Ciencias Exactas y Ciencias de la Salud
Permanent URI for this collectionhttps://hdl.handle.net/11285/551039
Pertenecen a esta colección Tesis y Trabajos de grado de las Maestrías correspondientes a las Escuelas de Ingeniería y Ciencias así como a Medicina y Ciencias de la Salud.
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- Diseño e implementación de estrategias avanzadas de control utilizando controladores adaptativos predictivos(Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, 2010-05-01) Delgado Garza, Manuel Gustavo; Favela Contreras, Antonio; Castañón Ávila, Gerardo Antonio; Rodríguez Ortiz, José de Jesús; Rosas Cobos, Luis; Tecnológico de Monterrey, Campus Monterrey; Programa de Graduados en Mecatrónica y Tecnologías de Información; División de Mecatrónica y Tecnologías de Información; Campus MonterreyEn el presente trabajo de tesis presentado como requisito para la obtención de grado de Maestro en Ciencias con Especialidad en Automatización, se estudiaron e implementaron diversas estrategias avanzadas de control utilizando controladores adaptativos predictivos. En la primera parte de este trabajo, se estudió la estrategia de control adaptativo predictivo, sus principios de operación, así como los algoritmos involucrados en su implementación. Se introdujo la herramienta de control industrial ADEX COP, empleada como medio para la implementación y análisis de dichos controladores. Posteriormente, se realizó un análisis teórico del efecto de los parámetros de operación de los controladores adaptativos predictivo y se corroboró mediante simulaciones computacionales ante distintos escenarios de configuración. Se presentaron recomendaciones para la configuración de los bloques que componen la estrategia de control adaptativo predictivo, entre éstas, se mostró la manera de seleccionar la estructura del modelo adaptativo predictivo, el comportamiento deseado de la trayectoria deseada proyectada del bloque conductor y la importancia de la selección adecuada del periodo de control y los límites de las variables. Con los resultados obtenidos del estudio anterior, se realizaron implementaciones de varias estrategias de control empleando controladores adaptativos predictivos con el fin de estudiar su desempeño ante diversos escenarios de operación para procesos uni y multivariables variantes en el tiempo. Se estudió la estrategia de control retroalimentado con antealimentación de la perturbación. Finalmente, para analizar la forma en que los controladores interaccionan entre ellos dentro de una estrategia de control, se implementó una estrategia de control en cascada y un sistema de control multivariable. Se definió una forma de configurar los controladores adaptativos predictivos para funcionar adecuadamente en dichos esquemas de control y se realizaron simulaciones para mostrar la operación correcta de cada una de estas estrategias, comparando su funcionamiento frente a esquemas de control convencionales.
- Rediseño mecatrónico y control difuso de un robot tipo Delta(Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, 2010-05-01) Rosales Martínez, Gabriel Antonio; Favela Contreras, Antonio; Castañón Ávila, Gerardo Antonio; Rodríguez Ortiz, José de Jesús; Cabrera López, Manuel G.; Programa de Graduados en Mecatrónica y Tecnologías de la Información; División de Mecatrónica y Tecnologías de Información; Campus MonterreyEn este trabajo de tesis presentado como requisito parcial para la obtención del grado de Maestro en Ciencias con Especialidad en Automatización, se presenta el desarrollo e implementación de un control difuso aplicado en un Robot Manipulador Delta. El control difuso está basado en reglas lingüísticas las cuales pretenden emular el conocimiento humano en un proceso. Debido a lo anterior, este esquema es ampliamente utilizado tanto en procesos lineales como no lineales. El Robot manipulador tipo Delta pertenece a los robots paralelos o de cadena cinemática cerrada, los cuales tienen la característica de alcanzar altas aceleraciones, sin embargo, poseen una modelación cinemática complicada la cual se debe analizar para llevar a cabo cualquier esquema de control. Debido a esta desventaja se diseñó, construyó e implementó un novedoso sistema de censado el cual permite calcular la posición del efector final sin la necesidad de realizar la modelación cinemática directa. Se realizó el rediseño mecatrónico de un prototipo de Robot Delta propiedad del Departamento de Mecatrónica y Automatización del Tecnológico de Monterrey con el fin de aplicar un controlador difuso y el sistema de censado descrito anteriormente.
- Controlador adaptivo-predictivo: Simulaciones para procesos con dinámicas variantes en el tiempo y su aplicación para el control de temperatura en un intercambiador de calor-Edición Única(Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, 2007-05-01) García Zazueta, Carlos Fernando; Favela Contreras, Antonio; ITESM-Campus MonterreyCon este trabajo de tesis, presentado como requisito parcial para la obtención del grado académico Maestro en Ciencias con Especialidad en Automatización, se busca evaluar el grado de mejora en el desempeño de un sistema de control usando esquemas de Control Adaptivo-Predictivo comparado con control PID aplicado a procesos no-lineales y/o variantes en el tiempo. Primeramente, en el presente trabajo se presentan los fundamentos teóricos del control adaptivo-predictivo y el algoritmo que se deriva de estas formulaciones. Adicionalmente, se muestran los diagramas de flujo de dicho algoritmo y un ejemplo numérico donde se explican, de forma detallada, las operaciones matemáticas que se ejecutan en cada instante para el cálculo de la señal de control. La implementación computacional del sistema de control se desarrollo en Labview versión 8.0, y permite simular procesos de primer y segundo orden lineales así como procesos de fase no-mínima sin necesidad de programar. Además, permite la comunicación con un proceso real mediante un modulo de entradas/salidas análogas. Se hacen simulaciones computacionales que cubren un abanico muy amplio de experimentos que tienen como finalidad mostrar que el controlador adaptivo-predictivo es capaz de controlar una gran variedad de procesos sin necesidad de tener conocimiento a priori exacto de los mismos y que puede lidiar con procesos que se le dificultan a controladores convencionales como son: procesos de fase no-mínima y procesos con dinámica variable. Las simulaciones se complementan con la aplicación del sistema de control adaptivo-predictivo a un proceso real, específicamente, un intercambiador de calor de tubos y coraza localizado en uno de los laboratorios del Departamento de Ingeniería Química del Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, Campus Monterrey. Dicho proceso presenta características no-lineales y su comportamiento dinámico varia al cambiar de punto de operación y/o introducir variaciones en flujo del agua que entra al sistema. Para finalizar, se hace una comparación entre el esquema adaptivo-predictivo y el esquema de control convencional con mayor posicionamiento a nivel industrial; el controlador Proporciona-Integral- Derivativo o Proportional-Integral-Derivative (PID por sus siglas en ingles) para los experimentos en simulación y el control del intercambiador.
- Control de presión arterial mediante nitroprusiato de sodio empleando lógica difusa(Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, 2004-05-01) Sepúlveda López, Rodolfo Mario; Favela Contreras, Antonio; Rodríguez Ortiz, José de Jesús; Miranda Domínguez, Oscar; Programa de Graduados en Ingeniería; Campus MonterreyPosterior a una intervención quirúrgica de corazón abierto, el paciente es trasladado a una sala de cuidados intensivos para supervisar el comportamiento de sus variables fisiológicas. Algunos pacientes padecen presión arterial alta después de la cirugía. La hipertensión arterial debe ser tratada a tiempo a fin de evitar complicaciones severas. La infusión intravenosa de fármacos es un método muy utilizado para disminuir la presión arterial. Uno de estos fármacos comúnmente administrados es el nitroprusiato de sodio (SNP). El SNP es un potente vasodilatador de acción rápida, que relaja los músculos venosos permitiendo la reducción de la presión arterial media (MAP) en cuestión de minutos. Debido a que la acción del SNP es muy rápida y poderosa, la infusión es continuamente supervisada por médicos y enfermeras de la sala de cuidados intensivos y generalmente es controlada de forma manual. Cuando la supervisión y el control manual son inapropiados ocurren grandes fluctuaciones de la presión arterial media, poniendo en riesgo la vida del paciente. A mediados de los años setenta, fue desarrollado el primer sistema automático de infusión de SNP para el control de la presión arterial (MAP). El controlador presentaba una acción proporcional e integral, es decir, una estructura PI. Las ganancias de estos dos parámetros eran ajustadas mediante una tabla de decisión. Con el paso del tiempo se han desarrollado diversos controladores de infusión, entre otros, el control adaptable, control PID, control difuso y control basado en redes neuronales. Un número elevado de estos trabajos han sido comprobados mediante simulaciones computacionales, pruebas en animales y algunos menos en pacientes. La utilización de un sistema de control automático de infusión para disminuir la presión arterial puede presentar excelentes resultados clínicos. Aún y cuando un sistema automático debe ser supervisado regularmente para evitar inconvenientes, éste permite al personal medico y de enfermería disponer de mayor tiempo y facilidades para enfocarse en otros aspectos importantes de la salud del paciente. El presente trabajo de investigación propone una solución al problema del control de la hipertensión arterial mediante la infusión de nitroprusiato de sodio como agente vasodilatador. La presión arterial es una variable fisiológica compleja, multivariable y no lineal de los seres vivos. Los resultados de la lógica difusa en sistemas con estas características han sido satisfactorios. Es por ello que se propone la utilización de lógica difusa como estrategia principal en el diseño del controlador. Una de las grandes ventajas de los sistemas difusos es que permiten utilizar la experiencia del personal médico para calcular los parámetros óptimos del controlador, utilizando esta característica se diseñan cada uno de sus elementos resultando así un controlador difuso sencillo pero que agrupa todos los requisitos indispensables para la tarea de regulación de la infusión de nitroprusiato de sodio. El controlador difuso fue sometido a pruebas mediante simulación computacional y a un análisis comparativo con trabajos previos. Al estudiar los resultados obtenidos se observan mejoras en el desempeño de regulación de la presión arterial. El controlador logra estabilizar la presión arterial en el valor y tiempo deseado en alta y media sensibilidad al fármaco. En el extremo de alta sensibilidad se logra minimizar el sobreimpulso en un 10% aproximadamente con respecto algoritmos de control como PID, MRAC y control óptimo. La infusión presenta comportamientos pasmados en el extremo de baja sensibilidad, evitando la intoxicación por sobre-dosis, logrando disminuir la presión arterial dentro de los márgenes de seguridad establecidos. Comparando el controlador difuso con otros algoritmos de control reportados en la literatura, se observa que el error promedio puede ser reducido hasta un 15%, lo cual es un resultado muy alentador.
- Control Difuso Aplicado a una Válvula Electrónica de Admisión(Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, 2004-01-12) Lara Calderón, Eduardo; Favela Contreras, Antonio; Limón Robles, Jorge; Niño Juárez, Elvira; ITESMEl control electrónico automotriz es una tecnología emergente para lograr mejores niveles de manejabilidad, reducción de emisiones y ahorro de combustible en los vehículos de pasajeros convencionales. A diferencia de los vehículos convencionales donde el pedal del acelerador se encuentra directamente acoplado por medio de un enlace mecánico a la mariposa de la válvula, en los vehículos que cuentan con esta nueva tecnología, la mariposa de la válvula es manejada por un motor de corriente directa. éste motor de corriente directa es controlado por una unidad electrónica de control central del vehículo formando parte de los sistemas comúnmente llamados “Drive-by-Wire". Para brindar múltiples beneficios a nivel máquina y vehículo es necesario asegurar un control de posición rápido y preciso en lazo cerrado. El movimiento de la mariposa en la válvula se ve afectado por efectos no lineales de histéresis y bandas muertas debido a la presencia de dos resortes asimétricos. Es por este motivo que surge la necesidad de desarrollar un sistema de control cuyo objetivo sea brindar un posicionamiento rápido y preciso de la mariposa, y cuyas señales de manipulación sean factibles de lograr en presencia de estas no linealidades. En este contexto ha sido desarrollado el presente trabajo de tesis, esperando que sea de utilidad para futuras implementaciones en el sistema de control de admisión para automóviles que cuentan con esta nueva tecnología.
- Metodologías para la obtención del modelo y el programa de control para un proceso de eventos discretos basado en GRAFCET utilizando un PLC(Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, 2002-05-01) Pando Delgado, Agustín; Favela Contreras, Antonio; Viramontes Brown, Federico; Limón Robles, Jorge; Palomera Palacios, Francisco; Programa de Graduados en Ingeniería; Campus MonterreyEn el capítulo 1 se presentan las herramientas formales de modelación e implementación de sistemas de eventos discretos, algunas de éstas son utilizadas en capítulos posteriores en el desarrollo de las metodologías. Estas herramientas son: • Redes de Petri. • Autómatas. • GRAFCET. La primera metodología propuesta es una modificación al trabajo de [14]. Ésta se presenta en el capítulo 2 y se denomina IPTG en GRAFCET, la cual parte de un diagrama IDEFO para formar un modelo bajo la forma de Red de Petri simplificada y finalmente obtener el lenguaje de programación GRAFCET. La segunda metodología es la denominada RIMAnl en GRAFCET descrita en el X capítulo 3. Esta consiste en recolectar la información del proceso de una manera ordenada, para después obtener su correspondiente modelo autómata discreto de éste. Para evitar que este modelo tenga secuencias prohibidas, se realiza un análisis del modelo basado en un autómata, y si éste es favorable se obtiene la estructura de implementación GRAFCET. Con la finalidad de mostrar las bondades de las dos metodologías expuestas(capítulos 2 y 3), se utiliza un proceso de estampado de latas industrial ya instrumentado. Los resultados teóricos obtenidos se muestran en el Anexo 2 (metodología IPTG en GRAFCET) y en el Anexo 4 (metodología RIMAnl en GRAFCET). En el Anexo 1 y 2 se muestran las tablas en blanco para las metodologías IPTG y RIMAnl en GRAFCET respectivamente. Para validar los resultados obtenidos para el proceso de estampado de latas con las metodologías IPTG y RIMAnl en GRAFCET se realizaron pruebas experimentales en el PLC TSX-3705 de Modicon Telemecanique en el Laboratorio de Control Lógico del Departamento de Mecatrónica y Automatización. El desarrollo así como los resultados obtenidos se muestran en el capítulo 4. Finalmente en el capítulo 5 se establecen las conclusiones y perspectivas de este trabajo de tesis.
- Control de presión arterial mediante nitroprusiato de sodio empleando control robusto adaptable con modelo de referencia(Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, 2001-12-01) Miranda Domínguez, Oscar; Miranda Domínguez, Oscar; 231689; Favela Contreras, Antonio; Rodríguez Ortiz, José de Jesús; Dieck Assad, Graciao; ITESM-Campus MonterreyCuando un paciente se encuentra en cuidados pre o postoperatorios, es de vital importancia mantener estables una gran cantidad de variables fisiológicas, lo cual se logra mediante el monitoreo e infusión de diversos fármacos. Esta tarea es realizada por personal médico especializado. Por otro lado, con la evolución de la teoría de control y el rápido avance de la tecnología computacional, la ingeniería biomédica ha sido capaz de diseñar controladores automáticos que juegan un importante rol en la medicina moderna. Cuando los controladores se diseñan y emplean de manera correcta, éstos son capaces de mejorar la calidad de vida del paciente y reducen la variabilidad en la toma de decisiones del personal médico. Es por ello que en esta tesis se desarrolla una estrategia de control que determina la infusión de nitroprusiato de sodio (SNP), que es un potente agente vasodilatador, para disminuir la presión arterial a valores aceptables (100 mmHg), considerando que la dosis no debe exceder los 10 ^g por kg de peso del paciente por minuto (cota a respetar), pues el grupo ciano presente en el SNP es metabolizado en cianuro por el organismo. La sensibilidad al SNP de un paciente a otro e incluso en un mismo paciente, es sumamente variable, lo que conlleva a que el modelado del sistema sea no lineal o lineal variante en el tiempo. De esta manera, la estrategia de control debe ser no convencional. De hecho, al revisar diferentes estrategias de control reportadas en la literatura científica, que abarcan desde control PID hasta redes neuronales, las más adecuadas para el manejo de este tipo de sistemas son las adaptables, como lo demuestran los experimentos realizados en perros. En esta tesis se utiliza el control adaptable con modelo de referencia para determinar la infusión de SNP y garantizar que el sistema tenga un buen desempeño a pesar de que la respuesta del paciente varíe en sensibilidad, tiempo de establecimiento y retraso en la respuesta. El sistema se analiza desde la perspectiva de control adaptable y control robusto (H°°), por lo que la estrategia de control es Control Robusto Adaptable con Modelo de Referencia. Dado que el principal problema del control adaptable es la determinación de la estabilidad del sistema en lazo cerrado, en la tesis se desarrollan los fundamentos y teoremas que garantizan que el sistema en lazo cerrado presente estabilidad robusta. Los resultados obtenidos en esta tesis muestran, mediante simulación, que el sistema en lazo cerrado presenta un buen desempeño y es robusto ante la variación de los parámetros, respetando la dosis máxima de infusión. Es importante agregar también que esta tesis puede servir como guía para la implementación de control robusto adaptable con modelo de referencia para procesos que puedan ser simulados como procesos lineales, con parámetros variables pero acotados.