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Uncoupling Continuous Time Systems through a Transfer Function Matrix Technique

Resumen: En los sistemas de control multivariables se disponen de varias entradas y varias salidas, donde cada entrada controla más de una salida y cada salida es controlada por más de una entrada, lo cual se denomina acoplamiento, que presenta complicaciones matemáticas para su resolución, lo que dificulta el control de este tipo de sistemas. Este trabajo tiene como objetivo el desarrollo de una técnica de desacoplamiento por matriz función de transferencia para sistemas multivariables de múltiples entradas y salidas, que consiste en determinar un compensador, de tal forma que el sistema acoplado multivariable pueda convertirse en un desacoplado de varios sistemas de una entrada y una salida. Esto permite que cada entrada controle solamente una salida y que cada salida sea controlada por una entrada; lo que facilita la solución del control. El sistema propuesto utiliza una metodología computacional para lograr el objetivo planteado. Para demostrar la eficacia del algoritmo propuesto se realiza una validación experimental mediante simulaciones matemáticas de diferentes plantas de prueba.

Abstract: Multivariable control systems have several inputs and several outputs, where each input controls more than one output and each output is controlled by more than one input. This is a feature called coupling and presents mathematical complications for solving and controlling such systems. The goal of this work is to develop a decoupling technique using a transfer function matrix for multiple-input multiple-output multivariable systems. The proposed technique consists in determining a compensator in such a way that the multivariate coupled system can become a set of multiple uncoupled single-input single output systems. With this transformation, each input only controls one output and each output is controlled by a single input, facilitating any control solution. The final developed technique uses a computational methodology to achieve the proposed objective. In order to demonstrate the efficiency of the implemented algorithm, an experimental validation is performed through mathematical simulations of different test plants.

Performance analysis of BPSK and QPSK modulation schemes for different channels conditions in GFDM system

Resumen: Hoy en día, las redes de comunicación inalámbricas han aumentado sustancialmente el número de información de transmisión. Por lo tanto, es necesario el desarrollo de nuevas tecnologías que satisfagan esta demanda en los mercados. En este contexto, la Multiplexación por División de Frecuencia Generalizada (GFDM) surge como una solución para las redes de comunicación inalámbricas futuras. El objetivo principal de esta investigación es analizar el desempeño de la modulación de BPSK y QPSK para diferentes condiciones del canal de comunicación en el sistema GFDM. Se presentan las modulaciones BPSK, QPSK y el modelo de señal de matriz del sistema GFDM. El desempeño se evalúa en términos de tasa de errores de bits (BER) y se implementan tres canales diferentes: ideal, fijo y fijo aleatorio. Los resultados de la simulación de detección representan las curvas de desempeño para diferentes escenarios y modulaciones. Se puede observar que, para todos los canales, la modulación BPSK supera a la modulación QPSK

Abstract: Nowadays, the wireless communication networks are substantially increasing the number of transmission information. Therefore, the development of novel technologies that supplies this demand of the markets is necessary. In this context, Generalized Frequency Division Multiplexing (GFDM) arises as a solution for the future wireless communication networks. The principal goal of this research is to analyze the performance of Binary Phase Shift Keying (BPSK) and Quadrature Phase Shift Keying (QPSK) modulations for different conditions of the communication channel in GFDM system. The BPSK, QPSK modulations and matrix signal model of the GFDM system are presented. The performance is evaluated in terms of Bit Error Rate (BER) and three different channels are implemented: ideal, fixed, and fixed-random. The detection simulation results depict the performance curves for different scenarios and modulations. It can be noticed that for all channels the BPSK modulation outperforms the QPSK modulation.

Evaluation of Split-radix IFFT Algorithms in Hardware

Resumen: El objetivo de este trabajo fue identificar experimentalmente en hardware, el algoritmo que presentó el mejor desempeño para el cálculo de la IFFT de un símbolo OFDM del estándar ISDBT-b. Para esto, se describen los algoritmos Split-radix simétrico y asimétrico y se desarrolla toda su implementación en hardware. Los resultados de las pruebas incorporan también otros algoritmos conocidos como radix-2 lite, radix-2, radix-4 y pipelined. La evaluación comparativa del rendimiento de los algoritmos se realizó considerando los siguientes parámetros: la Relación Señal a Ruido de Cuantificación (SQNR), tiempo de procesamiento y la cantidad de recursos utilizados de la tarjeta Virtex-5 XUPV5-LX110T. Del análisis se obtiene que el algoritmo que presenta el mejor desempeño depende del parámetro analizado.

Abstract: The present work focuses on a hardware-based approach to experimentally identify the best performing algorithm for the calculation of the IFFT of an OFDM symbol of the ISDBT-b standard. In order to accomplish this goal symmetric and asymmetric Split-radix algorithms are described and their entire hardware implementation is developed. The results of the test incorporate other algorithms known as radix-2 lite, radix-2, radix-4 and pipelined. The comparative evaluation of the performance of the algorithms was performed considering the following parameters: Signal to Quantize Noise Ratio (SQNR), processing time and the amount of resources used of the Virtex-5 XUPV5-LX110T card. From the analysis it is obtained that the algorithm that presents the best performance depends on the parameter analyzed.

Coupling architecture between INS / GPS for precise navigation in established trajectories

Resumen: Se implementa un prototipo basado en tarjetas de desarrollo para el acoplamiento del sistema de navegación inercial con GPS para mejorar la precisión en la navegación sobre una trayectoria. Inicialmente es necesario la calibración de la unidad de medición inercial (IMU) mediante un filtro de MADGWICK para que los datos brutos extraídos sean fiables, el acoplamiento de las señales del sistema de posicionamiento global (GPS) e IMU se realiza a través de la arquitectura Tight Coupling por medio del Filtro de Kalman con el fin de eliminar errores correlacionados entre sistemas y alcanzar mejor precisión en la solución de navegación generalmente utilizada para aplicaciones en vehículos aéreos no tripulados (UAV). Se desarrolla la aplicación final denominada LJLAB en Matlab, cuya función es procesar y visualizar los datos medidos de ambos sistemas en forma independiente y acopladas al mostrar gráficamente el error en la precisión de posicionamiento que existe entre tecnologías, lo cual es comprobado estadísticamente a través del método experimental ANOVA que calcula el error absoluto entre los puntos reales y los medidos a través del análisis de la media y varianza de los datos observados.

Abstract: A prototype based on development cards for the coupling of the inertial navigation system with GPS is implemented to improve the accuracy of navigation on a trajectory. Initially it is necessary to calibrate the inertial measurement unit (IMU) using the MADGWICK filter to obtain reliable raw data, the coupling of the global positioning system (GPS) and IMU signals is done through the Tight Coupling architecture using the Kalman filter to concurrently eliminate correlated errors between systems and achieve better accuracy in the generally navigation solution used for unmanned aerial vehicle (UAV) applications. The final application, called LJLAB, is developed in Matlab® with the aim of processing and visualizing the measured data of both systems (independent and coupled). The application is capable of showing the error in positioning accuracy that exists between technologies being statistically verified through the experimental method ANOVA which computes the absolute error between the real points and those measured through the analysis of the mean and variance of the observed data.

Implementation of anxiety evaluation systems in laboratory mice using digital image processing

Resumen: En la actualidad existen varias técnicas para evaluar la conducta ansiolítica en animales de laboratorio, debido a que su comportamiento es muy similar al del ser humano, dichas técnicas incluyen métodos manuales y visuales, donde el evaluador debe observar atentamente todo el experimento y documentar cada uno de los eventos de interés realizados por el ratón, o a su vez adquirir equipos electrónicos que cumplan esta función, sin embargo, esta alternativa podría ser demasiado costosa. El presente artículo plantea el diseño e implementación de dos equipos evaluadores de ansiedad de bajo costo (Laberinto en Cruz Elevada y Cuarto Claro Obscuro) mediante procesamiento digital de imágenes, los mismos que después de la validación del funcionamiento entrega resultados de manera automática a través de una aplicación desarrollada en Matlab. Los resultados brindados por la aplicación coinciden con aquellos que un observador obtendría de forma manual y visual, lo que facilita las labores del evaluador y reduce notablemente los posibles errores humanos y de ambigüedad existentes en las pruebas manuales.

Abstract: Currently there are several techniques to evaluate anxiolytic behavior in laboratory animals, since their behavior is very similar to that of humans, such techniques include manual and observational methods, where the evaluator must carefully observe the entire experiment and document each one of the events of interest made by the mouse, or in turn acquire electronic equipment that fulfill this function. However, the last option could be expensive. This article proposes the design and implementation of two low cost anxiety assessment devices (Elevated Plus Maze and Light-Dark Box) using digital image processing, which after the validation of the operation delivers results automatically through an application developed in Matlab. The results provided by the application coincide with those that an observer would obtain manually and visually, facilitating the tasks of the evaluator and reducing the possible human errors and ambiguity existing in manual tests.

Implementation of a wireless transmission system of electric energy through magnetic resonant coupling of near field for low power consumption devices

Resumen: El presente documento plantea un método alternativo de alimentación eléctrica para dispositivos de bajo consumo de potencia de forma inalámbrica. Para el diseño de las antenas encargadas de la transmisión de energía se emplearon líneas microstrip sobre un sustrato FR4 (Flame Retardant 4) basados en métodos matemáticos probados de otros aportes investigativos. Se emplean circuitos integrados con tecnología MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuits) para la generación de radio - frecuencia como fuente de energía en el rango de los 16 MHz a 23 MHz. En la fase de recepción, se requiere de un circuito doblador - rectificador de voltaje de tres etapas con la finalidad de rectificar y amplificar la señal transmitida. Los resultados de la implementación del sistema indican una eficiencia entre el 20% y 30% para distancias de transmisión de hasta 90 mm sin obstáculos. El rendimiento decae entre 0% y 6.67% al utilizar obstáculos como aglomerado, plástico, vidrio, poli estireno expandido, tela y madera, sin embargo, pierde totalmente el rendimiento con metal.

Abstract: This paper proposes an alternative method of wireless power supply for low power consumption devices. For the design of the antennas responsible for the transmission of energy, microstrip lines were used on a FR4 substrate (Flame Retardant 4) based on mathematical methods tested from other research contributions. Therefore, integrated circuits with MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuits) technology are included for the generation of radio-frequency as an energy source in the range of 16 MHz to 23 MHz. In the reception phase, a three-stage doubling voltage circuit is required with the purpose of rectifying and amplifying the transmitted signal. The results of the implementation of the system indicate an efficiency between 20% and 30% for transmission distances up to 90 millimeters without obstacles. The performance decreases between 0% and 6.67% when crossing materials such as agglomerate, plastic, glass, expanded polystyrene, fabric and wood, however, it totally loses performance with metal.