Contribution to reliable control of dynamic systems

Aplicat embargament des de la data de defensa fins al maig 2020This thesis presents sorne contributions to the field of Health-Aware Control (HAC) of dynamic systems. In the first part of this thesis, a review of the concepts and methodologies related to reliability versus degradation and fault tolerant control versus health-aware control is presented. Firstly, in an attempt to unify concepts, an overview of HAC, degradation, and reliability modeling including some of the most relevant theoretical and applied contributions is given. Moreover, reliability modeling is formalized and exemplified using the structure function, Bayesian networks (BNs) and Dynamic Bayesian networks (DBNs) as modeling tools in reliability analysis. In addition, some Reliability lmportance Measures (RIMs) are presented. In particular, this thesis develops BNs models for overall system reliability analysis through the use of Bayesian inference techniques. Bayesian networks are powerful tools in system reliability assessment due to their flexibility in modeling the reliability structure of complex systems. For the HAC scheme implementation, this thesis presents and discusses the integration of actuators health information by means of RIMs and degradation in Model Predictive Control (MPC) and Linear Quadratic Regulator algorithms. In the proposed strategies, the cost function parameters are tuned using RIMs. The methodology is able to avoid the occurrence of catastrophic and incipient faults by monitoring the overall system reliability. The proposed HAC strategies are applied to a Drinking Water Network (DWN) and a multirotor UAV system. Moreover, a third approach, which uses MPC and restricts the degradation of the system components is applied to a twin rotor system. Finally, this thesis presents and discusses two reliability interpretations. These interpretations, namely instantaneous and expected, differ in the manner how reliability is evaluated and how its evolution along time is considered. This comparison is made within a HAC framework and studies the system reliability under both approaches.Aquesta tesi presenta algunes contribucions al camp del control basat en la salut dels components "Health-Aware Control" (HAC) de sistemes dinàmics. A la primera part d'aquesta tesi, es presenta una revisió dels conceptes i metodologies relacionats amb la fiabilitat versus degradació, el control tolerant a fallades versus el HAC. En primer lloc, i per unificar els conceptes, s'introdueixen els conceptes de degradació i fiabilitat, models de fiabilitat i de HAC incloent algunes de les contribucions teòriques i aplicades més rellevants. La tesi, a més, el modelatge de la fiabilitat es formalitza i exemplifica utilitzant la funció d'estructura del sistema, xarxes bayesianes (BN) i xarxes bayesianes dinamiques (DBN) com a eines de modelat i anàlisi de la fiabilitat com també presenta algunes mesures d'importància de la fiabilitat (RIMs). En particular, aquesta tesi desenvolupa models de BNs per a l'anàlisi de la fiabilitat del sistema a través de l'ús de tècniques d'inferència bayesiana. Les xarxes bayesianes són eines poderoses en l'avaluació de la fiabilitat del sistema gràcies a la seva flexibilitat en el modelat de la fiabilitat de sistemes complexos. Per a la implementació de l?esquema de HAC, aquesta tesi presenta i discuteix la integració de la informació sobre la salut i degradació dels actuadors mitjançant les RIMs en algoritmes de control predictiu basat en models (MPC) i control lineal quadràtic (LQR). En les estratègies proposades, els paràmetres de la funció de cost s'ajusten utilitzant els RIMs. Aquestes tècniques de control fiable permetran millorar la disponibilitat i la seguretat dels sistemes evitant l'aparició de fallades a través de la incorporació d'aquesta informació de la salut dels components en l'algoritme de control. Les estratègies de HAC proposades s'apliquen a una xarxa d'aigua potable (DWN) i a un sistema UAV multirrotor. A més, un tercer enfocament fent servir la degradació dels actuadors com a restricció dins l'algoritme de control MPC s'aplica a un sistema aeri a dos graus de llibertat (TRMS). Finalment, aquesta tesi també presenta i discuteix dues interpretacions de la fiabilitat. Aquestes interpretacions, nomenades instantània i esperada, difereixen en la forma en què s'avalua la fiabilitat i com es considera la seva evolució al llarg del temps. Aquesta comparació es realitza en el marc del control HAC i estudia la fiabilitat del sistema en tots dos enfocaments.Esta tesis presenta algunas contribuciones en el campo del control basado en la salud de los componentes “Health-Aware Control” (HAC) de sistemas dinámicos. En la primera parte de esta tesis, se presenta una revisión de los conceptos y metodologíasrelacionados con la fiabilidad versus degradación, el control tolerante a fallos versus el HAC. En primer lugar, y para unificar los conceptos, se introducen los conceptos de degradación y fiabilidad, modelos de fiabilidad y de HAC incluyendo algunas de las contribuciones teóricas y aplicadas más relevantes. La tesis, demás formaliza y ejemplifica el modelado de fiabilidad utilizando la función de estructura del sistema, redes bayesianas (BN) y redes bayesianas diná-micas (DBN) como herramientas de modelado y análisis de fiabilidad como también presenta algunas medidas de importancia de la fiabilidad (RIMs). En particular, esta tesis desarrolla modelos de BNs para el análisis de la fiabilidad del sistema a través del uso de técnicas de inferencia bayesiana. Las redes bayesianas son herramientas poderosas en la evaluación de la fiabilidad del sistema gracias a su flexibilidad en el modelado de la fiabilidad de sistemas complejos. Para la implementación del esquema de HAC, esta tesis presenta y discute la integración de la información sobre la salud y degradación de los actuadores mediante las RIMs en algoritmos de control predictivo basado en modelos (MPC) y del control cuadrático lineal (LQR). En las estrategias propuestas, los parámetros de la función de coste se ajustan utilizando las RIMs. Estas técnicas de control fiable permitirán mejorar la disponibilidad y la seguridad de los sistemas evitando la aparición de fallos a través de la incorporación de la información de la salud de los componentes en el algoritmo de control. Las estrategias de HAC propuestas se aplican a una red de agua potable (DWN) y a un sistema UAV multirotor. Además, un tercer enfoque que usa la degradación de los actuadores como restricción en el algoritmo de control MPC se aplica a un sistema aéreo con dos grados de libertad (TRMS). Finalmente, esta tesis también presenta y discute dos interpretaciones de la fiabilidad. Estas interpretaciones, llamadas instantánea y esperada, difieren en la forma en que se evalúa la fiabilidad y cómo se considera su evolución a lo largo del tiempo. Esta comparación se realiza en el marco del control HAC y estudia la fiabilidad del sistema en ambos enfoques.Postprint (published version

Contribution to reliable control of dynamic systems

This thesis presents sorne contributions to the field of Health-Aware Control (HAC) of dynamic systems. In the first part of this thesis, a review of the concepts and methodologies related to reliability versus degradation and fault tolerant control versus health-aware control is presented. Firstly, in an attempt to unify concepts, an overview of HAC, degradation, and reliability modeling including some of the most relevant theoretical and applied contributions is given. Moreover, reliability modeling is formalized and exemplified using the structure function, Bayesian networks (BNs) and Dynamic Bayesian networks (DBNs) as modeling tools in reliability analysis. In addition, some Reliability lmportance Measures (RIMs) are presented. In particular, this thesis develops BNs models for overall system reliability analysis through the use of Bayesian inference techniques. Bayesian networks are powerful tools in system reliability assessment due to their flexibility in modeling the reliability structure of complex systems. For the HAC scheme implementation, this thesis presents and discusses the integration of actuators health information by means of RIMs and degradation in Model Predictive Control (MPC) and Linear Quadratic Regulator algorithms. In the proposed strategies, the cost function parameters are tuned using RIMs. The methodology is able to avoid the occurrence of catastrophic and incipient faults by monitoring the overall system reliability. The proposed HAC strategies are applied to a Drinking Water Network (DWN) and a multirotor UAV system. Moreover, a third approach, which uses MPC and restricts the degradation of the system components is applied to a twin rotor system. Finally, this thesis presents and discusses two reliability interpretations. These interpretations, namely instantaneous and expected, differ in the manner how reliability is evaluated and how its evolution along time is considered. This comparison is made within a HAC framework and studies the system reliability under both approaches.Aquesta tesi presenta algunes contribucions al camp del control basat en la salut dels components "Health-Aware Control" (HAC) de sistemes dinàmics. A la primera part d'aquesta tesi, es presenta una revisió dels conceptes i metodologies relacionats amb la fiabilitat versus degradació, el control tolerant a fallades versus el HAC. En primer lloc, i per unificar els conceptes, s'introdueixen els conceptes de degradació i fiabilitat, models de fiabilitat i de HAC incloent algunes de les contribucions teòriques i aplicades més rellevants. La tesi, a més, el modelatge de la fiabilitat es formalitza i exemplifica utilitzant la funció d'estructura del sistema, xarxes bayesianes (BN) i xarxes bayesianes dinamiques (DBN) com a eines de modelat i anàlisi de la fiabilitat com també presenta algunes mesures d'importància de la fiabilitat (RIMs). En particular, aquesta tesi desenvolupa models de BNs per a l'anàlisi de la fiabilitat del sistema a través de l'ús de tècniques d'inferència bayesiana. Les xarxes bayesianes són eines poderoses en l'avaluació de la fiabilitat del sistema gràcies a la seva flexibilitat en el modelat de la fiabilitat de sistemes complexos. Per a la implementació de l?esquema de HAC, aquesta tesi presenta i discuteix la integració de la informació sobre la salut i degradació dels actuadors mitjançant les RIMs en algoritmes de control predictiu basat en models (MPC) i control lineal quadràtic (LQR). En les estratègies proposades, els paràmetres de la funció de cost s'ajusten utilitzant els RIMs. Aquestes tècniques de control fiable permetran millorar la disponibilitat i la seguretat dels sistemes evitant l'aparició de fallades a través de la incorporació d'aquesta informació de la salut dels components en l'algoritme de control. Les estratègies de HAC proposades s'apliquen a una xarxa d'aigua potable (DWN) i a un sistema UAV multirrotor. A més, un tercer enfocament fent servir la degradació dels actuadors com a restricció dins l'algoritme de control MPC s'aplica a un sistema aeri a dos graus de llibertat (TRMS). Finalment, aquesta tesi també presenta i discuteix dues interpretacions de la fiabilitat. Aquestes interpretacions, nomenades instantània i esperada, difereixen en la forma en què s'avalua la fiabilitat i com es considera la seva evolució al llarg del temps. Aquesta comparació es realitza en el marc del control HAC i estudia la fiabilitat del sistema en tots dos enfocaments.Esta tesis presenta algunas contribuciones en el campo del control basado en la salud de los componentes “Health-Aware Control” (HAC) de sistemas dinámicos. En la primera parte de esta tesis, se presenta una revisión de los conceptos y metodologíasrelacionados con la fiabilidad versus degradación, el control tolerante a fallos versus el HAC. En primer lugar, y para unificar los conceptos, se introducen los conceptos de degradación y fiabilidad, modelos de fiabilidad y de HAC incluyendo algunas de las contribuciones teóricas y aplicadas más relevantes. La tesis, demás formaliza y ejemplifica el modelado de fiabilidad utilizando la función de estructura del sistema, redes bayesianas (BN) y redes bayesianas diná-micas (DBN) como herramientas de modelado y análisis de fiabilidad como también presenta algunas medidas de importancia de la fiabilidad (RIMs). En particular, esta tesis desarrolla modelos de BNs para el análisis de la fiabilidad del sistema a través del uso de técnicas de inferencia bayesiana. Las redes bayesianas son herramientas poderosas en la evaluación de la fiabilidad del sistema gracias a su flexibilidad en el modelado de la fiabilidad de sistemas complejos. Para la implementación del esquema de HAC, esta tesis presenta y discute la integración de la información sobre la salud y degradación de los actuadores mediante las RIMs en algoritmos de control predictivo basado en modelos (MPC) y del control cuadrático lineal (LQR). En las estrategias propuestas, los parámetros de la función de coste se ajustan utilizando las RIMs. Estas técnicas de control fiable permitirán mejorar la disponibilidad y la seguridad de los sistemas evitando la aparición de fallos a través de la incorporación de la información de la salud de los componentes en el algoritmo de control. Las estrategias de HAC propuestas se aplican a una red de agua potable (DWN) y a un sistema UAV multirotor. Además, un tercer enfoque que usa la degradación de los actuadores como restricción en el algoritmo de control MPC se aplica a un sistema aéreo con dos grados de libertad (TRMS). Finalmente, esta tesis también presenta y discute dos interpretaciones de la fiabilidad. Estas interpretaciones, llamadas instantánea y esperada, difieren en la forma en que se evalúa la fiabilidad y cómo se considera su evolución a lo largo del tiempo. Esta comparación se realiza en el marco del control HAC y estudia la fiabilidad del sistema en ambos enfoques

Diseño e implementación de un sensor de fuerza de 6 grados de libertad

El objetivo del presente proyecto final de máster es el diseño e implementación de un sensor de fuerza y par, capaz de medir los tres componentes de fuerza y los tres componentes de par, con alta velocidad de procesamiento de señales que posibiliten su implementación en tiempo real con conexión a la interfaz de usuario a través del protocolo USB, que posea la dimensión apropiada para poder ser montado entre la ultima articulación y el efector final de un robot manipulador. Para lo cual se ha optado por una estructura en forma delta, con un anillo circular exterior y tres vigas radiales espaciadas un angulo de 120º sujetas en el interior a una brida también circular. La estructura se ha mecanizado a partir de un bloque de aluminio, buscando que no existan uniones soldadas o sujetas con tornillos. En cada una de las vigas hay pegadas cuatro galgas extensiométricas que miden la flexión en dos direcciones ortogonales. Son un total de 12 galgas extensiométricas fijadas a la estructura, una por cada cara, que se conectan a seis puentes de Wheatstone para transformar las variaciones resistivas en señales de voltaje. El procesamiento de estas señales, se realiza utilizando un microcontrolador de 16-bits de la familia dsPIC30F de Microchip, luego de realizar el procedimiento de calibración, se pueden obtener las componentes de las fuerzas y pares que actúan sobre el sensor, esta información se transmite a la interfaz de usuario por medio del protocolo USB, que permite y facilita la integración a aplicaciones en tiempo real. Para la validación final del diseño del sensor de fuerza se ha realizado una aplicación de control por fuerza de un robot manipulador SCARA. Con esta aplicación se evalúa el correcto funcionamiento del sensor en aspectos como su velocidad de respuesta y linealidad

Diseño e implementación de un sensor de fuerza de 6 grados de libertad

El objetivo del presente proyecto final de máster es el diseño e implementación de un sensor de fuerza y par, capaz de medir los tres componentes de fuerza y los tres componentes de par, con alta velocidad de procesamiento de señales que posibiliten su implementación en tiempo real con conexión a la interfaz de usuario a través del protocolo USB, que posea la dimensión apropiada para poder ser montado entre la ultima articulación y el efector final de un robot manipulador. Para lo cual se ha optado por una estructura en forma delta, con un anillo circular exterior y tres vigas radiales espaciadas un angulo de 120º sujetas en el interior a una brida también circular. La estructura se ha mecanizado a partir de un bloque de aluminio, buscando que no existan uniones soldadas o sujetas con tornillos. En cada una de las vigas hay pegadas cuatro galgas extensiométricas que miden la flexión en dos direcciones ortogonales. Son un total de 12 galgas extensiométricas fijadas a la estructura, una por cada cara, que se conectan a seis puentes de Wheatstone para transformar las variaciones resistivas en señales de voltaje. El procesamiento de estas señales, se realiza utilizando un microcontrolador de 16-bits de la familia dsPIC30F de Microchip, luego de realizar el procedimiento de calibración, se pueden obtener las componentes de las fuerzas y pares que actúan sobre el sensor, esta información se transmite a la interfaz de usuario por medio del protocolo USB, que permite y facilita la integración a aplicaciones en tiempo real. Para la validación final del diseño del sensor de fuerza se ha realizado una aplicación de control por fuerza de un robot manipulador SCARA. Con esta aplicación se evalúa el correcto funcionamiento del sensor en aspectos como su velocidad de respuesta y linealidad

Health-aware control of an octorotor UAV system based on actuator reliability

A major goal in modern flight control systems is the need of improving the reliability. This work presents a reliable control approach of an octorotor UAV that allows distributing the control effort among the actuators using health actuator information. The octorotor is an over-actuated system where the redundancy of the actuators allows the redistribution of the control effort among the existing actuators according to a given control strategy. The priority is given to each actuator according to the capabilities and reliability of this actuatorPeer ReviewedPostprint (author's final draft

Módulo de control para el desbloqueo de equipos de monitoreo vía telefónica

Este documento muestra el proceso realizado para supervisar remotamente el estado de los cables telefonicos por medio del modulo de control para el desbloqueo de los equipos de monitoreo sparton serie 5325B via telefonica; empezando por el funcionamiento y caracteristicas del equipo utilizado por EMCALI para la realización de monitoreo de la red telefónica primaria. Entender cuál es el proceso que desarrollan y la importancia de este para el mantenimiento preventivo de las líneas telefónicas y garantizar el servicio. El primer capitulo trata de dar a conocer al publico el funcionamiento y características del equipo utilizado por EMCALI para la realización de monitoreo de la red telefónica primaria. Entender cuál es el proceso que desarrollan y la importancia de este para el mantenimiento preventivo de las líneas telefónicas y garantizar el servicio. Posteriormente se realiza el estudio de la fuente de alimentación para nuestro prototipo, cuáles fueron las necesidades planteadas para nuestro diseño. Explica cuál fue el método de conversión de voltaje recomendado y los resultados obtenidos en la elaboración del dispositivo. En el capitulo siguiente se comenta acerca del los tonos DTMF, cómo se genera, en qué frecuencias se sitúan, cómo se transmiten por la línea telefónica, cómo está desarrollado el protocolo de comunicaciones BINA utilizado por EMCALI para la identificación de llamadas. Con dicha información desarrollamos un circuito capaz de identificar el número telefónico que hace una llamada telefónica, circuito que forma una parte importante en el prototipo desarrollado. En la siguiente parte del trabajo la investigación se centra en el MODEM, dando a conocer sus características y su importancia en la elaboración del prototipo. Mediante este elemento se establece una comunicación RS232 con el microcontrolador para realizar una transferencia de información por la línea telefónica con un equipo remoto, por medio de esta comunicación se realizan procesos de configuración en el prototipo, esta se destaca por ser una de las funciones más importantes del dispositivo final. En los capítulos finales se ilustra el diseño final con base a la información y necesidades planteadas del prototipo, elementos empleados en la elaboración, las dificultades que se presentaron. Además se proporciona información del software programado para realizar los procesos de configuración con el prototipoPasantía (Ingeniero Electrónico)-- Universidad Autónoma de Occidente, 2007PregradoIngeniero(a) en Electrónica y Telecomunicacione

Reliability importance measures for a health-aware control of drinking water networks

© 2016 IEEE. Personal use of this material is permitted. Permission from IEEE must be obtained for all other uses, in any current or future media, including reprinting/republishing this material for advertising or promotional purposes, creating new collective works, for resale or redistribution to servers or lists, or reuse of any copyrighted component of this work in other works.This work focuses on a health-aware Model Predictive Control (MPC) scheme, which aims at enhancing the availability of the system. The objective is to extend the uptime of the system by delaying, as much as possible the system reliability decay. The weights of the MPC cost function are set according to some reliability importance measures. This work describes the main reliability importance measures and studies which of them are best suited for a health-aware MPC strategy applied to a Drinking Water Network. The overall system reliability as well as the reliability importance measures are computed online through a Dynamic Bayesian Network.Peer ReviewedPostprint (author's final draft

Impact of COVID-19 on cardiovascular testing in the United States versus the rest of the world

Objectives: This study sought to quantify and compare the decline in volumes of cardiovascular procedures between the United States and non-US institutions during the early phase of the coronavirus disease-2019 (COVID-19) pandemic. Background: The COVID-19 pandemic has disrupted the care of many non-COVID-19 illnesses. Reductions in diagnostic cardiovascular testing around the world have led to concerns over the implications of reduced testing for cardiovascular disease (CVD) morbidity and mortality. Methods: Data were submitted to the INCAPS-COVID (International Atomic Energy Agency Non-Invasive Cardiology Protocols Study of COVID-19), a multinational registry comprising 909 institutions in 108 countries (including 155 facilities in 40 U.S. states), assessing the impact of the COVID-19 pandemic on volumes of diagnostic cardiovascular procedures. Data were obtained for April 2020 and compared with volumes of baseline procedures from March 2019. We compared laboratory characteristics, practices, and procedure volumes between U.S. and non-U.S. facilities and between U.S. geographic regions and identified factors associated with volume reduction in the United States. Results: Reductions in the volumes of procedures in the United States were similar to those in non-U.S. facilities (68% vs. 63%, respectively; p = 0.237), although U.S. facilities reported greater reductions in invasive coronary angiography (69% vs. 53%, respectively; p < 0.001). Significantly more U.S. facilities reported increased use of telehealth and patient screening measures than non-U.S. facilities, such as temperature checks, symptom screenings, and COVID-19 testing. Reductions in volumes of procedures differed between U.S. regions, with larger declines observed in the Northeast (76%) and Midwest (74%) than in the South (62%) and West (44%). Prevalence of COVID-19, staff redeployments, outpatient centers, and urban centers were associated with greater reductions in volume in U.S. facilities in a multivariable analysis. Conclusions: We observed marked reductions in U.S. cardiovascular testing in the early phase of the pandemic and significant variability between U.S. regions. The association between reductions of volumes and COVID-19 prevalence in the United States highlighted the need for proactive efforts to maintain access to cardiovascular testing in areas most affected by outbreaks of COVID-19 infection

Contribution to reliable control of dynamic systems

This thesis presents sorne contributions to the field of Health-Aware Control (HAC) of dynamic systems. In the first part of this thesis, a review of the concepts and methodologies related to reliability versus degradation and fault tolerant control versus health-aware control is presented. Firstly, in an attempt to unify concepts, an overview of HAC, degradation, and reliability modeling including some of the most relevant theoretical and applied contributions is given. Moreover, reliability modeling is formalized and exemplified using the structure function, Bayesian networks (BNs) and Dynamic Bayesian networks (DBNs) as modeling tools in reliability analysis. In addition, some Reliability lmportance Measures (RIMs) are presented. In particular, this thesis develops BNs models for overall system reliability analysis through the use of Bayesian inference techniques. Bayesian networks are powerful tools in system reliability assessment due to their flexibility in modeling the reliability structure of complex systems. For the HAC scheme implementation, this thesis presents and discusses the integration of actuators health information by means of RIMs and degradation in Model Predictive Control (MPC) and Linear Quadratic Regulator algorithms. In the proposed strategies, the cost function parameters are tuned using RIMs. The methodology is able to avoid the occurrence of catastrophic and incipient faults by monitoring the overall system reliability. The proposed HAC strategies are applied to a Drinking Water Network (DWN) and a multirotor UAV system. Moreover, a third approach, which uses MPC and restricts the degradation of the system components is applied to a twin rotor system. Finally, this thesis presents and discusses two reliability interpretations. These interpretations, namely instantaneous and expected, differ in the manner how reliability is evaluated and how its evolution along time is considered. This comparison is made within a HAC framework and studies the system reliability under both approaches.Aquesta tesi presenta algunes contribucions al camp del control basat en la salut dels components "Health-Aware Control" (HAC) de sistemes dinàmics. A la primera part d'aquesta tesi, es presenta una revisió dels conceptes i metodologies relacionats amb la fiabilitat versus degradació, el control tolerant a fallades versus el HAC. En primer lloc, i per unificar els conceptes, s'introdueixen els conceptes de degradació i fiabilitat, models de fiabilitat i de HAC incloent algunes de les contribucions teòriques i aplicades més rellevants. La tesi, a més, el modelatge de la fiabilitat es formalitza i exemplifica utilitzant la funció d'estructura del sistema, xarxes bayesianes (BN) i xarxes bayesianes dinamiques (DBN) com a eines de modelat i anàlisi de la fiabilitat com també presenta algunes mesures d'importància de la fiabilitat (RIMs). En particular, aquesta tesi desenvolupa models de BNs per a l'anàlisi de la fiabilitat del sistema a través de l'ús de tècniques d'inferència bayesiana. Les xarxes bayesianes són eines poderoses en l'avaluació de la fiabilitat del sistema gràcies a la seva flexibilitat en el modelat de la fiabilitat de sistemes complexos. Per a la implementació de l?esquema de HAC, aquesta tesi presenta i discuteix la integració de la informació sobre la salut i degradació dels actuadors mitjançant les RIMs en algoritmes de control predictiu basat en models (MPC) i control lineal quadràtic (LQR). En les estratègies proposades, els paràmetres de la funció de cost s'ajusten utilitzant els RIMs. Aquestes tècniques de control fiable permetran millorar la disponibilitat i la seguretat dels sistemes evitant l'aparició de fallades a través de la incorporació d'aquesta informació de la salut dels components en l'algoritme de control. Les estratègies de HAC proposades s'apliquen a una xarxa d'aigua potable (DWN) i a un sistema UAV multirrotor. A més, un tercer enfocament fent servir la degradació dels actuadors com a restricció dins l'algoritme de control MPC s'aplica a un sistema aeri a dos graus de llibertat (TRMS). Finalment, aquesta tesi també presenta i discuteix dues interpretacions de la fiabilitat. Aquestes interpretacions, nomenades instantània i esperada, difereixen en la forma en què s'avalua la fiabilitat i com es considera la seva evolució al llarg del temps. Aquesta comparació es realitza en el marc del control HAC i estudia la fiabilitat del sistema en tots dos enfocaments.Esta tesis presenta algunas contribuciones en el campo del control basado en la salud de los componentes “Health-Aware Control” (HAC) de sistemas dinámicos. En la primera parte de esta tesis, se presenta una revisión de los conceptos y metodologíasrelacionados con la fiabilidad versus degradación, el control tolerante a fallos versus el HAC. En primer lugar, y para unificar los conceptos, se introducen los conceptos de degradación y fiabilidad, modelos de fiabilidad y de HAC incluyendo algunas de las contribuciones teóricas y aplicadas más relevantes. La tesis, demás formaliza y ejemplifica el modelado de fiabilidad utilizando la función de estructura del sistema, redes bayesianas (BN) y redes bayesianas diná-micas (DBN) como herramientas de modelado y análisis de fiabilidad como también presenta algunas medidas de importancia de la fiabilidad (RIMs). En particular, esta tesis desarrolla modelos de BNs para el análisis de la fiabilidad del sistema a través del uso de técnicas de inferencia bayesiana. Las redes bayesianas son herramientas poderosas en la evaluación de la fiabilidad del sistema gracias a su flexibilidad en el modelado de la fiabilidad de sistemas complejos. Para la implementación del esquema de HAC, esta tesis presenta y discute la integración de la información sobre la salud y degradación de los actuadores mediante las RIMs en algoritmos de control predictivo basado en modelos (MPC) y del control cuadrático lineal (LQR). En las estrategias propuestas, los parámetros de la función de coste se ajustan utilizando las RIMs. Estas técnicas de control fiable permitirán mejorar la disponibilidad y la seguridad de los sistemas evitando la aparición de fallos a través de la incorporación de la información de la salud de los componentes en el algoritmo de control. Las estrategias de HAC propuestas se aplican a una red de agua potable (DWN) y a un sistema UAV multirotor. Además, un tercer enfoque que usa la degradación de los actuadores como restricción en el algoritmo de control MPC se aplica a un sistema aéreo con dos grados de libertad (TRMS). Finalmente, esta tesis también presenta y discute dos interpretaciones de la fiabilidad. Estas interpretaciones, llamadas instantánea y esperada, difieren en la forma en que se evalúa la fiabilidad y cómo se considera su evolución a lo largo del tiempo. Esta comparación se realiza en el marco del control HAC y estudia la fiabilidad del sistema en ambos enfoques

Diseño e implementación de un sensor de fuerza de 6 grados de libertad

El objetivo del presente proyecto final de máster es el diseño e implementación de un sensor de fuerza y par, capaz de medir los tres componentes de fuerza y los tres componentes de par, con alta velocidad de procesamiento de señales que posibiliten su implementación en tiempo real con conexión a la interfaz de usuario a través del protocolo USB, que posea la dimensión apropiada para poder ser montado entre la ultima articulación y el efector final de un robot manipulador. Para lo cual se ha optado por una estructura en forma delta, con un anillo circular exterior y tres vigas radiales espaciadas un angulo de 120º sujetas en el interior a una brida también circular. La estructura se ha mecanizado a partir de un bloque de aluminio, buscando que no existan uniones soldadas o sujetas con tornillos. En cada una de las vigas hay pegadas cuatro galgas extensiométricas que miden la flexión en dos direcciones ortogonales. Son un total de 12 galgas extensiométricas fijadas a la estructura, una por cada cara, que se conectan a seis puentes de Wheatstone para transformar las variaciones resistivas en señales de voltaje. El procesamiento de estas señales, se realiza utilizando un microcontrolador de 16-bits de la familia dsPIC30F de Microchip, luego de realizar el procedimiento de calibración, se pueden obtener las componentes de las fuerzas y pares que actúan sobre el sensor, esta información se transmite a la interfaz de usuario por medio del protocolo USB, que permite y facilita la integración a aplicaciones en tiempo real. Para la validación final del diseño del sensor de fuerza se ha realizado una aplicación de control por fuerza de un robot manipulador SCARA. Con esta aplicación se evalúa el correcto funcionamiento del sensor en aspectos como su velocidad de respuesta y linealidad