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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- Magneto-rheological damper modeling using LPV systems(Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, 2011-01-01) Díaz Salas, Vicente Alberto; DIAZ SALAS, VICENTE ALBERTO; 297034; Morales Menéndez, Rubén; tolmquevedo; Tecnológico de Monterrey, Campus MonterreyThe present research is focused in the dynamical modeling of a Magneto-Rheological Damper as a semi-active actuator. This device shows a complex behavior including non-linearities and hysteresis, features that are to be emulated by a dynamical system, in order to express mathematically the conduct of this device under mechanical vibrations. The M R damper is part of a semi-active suspension system, and by the use of the information of the model designed in this thesis it might be possible to produce a control design for the quarter of car system, in order to regulate the vibrations received by the suspension, incrementing the comfort and safety of the passengers in the vehicle. In order to obtain experimental data from this semi-active device, a set of tests were performed, introducing displacement and current excitation patterns into the shock absorber and measuring the dynamical response of it. Using the experimental results, a set of state of the art models (Semi-Phenomenologial, Phenomenological, Black-Box) were learned to reproduce this data. This work proposes an LP V (Linear Parameter-Varying) system, as a model for the M R damper, which is capable of reproduce both the non-linear and hysteretic behavior of the damper.The LP V model proposed has the capacity to create a relationship between the main excitation variables, and the damper force, in a single structure. Due to this feature, it might later be added to a bigger strategy, such as for control or observation. The model was designed using an LP V polynomial system and an switching variable, which depends on the input velocity and current. Output results shows a higher accuracy from the LP V proposed model, in comparison with the state of the art models reviewed: it has ESR index average values below 0.04 while most of the studied models only achieve values below 0.1. The proposed model of this thesis provides a dynamical description of the Magneto-Rheological damper that generates a link between the main input variables implicated on the damper, and the output force. This feature might become an advantage to later provide an extended model of the quarter of car, and design a controller to regulate the vibrations applied to the suspension.
- Diagnóstico de Fallas Usando el Análisis de Componentes Principales y de Correspondencia-Edición Única(Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, 2009-05-01) Celina Rea Palacios; Morales Menéndez, Rubén; Verde Rodarte, Cristina; Ramírez Mendoza, Ricardo A.; Tecnológico de Monterrey, Campus Monterrey; Acevedo Mascarúa,JoaquínEn un equipo industrial como un intercambiador de calor, las fallas en sensores y actuadores degradan el desempeño del sistema y pueden causar pérdidas económicas importantes. Ya que un sistema industrial puede contener una gran cantidad de sensores y actuadores, es necesario apoyarse en sistemas computacionales para realizar esta tarea. Existen diferentes métodos para la detección y diagnóstico de fallas (FDD), los métodos de detección basados en datos históricos son un ejemplo de estas aplicaciones. En esta investigación, se implementaron dos métodos de este tipo para su comparación y análisis: Análisis Dinámico de Componentes Principales (DPCA) y Análisis de Correspondencias (CA) en un mismo equipo industrial. Ambos métodos requieren representar los proceso vía modelos estadísticos calculados a partir de datos históricos del proceso en condiciones normales de operación y obtener umbrales escalares que capturen la correcta operación del proceso. Esto se logra en dos subespacios: El espacio principal y el residual, seleccionando sus componentes al obtener las gráficas de variación acumulada de información. Los estadísticos T2 de Hotelling y el Q se utilizaron para detectar una falla. El diagnóstico se puede realizar con las tablas de contribución residual. Los dos métodos se probaron con fallas abruptas introducidas en los transmisores, adicionalmente en DPCA se probaron fallas en actuadores. Se analizó el efecto que tiene la cantidad de componentes necesarios en cada subespacio, sensibilidad de los umbrales, la influencia del tiempo de muestreo y la cantidad de datos incluidos en el paso de entrenamiento, además de la efectividad del diagnóstico realizado con las tablas de contribución residual. Adicionalmente, para DPCA se analizo el efecto en la detección de la cantidad de retrasos en el modelo estadístico. Como resultados principales, en esta aplicación se encontró los componentes retenidos son constantes aunque cambie la dinámica del sistema, siendo 5 componentes principales para DPCA y 3 componentes principales para CA. Con las curvas Receiver Operating Characteristics se encontró que el estadístico T2 fue robusto para ambos métodos, el estadístico Q sólo para DPCA, mientras que éste mismo para CA se sugiere no monitorearlo al presentar falsas alarmas. El sistema se puede muestrear hasta 5 segundos sin generar falsas alarmas y la cantidad de datos para generar el modelo estadístico fue de 1500 a 2000 datos para DPCA y CA respectivamente. DPCA tiene 100 % de acierto en los diagnósticos, mientras CA tiene 90.9 % en el transmisor de temperatura de salida y 46.66 % en el flujo de agua. Para DPCA, el incluir más retrasos permite aumentar la rapidez de diagnóstico (Probabilidad de detección=[0.98,0.993]) en ambos estadísticos, pero también aumentan las falsas alarmas para T 2 (Probabilidad de falsas alarmas=[0,0.09]). Para aplicaciones similares se recomienda usar DPCA y CA como sistema de detección y diagnóstico de fallas considerando las sugerencias descritas en este documento, las cuales brindarán la detección más pronta y la mínima cantidad de falsas alarmas.
- Detección y diagnóstico de fallas en sensores de un motor de corriente directa(Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, 2009-01-01) López González, Miguel Ángel; Morales Menéndez, Rubén; Acevedo Mascarúa, Joaquín; Guedea Elizalde, Federico; Aguilar Coutiño, Artemio; Programa de Graduados en Mecatrónica y Tecnologías de Información; División de Mecatrónica y Tecnologías de Información; Campus MonterreyEl área de detección y diagnóstico de fallas está ligada directamente al diseño de nuevos sistemas o procesos, debido a los altos índices de seguridad requeridos hoy en día. Detectar fallas a tiempo puede evitar daños graves a los procesos, maquinarias e inclusive a seres humanos. Se propone un sistema de Detección y Diagnóstico de Fallas (FDD por sus siglas en inglés, Fault Detection and Diagnosis) basado en observadores para fallas aditivas en sensores. Tres diferentes tipos de fallas (falla abrupta, ruido en el sensor y falla gradual) son introducidas; la falla abrupta causa que el sensor presente un sesgo en la lectura. La falla por ruido causa que la salida del sensor presente ruido grande. La falla gradual se presenta normalmente por el desgaste de componentes electrónicos o mecánicos debido al uso del sensor por largos periodos de tiempo; causando que la salida del sensor varia lentamente. Se propusieron dos modelos lineales para representar el comportamiento de la corriente y velocidad en el motor sin falla, estos modelos fueron utilizados para el diseño del observador que es el generador de residuos. Las fallas se detectan y aíslan con un banco de observadores, el diagnóstico se lleva acabo analizando el comportamiento de la media y desviación estándar de los residuos generados por los observadores. El desempeño del sistema FDD propuesto para detectar y diagnosticar las fallas se pone a prueba en sensores utilizados para monitorear un motor de corriente directa colocado en el módulo del volante de un sistema de Dirección por Cable (SBW por sus siglas en inglés, Steer by Wire). El sistema FDD utiliza solamente la señal de excitación que es el voltaje, y la salida de los sensores corriente y velocidad. Los resultados mostraron que el sistema FDD logró detectar todas las fallas en aproximadamente 1 segundo para el sensor de corriente bajo las condiciones de operación establecidas y para las fallas propuestas, el tiempo de diagnóstico fue de 2 segundos debido al procesamiento del cálculo de los índices estadísticos. Para el sensor de velocidad se detectaron 4 falsas alarmas causadas principalmente porque el sistema opera en lazo abierto y las perturbaciones afectan severamente a la velocidad a la que gira el motor de CD.
- Network-Induced Delay Models for Can-Based Networked Control Systems Evaluation-Edición Única(Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, 2007-12-01) Vargas Rodríguez, Rodrigo; Morales Menéndez, Rubén; Ramírez Mendoza, Ricardo A.; Aguilar Coutiño, Artemio; ITESM-Campus Monterrey; Dieck Assad, GracianoNetworked Control Systems (NCS) are a variation of traditional Point-to-Point control systems. In NCS, sensors and actuators may be physically distributed and a serial common-bus communication network is used to exchange system information and control signals. Because all components use the same communication network, network-induced delays make the system stochastic and hard to predict. The Quality of Control (QoC) of each closed-loop system in a NCS is strongly affected by the network-induced delay produced by sensors and control signals. Controller Area Network (CAN) is a popular real-time field-bus used for small-scale distributed environments such as automobiles, and recently in aircraft and aerospace electronics, medical equipment, and factory and building automation. In CAN, the time delay exhibits a stochastic behavior and varies according to the network load. Since QoC is affected by delays, designing and evaluating a controller must take into account the effect of network-induced delays. This thesis illustrates two models that play the role of classifiers and estimators for network-induced delays. Based on experimental delay measurements, the models can estimate the network load and predict future time delay values. The models were built following a statistical approach using a continuous Hidden Markov Model, and a histrogram-based approach. They were trained/tested using experimental data taken from a real CAN system with excellent results. The CAN system used to perform the experiments is a multiplexed CAN scale model from EXXOTest R , which is a training unit with real components of a Peugeot 807. In addition, two examples of the applicability of the models are illustrated. A NCS simulator for evaluating systems under different network conditions, and a NCS observer-based controller. The results for both applications show excellent performance, especially in high network loads.
- Desarrollo de una Interfaz de Software para la Implementación de Estrategias de Control Continuo-Edición Única(Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, 2007-12-01) López Lauterio, Tomás; Morales Menéndez, Rubén; Ramírez Mendoza, Ricardo; Guedea Elizalde, Federico; ITESM-Campus Monterrey; Dieck Assad, Graciano
- Diseño e implementación de un controlador difuso con ganancia auto-ajustable para un intercambiador de calor-Edición Única(Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, 2007-05-01) Ramírez Revilla, Christopher Salvador; Morales Menéndez, Rubén; ITESM-Campus Monterrey
- Desarrollo de una Herramienta Computacional para la Implementación de Estrategias de Control -Edición Única(Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, 2007-05-01) Gonzalez Conzuelo, Miriam Betsabe; Morales Menéndez, Rubén; Guedea Elizalde, Federico; Ramírez Cadena, Miguel de Jesús; ITESM-Campus Monterrey; Bello Acosta, Francisco ÁngelUno de los problemas que se tiene en la industria es que no siempre es posible el monitoreo de las variables del proceso, lo cual dificulta el control de las más importantes. Para realizarlo es necesario instrumentar el proceso, y un equipo de cómputo que permita el monitoreo y control. En este trabajo se realiza el desarrollo e implementación de estrategias de control en un proceso real para establecer el control de temperatura en un intercambiador de calor. Para ello fue necesario desarrollar la comunicación entre un sistema de adquisición de datos y una computadora. Se desarrolló una interface hombre-máquina que permite el monitoreo y control de las variables del proceso. Se implementaron dos controladores, un controlador PID y un controlador PIDifuso. El controlador difuso desarrollado se dise˜n´o con base al método de prueba y error. El controlador PID se ha sintonizado heurísticamente. Se realizaron experimentos en tiempo real, modificando de forma heurística los parámetros de los controladores para encontrar el mejor desempeño del proceso ante cambios en referencia y perturbaciones. Se define el diseño de los experimentos a realizar para probar la operabilidad de la interfaz y se comparó el desempeño de los controladores. Se comprobó el funcionamiento y operabilidad de una interface hombre-máquina que permite el monitoreo y control de las variables de un intercambiador de calor. Se realizo un análisis sobre la confiabilidad del sistema implementado
- Modelación del Acabado Superficial en Procesos de Mecanizado-Edición Única(Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, 2006-05-01) Aguilar Martínez, Sheyla Yael; Morales Menéndez, Rubén; Guedea Elizalde, Federico; Rodríguez González, Ciro A.; ITESM-Campus Monterrey; Viramontes Brown, Federico A.El siguiente trabajo presenta un modelo que pronostica las irregularidades microgeometricas que sufre una pieza de acero al ser careada en un centro de maquinado, el cual fue instrumentado con el fin de obtener parámetros que pudiesen influir en el acabado superficial. El modelo fue seleccionado en base al análisis de métodos estadísticos e inteligencia artificial. Se hizo una investigación sobre los trabajos que se han realizado en los últimos años referentes a modelación de acabado superficial, en el cual se puede observar que la mayoría de las investigaciones son basadas en procesos de torneado más que, en fresado, así como que las variables más significativas son velocidad de corte y avance por diente. Se efectúo la instrumentación del centro de maquinado en donde se practicaron los experimentos con el fin de obtener los parámetros de velocidad de corte (Vc), avance por diente (fz), vibración (V), porcentaje de carga (L) y des- ´ gaste de herramienta (VB), dejando constante en 0.5 mm la profundidad de corte (ap). De acuerdo a un diseño de experimentos factorial completo, se realizaron una serie de pruebas en donde, por medio de los parámetros considerados como más influyentes, se tomaron medidas de rugosidad (Ra). Para estas mediciones se utilizó un rugosímetro Mitutoyo Surftest SJ-201P. El material maquinado fue acero al carbón 1045 con dureza de 52.5 en la escala de Rockwell y medidas de 8 1/2”x ´ 2 1/2”x 2 1/2”. V Los modelos propuestos se basaron en los métodos matemáticos de regresión múltiple y redes neuronales artificiales. Dentro de la regresión múltiple se utilizaron dos estructuras, lineal y exponencial, las cuales fueron evaluadas utilizando las variables antes descritas y, por medio de un análisis ANOVA y del error cuadrático promedio, se obtuvo un modelo tanto para la estructura lineal como exponencial. La red neuronal se realizó con una estructura, de máximo 5 neuronas de entrada, representadas por las variables fz, Vc, V, L y VB , una sola capa oculta, con 6 neuronas, y una neurona de salida simulando el acabado superficial (Ra). Tanto las neuronas de entrada como las de la capa oculta fueron variadas, y al analizar los resultados obtenidos en la neurona de salida, se seleccionó la red con el mínimo error cuadrático promedio. Los modelos de regresión múltiple y de redes neuronales fueron comparados y evaluados entre sí, para determinar el mejor comportamiento tanto en modelación como en predicción, resultando ser la red neuronal con 4 neuronas en la entrada (fz, Vc, V y VB), 6 neuronas en la capa oculta y 1 en la salida, la de mejor desempeño en ambos casos. Obteniendo a un modelo que determina con gran precisión el acabado superficial, cuando se realiza un careado en un centro de mecanizado Huron X10 con una herramienta End mill F 511 con diámetro de 63 mm. En las operaciones de maquinado intervienen infinidad de fenómenos que determinan el acabado superficial por lo que posiblemente al tomar en cuenta otros parámetros dentro del maquinado se puede mejorar considerablemente el error cuadrático promedio obtenido en los modelos, logrando así una amplia área de oportunidad para continuar esta investigación.