Doctorado en Ingeniería: Área Gestión & Desarrollo Tecnológico en Ingeniería

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    Robust control approach for multivariable systems under delays, parametric uncertainty and external disturbances
    (Universidad Industrial de Santander, 2022-04-01T04:53:45Z) Carreño Zagarra, José Jorge ; Villamizar Mejía, Rodolfo
    Esta disertación propone un nuevo esquema de control para sistemas multivariables con o sin retardos de tiempos, perturbaciones externas e incertidumbre paramétrica. La metodología de diseño combina el enfoque de control robusto para sistemas inciertos y el uso de observadores de alta ganancia para la estimación y atenuación de perturbaciones en línea. En la etapa de control feedback se propone el uso de controladores QFT, controladores PI robustos de 2 grados de libertad y controladores reset, con el fin de lograr especificaciones robustas de rendimiento y estabilidad en presencia de incertidumbre en los parámetros del modelo de planta. En la etapa de control feedforward se plantea el diseño de observadores GPI ya que debido a su característica de reconstrucción de variables de fase y estimación de un número finito de derivadas de la perturbación proporcionan propiedades de mitigación o rechazo de perturbaciones, seguimiento de trayectoria, rendimiento robusto y estabilización de salida. El esquema de control propuesto fue validado con éxito en un fotobiorreactor experimental disponible en la Universidad de Almería (España), en donde se obtuvo una mejora significativa en la precisión de la regulación del pH del cultivo de microalgas y, en consecuencia, una influencia positiva en la producción de biomasa. También se realizaron validaciones numéricas en modelos multivariables no lineales, que incluye un proceso de refrigeración de un ciclo, un modelo de turbina eólica marina disponible en la Universidad de Stuttgart (Alemania) y el modelo UVA/Pádova de la Universidad de Virginia (EEUU) para la regulación de glucosa en pacientes con diabetes Mellitus tipo 1. En todos los casos se verifica que el esquema de control propuesto presenta estabilidad y desempeño robusto a pesar de las perturbaciones externas, incertidumbre paramétrica y retardos de tiempo.
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    Optimización del tiempo de ejecución del algoritmo rtm 3d sobre una plataforma gpu
    (Universidad Industrial de Santander, 2022-04-01T04:53:45Z) Salamanca Becerra, William Alexander ; Vivas Mejía, Flor Alba ; Ramírez Silva, Ana Beatriz
    La exploración sísmica permite tomar decisiones importantes en la industria del petróleo gracias a la estimación de propiedades y a la información estructural del subsuelo obtenidas mediante procesamiento de datos sísmicos. La migración sísmica reversa en tiempo (RTM) es la técnica que mejores resultados ofrece en la generación de la imagen final; pero así mismo es una de las técnicas más costosas del procesamiento de datos. Durante el desarrollo de la tesis, se estudiaron aspectos de la implementación del algoritmo RTM como: la ecuación de onda, su solución numérica mediante GPU, la dependencia de datos en RTM, las estrategias de manejo de memoria y la estimación del tiempo de ejecución del algoritmo mediante modelos matemáticos. Éstos últimos fueron empleados para la medición del desempeño de la implementación y la medición de la aceleración después de cada optimización. Los principales aportes de la tesis en el área geofísica se concen-traron en el análisis de estrategias de manejo de memoria, principalmente la estrategia de fronteras aleatorias que reduce la cantidad de cómputo y memoria significativamente; mientras que en computación, el aporte fue el desarrollo e implementación de modelos de predicción de tiempos de ejecución para medir objetivamente el rendimiento de la implementación.
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    Design techniques to mitigate the impact of pvt-variations in nanometer circuits
    (Universidad Industrial de Santander, 2022-04-01T04:53:45Z) Amaya Beltrán, Andrés Felipe ; Roa Fuentes, Élkim Felipe
    El impacto de las variaciones del proceso de fabricación, la temperatura de operación y la tensión de alimentación (PVT) en el rendimiento de Systems-on-Chip (SoC) generalmente se mitiga mediante algoritmos de calibración. Estos algoritmos (ejecutados generalmente en segundo plano) utilizan datos de sen-sors PVT para ajustar la operación a expensas de hardware adicional, latencia y consumo de energía. Este trabajo presenta tres técnicas de diseño novedosas y de baja complejidad para reducir la incidencia de variaciones PVT globales, locales y aleatorias en el rendimiento de un SoC. La primera alternativa aborda la calibración de offset en ecualizadores de retroalimentación de decisión (DFE), utilizados en en-laces seriales. El offset se detecta en el dominio de fase utilizando un detector de fase en la salida del comparador. Esta detección permite eliminar la conexión clásica de modo común en la entrada del comparador. El método permite la implementación de una calibración sobre la marcha sin afectar la carga en la ruta de la señal. La segunda técnica consiste en un algoritmo de calibración para ajustar la no linealidad diferencial (DNL) en convertidores digital-analógico capacitivo. El algoritmo reduce la necesidad de conectar la matriz capacitiva a Vcm mientras se calibra, lo que reduce la complejidad del circuito, la potencia y el consumo de área. La tercera técnica se concentra en mejorar la robustez de la estabilidad de los reguladores lineales. La estabilidad de frecuencia se ve mejorada por dos aspectos: un compensador de Adelanto-atraso, y un esquema adaptativo para la corriente de polarización y el tamaño del transistor de potencia. El compensador se implementa usando la resistencia en serie equivalente del capacitor externo. Además, una estimación de subimpulso realizada por el detector de brown-out de unidades de administración de energía convencionales establece la corriente de polarización y el tamaño del transistor de paso.
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    Caracterización experimental de la turbulencia a grandes distancias horizontales y baja altura mediante la técnica de telescopía de fourier
    (Universidad Industrial de Santander, 2022-04-01T04:53:45Z) Tíjaro Rojas, Omar Javier ; Torres Moreno, Yezid ; Ramírez Silva, Ana Beatriz
    Esta tesis presenta la técnica de Telescopía de Fourier probada experimentalmente a tres distancias diferentes de propagación horizontal y cerca del suelo para la caracterización de la turbulencia, la cual está apoyada en mediciones a partir de sensores de variables físicas adicionales donde se observan las condiciones ambientales. El diseño de este método se basa en la integración de montajes ópticos y electrónicos para poder llevar a cabo el registro y posterior análisis de las mediciones, en dónde el láser fue caracterizado con relación a los efectos más importantes que este produce y por el cual afecta las mediciones de la turbulencia. El hardware y software aquí utilizado se diseñó especialmente para que las mediciones en campo se pudieran adaptar fácilmente a la alimentación con baterías. Los cálculos registrados de las variables de medición de turbulencia fueron ejecutados a partir de Matlab ® y las simulaciones se ejecutaron a partir del apoyo recibido por la “Florida Atlantic University” (FAU) y el “Department of Computer & Electrical Engineering and Computer Science”, con los algoritmos brindados. Esta técnica sirve para la medición de estos parámetros, rescatando las características que se aprendieron en esta tesis para aplicaciones de seguridad en donde se necesite por ejemplo detección de objetos a larga distancia, pues el periodo espacial, de las franjas proyectadas a 134.8 metros de propagación, estuvo en el orden de los cientos de nanómetros, lo cual origina una fuerte motivación para continuar trabajando en este tema.
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    Coded aperture design for adaptive compressive spectral imaging
    (Universidad Industrial de Santander, 2022-04-01T04:53:45Z) Díaz Díaz, Nelson Eduardo ; Arguello Fuentes, Henry
    La adquisición de imágenes espectrales de manera tradicional es un proceso lento debido a que se requiere escanear la escena bajo estudio. En contraste, obtener imágenes espectrales comprimidas (compressive spectral imaging, CSI por sus siglas en inglés) ha atraído un gran interés porque reduce el número de muestras respecto a los sistemas de escaneo para capturar el cubo de datos, esto mejora la velocidad de muestreo. CSI mide proyecciones lineales de una escena, y luego un algoritmo de reconstrucción estima la escena subyacente. Una arquitectura ejemplo de CSI es el sistema de adquisición espectral comprimido de única captura con apertura de color (Colored coded aperture compressive spectral imager, C-CASSI, por sus siglas en inglés) que emplea un arreglo de filtros como códigos de apertura para codificar espacial y espectralmente la luz que entra en el sistema. Dichos códigos de apertura son equivalentes a la matriz de muestreo del sistema, su función es obtener medidas de la señal. Al día de hoy los trabajos relacionados con C-CASSI han usado códigos de apertura no adaptados. Específicamente, el muestreo no adaptado ignora la información a priori acerca de la señal para diseñar los patrones de codificación. Por lo tanto, este trabajo propone tres métodos diferentes para diseñar de forma adaptativa la apertura codificada de colores aplicada a diferentes problemas, incluyendo, mejora de la calidad de la reconstrucción de la imagen de una escena estática, incremento de la precisión en la clasificación usando mediciones espectrales comprimidas, y diseño de un enfoque de estimación de movimiento utilizando una representación escasa en escenas dinámicas (ultrasonido y video multiespectral), en el caso de video multispectral es usado para diseñar aperturas codificadas de forma adaptada para mejorar la calidad de la reconstrucción de la imagen en escenas dinámicas.