm that its solution is the principal task to resolve and to obtain the level of RTCS and field scattering of these objects over sea in each case. Results give us, also, the practical possibility of recognition or identification of each target from the type of material, shapes and sizes of objects.

Real time identification of motor imagery actions on EEG signals.

ABSTRACT Brain Computer Interfaces (BCI) processing algorithms need powerful computational devices to perform in real time. In this work, a hardware efficient design for the classification of Electroencephalography (EEG) signals representative of two motor imagery task is proposed and implemented on Field Programmable Gate Array (FPGA). Wavelet Packets Decomposition (WPD) is used as feature extraction algorithm and Linear Discriminant Analysis (LDA) as the classifier. The system was designed using System Generator and it was implemented on a Zybo board using Hardware/Software Co-Simulation. Simulation results show an accuracy of 80% during the classification of two motor imagery tasks, a latency of 7.5 ms for a clock frequency of 1.5 MHz, and a power consumption of 0.102 W. In addition, the amount of FPGA resources employed is less than previous similar works, proving that the design system not only achieves a good accuracy but it also does it in an efficient way.