Repositorio USM (Universidad Técnica Federico Santa María)
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Diseño de un algoritmo de evaluacioón del rendimiento de moódulos fotovoltaicos en operacioón basado en análisis de imágenes
No full textLa energía solar fotovoltaica es una herramienta que está encontrando su lugar en el mercado, pero aún es necesario mejorar las técnicas de monitoreo para lograr un salto definitivo a ser una alternativa comercialmente atractiva para los inversionistas.
El objetivo de esta investigación es desarrollar un algoritmo de monitoreo de paneles solares basado en análisis de imágenes, capaz de evaluar el rendimiento de múltiples módulos en operación simultáneamente basándose en una imagen RGB capturada en el espectro visible . El modelo diseñado debe ser simple, eficaz y capaz de aplicarse en múltiples condiciones.
Para lograr este objetivo, se desarrollan dos enfoques principales, uno basado en arquitectura de redes neuronales artificiales, capaz de procesar características extraídas manualmente de las imágenes y usar la información para predecir el rendimiento de los módulos fotovoltaicos como un valor de carácter continuo. El algoritmo desarrollado muestra resultados prometedores para ensuciamiento de acumulación natural, con un R2 de 0; 96 y un error cuadrático medio de 4; 87 . 10-5 para el conjunto de validación, pero no es efectivo para sombreamiento parcial ni ensuciamiento de acumulación artificial.
El segundo enfoque se basa en arquitectura de redes neuronales convoluciones, capaz de identificar, segmentar y analizar cada módulo fotovoltaico presente en una imagen y evaluar el rendimiento individualmente, como un valor categ´orico. Este nuevo enfoque es capaz de pronosticar correctamente el desempeñoo de módulos sujetos a ensuciamiento natural, artificial y sombreamiento parcial, alcanzando una precisión de un 73% sobre 8 categorías, y concentrando la mayor parte del error en categorías aledañas, logrando así una herramienta sólida para el diagnóstico de módulos fotovoltaicosPhotovoltaic solar power is a technology that is finding its place in global markets, but it is still necessary to improve monitoring approaches to achieve a definitive leap to being a commercially attractive alternative for investors.
The goal of this research is to develop an algorithm for monitoring solar panels based on image analysis, capable of evaluating the performance of multiple modules in operation simultaneously. The designed model must be simple, effective and capable of being applied in multiple conditions.
To achieve this goal, two main approaches are developed, one based on artificial neural network architecture, capable of processing characteristics extracted manually from the images and using the information to predict the performance of photovoltaic modules as a continuous value. The developed algorithm shows promising results for natural soiling, with an R2 of 0;96 and a mean square error of 4;87 .10-5 for the test set, but it is not effective for partial shading or artificial soiling.
The second approach is based on convolutional neural network architecture, capable of identifying, segmenting and analyzing each photovoltaic module present in an image and evaluating the performance individually, as a categorical value. This new approach is capable of correctly predicting performance of modules subject to natural and artificial soiling and partial shading, scoring an accuracy of 73% over 8 categories, and concentrating most of the error in neighboring categories, thus achieving a solid tool for PV module diagnosticsMagíster en Ciencias de la Ingeniería Mecánic
Prediction of molecular parameters from astronomical emission lines, using neural networks
No full textLa astronomía molecular es un campo que está floreciendo en la era de los grandes observatorios tales como el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA). Con tadio telescopios modernos, sensibles y de alta resolución, tales como ALMA y el Square Kilometer Array, el tamaño de los cubos de datos está escalando rápidamente, generando una necesiad de poderosas herramientas automáticas de análisis. Este trabajo explora la habilidad de realizar predicciones de parámetros molecular, tales como temperatura de excitación y densidad de columna desde líneas espectrales astronómicas, mediante el uso de redes neuronales. Se usaron como casos de prueba, los espectros de CO, HCO+, SiO y CH3CN entre 80 y 400 GHz. Los espectros de entrenamiento fueron generados con MADCUBA, una herramienta de análisis espectral, del estado-del-arte. El algoritmo presentado a continuación, fue diseñado para permitir la generación de predicciones para múltiples moléculas en paralelo, de una manera escalable y que presenta una aceleración lineal. Usando redes neuronales, es posible predecir la densidad de columna y la temperatura de excitación de estas moléculas con un error absoluto medio del 8.5% para CO, 4.1% para HCO+, 1.5% para SiO y un 1.6% para CH3CN. La precisión d ela predicción depende del nivel de ruido, la saturación de la línea y el número de transiciones. Se realizaron predicciones sobre datos reales de ALMA. Los valores predichos por la red neuronal para estos datos reales difieren en sólo un 13% de los datos de MADCUBA en promedio. Las limitaciones actuales de la herramienta incluyen la no consideración del ancho de línea, tamaño de la fuente, múltiples componentes de velocidad y mezcla de líneas.Doctorado en Ingeniería Informátic
Semi-automatic generation of microservices architectures to satisfy non-functional requirements through architectural patterns and tactics
No full textMicroservicios es un estilo de arquitectura que promueve la facilidad de construir y mantener sistemas desglosando sus capacidades de negocio en servicios más pequeños y distribuidos. A menudo, los profesionales suelen utilizar frameworks y plataformas para proporcionar funcionalidades genéricas que abordan problemas recurrentes relacionados a atributos de calidad de sistemas basados en microservicios. No obstante, en la práctica, la información de los frameworks y plataformas es imprecisa y cambiante, así como los requisitos. Los enfoques de despliegue más realista combinan la exploración de las arquitecturas candidatas con su evaluación en cuanto a la satisfacción de los requisitos y la información confusa e incompleta de los frameworks y plataformas disponibles. Esta tesis doctoral describe una técnica novedosa, llamada Azimut, cuyo propósito es generar, evaluar y comparar los ensamblajes de frameworks y plataformas usando descripciones potencialmente imprecisas y cambiantes de requisitos no funcionales, frameworks y plataformas. La evaluación del ensamblaje de los frameworks y plataformas se basa en una puntuación de apoyo que permite modelar un conocimiento arquitectónico imperfecto. La técnica es evaluada en tres estudios empíricos. Los resultados señalan que Azimut genera soluciones cercanas a las que los arquitectos seleccionan para diseñar e implementar arquitecturas de microservicios.Doctorado en Ingeniería Informátic
PHYSIOLOGICALLY BASED FEATURES RELATED TO VOCAL HYPERFUNCTION: FROM LABORATORY TO AMBULATORY DATA
No full textThe following thesis proposal describes a framework for the analysis of signal-
based features related to vocal pathologies, namely phonotraumatic vocal hyper-
function (PVH) and non-phonotraumatic vocal hyperfunction (NPVH), using an
accelerometer attached to the neck-skin in an ambulatory setting. The first stage
consists of extracting physiologically relevant features that are associated with
PVH on a daily basis. A clinical set-up (In Lab) that captures key components
of vocal function, such as acoustics (microphone) and aerodynamics (oral airflow)
from a reading passage, provides a set of model parameters to characterize vocal function. An impedance-based inverse filtering (IBIF) technique is used to es-
timate glottal airflow and related features from the accelerometer signal and to
obtain the same features for the ambulatory data (In Field). An in-depth analysis
of IBIF aerodynamic measures is done in the context of machine learning classi-
fiers. Subsequently, an adaptive version of the IBIF filter (i.e., Kalman smoother)
is proposed in order to estimate the airflow signal, incorporating modeling and
observation noise. The Kalman smoother is compared to the original IBIF fil-
ter with In Lab and In Field data within a classification task to determine the
efficiency and relevance of both approaches. Additional efforts are presented to
provide insights on the capabilities of machine learning tools to be used on PVH
and NPVH patients when compared to their matched-controls. First, a case study
with 4 pairs of PVH and controls is used to determine how the variability of the
IBIF parameters can affect the classification performance with In Lab data. Later,
classical machine learning algorithms are used to investigate the nuances in the
classification of NPVH subjects vs. controls, while a final effort explores the use
of wavelets with deep learning to separate Pre vs Post therapy in NPVH patients.
The main contributions of this thesis are: 1) to develop a machine learning frame-
work for the analysis and classification of neck-surface acceleration signals using
aerodynamic features; 2) to propose an alternative filtering scheme to IBIF based
on adaptive filtering; and 3) to support the first two contributions by exploring
pilot studies on salient features for NPVH, IBIF parameter uncertainty, and therapy effects on NPVH. Discussions and conclusions are included in each chapter
to interconnect the ambulatory analysis of glottal flow with machine learning,
to establish the potential benefits and limitations of these approaches in clinical
settings.Doctorado en Ingeniería Electrónic
Estudio numérico de la electrostática en biomoléculas de gran tamaño, mediante herramientas de computación de alto desempeño.
No full text.Magíster en Ciencias de la Ingeniería Mecánic
INTRODUCCIÓN A LA TEORÍA DE LOS ESQUEMAS AFINES
No full textEn la primera parte de esta tesis se presentan y discuten algunos resultados importantes de la
teorı́a de los esquemas afines. Se define el espectro primo de un anillo conmutativo con identidad
y se analizan sus caracterı́sticas como espacio topológico. Por otro lado, se presenta una breve
introducción a la teorı́a de los haces, la cual servirá para luego construir el haz estructural de
anillos conmutativos sobre el espacio topológico Spec(R). De esta manera, se entrega la noción
de esquema afı́n como un espacio topológico vinculado a un haz de anillos conmutativos.
La segunda parte de este trabajo se basa en algunas aplicaciones de la teorı́a de los esquemas a
las áreas de la geometrı́a algebraica y la teorı́a de números. Se examinan ejemplos relacionados
con curvas algebraicas, puntos regulares y singulares. Por último, se utilizan las herramientas
de la teorı́a de los esquemas para realizar un estudio detallado acerca de las caracterı́sticas del
√
anillo Z 3 .In the first part of this thesis, some important results on affine scheme theory are presented and
discussed. The prime spectrum of a commutative ring with identity is defined and its properties
as a topological space are analyzed. On the other hand, a brief introduction to sheaf theory
is presented, which will be useful for building the structural sheaf of commutative rings on the
topological space Spec(R). In this sense, the notion of an affine scheme as a topological space
linked to a sheaf of commutative rings is given.
The second part of this work is based on some applications of the scheme theory on algebraic
geometry and number theory. Examples related to algebraic curves, regular and singular points
are examined. Finally, the tools given by scheme theory are used to make a full research about
√
the properties of the ring Z 3 .Magíster en Ciencias, mención Matemátic
Primal-dual splitting algorithms for constrained monotone inclusions
No full textIn this thesis we propose an efficient splitting algorithm for solving constrained primal-dual monotone inclusions with a normal cone to a closed vector subspace. Our algorithm incorporates an additional projection onto a set of constraints, which represents a priori information on the solutions. This work is divided in two parts. In the first part, we study the case when the vector subspace is the whole space, in which we provide weak convergence of our method, as well as accelerated convergence and linear convergence under corresponding additional hypotheses on the operators and step sizes of the algorithm. In the second part, we consider the general case and we demonstrate weak convergence of our method by characterizing the solutions to the inclusión using the partial inverse operator. The efficiency of our method is illustrated in the context of convex optimization with affine linear constraints and vector subspace constraints. The use of the a priori information allows the feasibility of primal iterations in a subset of constraints and the use of the partial inverse operator allows to exploit the vector subspace structure. These two features of our method improve the efficiency with respect to several methods in the literature. Finally, we also apply our method to solve the traffic assignment problem with arc-capacity expansion on a network with minimal cost under uncertainty, in which we show the advantage of using the vector subspace structure of the problem.En esta tesis proponemos un algoritmo eficiente de separación primal-dual para resolver inclusiones monótonas restrictas que incluyen un cono normal a un subespacio vectorial cerrado. Nuestro algoritmo incorpora una proyección adicional sobre un conjunto de restricciones, el cual representa información a priori en la solución. Este trabajo se divide en dos partes. En la primera parte, estudiamos el caso en que el subespacio vectorial es todo el espacio, demostrando convergencia débil de nuestro método, como también convergencia acelerada y convergencia lineal bajo correspondientes hipótesis adicionales sobre los operadores y parámetros del algoritmo. En la segunda parte, consideramos el caso general y demostramos convergencia débil de nuestro método mediante la caracterización de soluciones de la inclusión, usando la técnica de la inversa parcial de un operador. La eficiencia de nuestro método se ve reflejada en el contexto de optimización convexa con restricciones lineales afines y de subespacio vectorial. El uso de la información a priori permite la factibilidad de las iteraciones primales en un subconjunto de restricciones y el uso de la inversa parcial de un operador permite explotar la estructura del subespacio vectorial. Estas dos características de nuestro método mejoran la eficiencia con respecto a varios métodos clásicos en la literatura. Finalmente, también aplicamos nuestro método al problema de asignación de trafico en redes de transporte con expansión de capacidad de arco bajo incertidumbre, en el cual mostramos la ventaja de usar la estructura del subespacio vectorial del problema.Magíster en Ciencias, mención Matemátic
MONITOREO Y DIAGNÓSTICO DE LA OPERACIÓN DE UNA COLUMNA DE FLOTACIÓN PILOTO USANDO MÉTODOS DE PROYECCIÓN (PCA)
No full textEn el proceso de flotación se registran muchas variables, pero ante la ocurrencia de alguna falla de
tipo operacional o instrumental es muy difícil identificar las causas que provocan pérdidas
operacionales por lo que se hace necesario incorporar el monitoreo en línea y los sistemas de
diagnóstico de la operación que son una parte importante de la mejora continua dentro del proceso
de flotación. El objetivo principal de este trabajo es construir un modelo para monitorear y
diagnosticar fallas operacionales en una columna de flotación instalada en el Laboratorio de
Operaciones Unitarias (LOU) del Departamento de Ingeniería Química y Ambiental (DIQA) de la
Universidad Técnica Federico Santa María (UTFSM). La “Columna de Flotación Piloto IQA” es
el equipo experimental utilizado, de 20 [cm] de diámetro y 3,14 [m] de altura que fue construido
e instrumentado principalmente para poder operarse con pulpa real (mezcla de sólidos de
concentrado y relave), de manera industrial, pero pese a las dificultades y limitaciones del sistema
se decide trabajar en circuito cerrado.
La columna cuenta con un control distribuido que consta de tres lazos de control, profundidad de
espuma, flujo de aire y de flujo de agua de lavado. El cuerpo central del DSC (Sistema de Control
Distribuido) se encarga de colectar y enviar las señales a los elementos finales de control
(actuadores), así mismo el registro de las señales de los sensores las que son digitalizadas y puestas
a disposición del usuario. El sistema de control automático implementado en la columna es el
OPTO 22. El PAC es programado usando PAC Control Pro 10.2, una herramienta de
programación basada en diagramas de flujo para control industrial y aplicaciones de procesos. La
interfaz gráfica o HMI es realizada con el PAC Display Configurator Pro 10.2. Para el almacenaje
de la base de datos de todas las variables asociadas a la columna se hace uso del Opto Data Link
Monitor 10.2.Many variables are recorded in the flotation process, but due to the occurrence of some operational
or instrumental failure, it is very difficult to identify the causes that cause operational losses, so it
is necessary to incorporate online monitoring and diagnostic systems. operation that are an
important part of the continuous improvement within the flotation process. The main objective of
this work is to build a model to monitor and diagnose operational failures in a flotation column
installed in the Unit Operations Laboratory (LOU) of the Department of Chemical and
Environmental Engineering (DIQA) of the Technical University Federico Santa María (UTFSM
). The “IQA Pilot Flotation Column” is the experimental equipment used, 20 [cm] in diameter and
3.14 [m] high, which was built and instrumented mainly to be able to operate with real pulp
(mixture of solids of concentrate and tailings ), industrially, but despite the difficulties and
limitations of the system, it is decided to work in a closed circuit.
The column has a distributed control consisting of three control loops, foam depth, air flow and
wash water flow. The central body of the DSC (Distributed Control System) is responsible for
collecting and sending the signals to the final control elements (actuators), as well as the
registration of the sensor signals which are digitized and made available to the user. The automatic
control system implemented in the column is OPTO 22. The PAC is programmed using PAC
Control Pro 10.2, a programming tool based on flowcharts for industrial control and process
applications. The graphical interface or HMI is made with the PAC Display Configurator Pro 10.2.
For the storage of the database of all the variables associated with the column, the Opto Data Link
Monitor 10.2 is used.Magíster en Ciencias de la Ingeniería Químic
ESTUDIO DE LOS PAGOS ADICIONALES EN MERCADOS ELÉCTRICOS A TRAVÉS DE UNA FORMULACION BASADA EN REDES DEL PROBLEMA CONVEX HULL PRICING
No full textEste trabajo estudia los pagos adicionales en mercados mayoristas de electricidad, utilizando el
método Convex Hull Pricing para determinar precios. El problema de precios es reformulado utilizando redes
de flujo para representar la región de operación factible de las unidades, lo que implica que las restricciones
asociadas definen un poliedro con la propiedad de integralidad. La formulación basada en redes entrega
flexibilidad en el modelamiento de características de las unidades y permite obtener los precios resolviendo
un problema en programación lineal. Para resolver el problema se utiliza un enfoque primal-dual basado
en el algoritmo desarrollado por Bienstock y Zuckerberg. El algoritmo, junto a las técnicas de preproceso e
inicialización implementadas, permiten alcanzar tiempos de solución menores a lo obtenido con algoritmos
de optimizadores comerciales, tales como dual simplex y barrier. Por otro lado, los resultados económicos
sugieren que la formulación propuesta obtiene el pago adicional mínimo incluso cuando las unidades tienen
costos de partida dependientes del tiempo, lo cual hace que nuestro enfoque sea más robusto que la mejor
formulación compacta encontrada en la literatura. Este trabajo también analiza el efecto de precios subóptimos
sobre los pagos adicionales relajando el criterio de optimalidad del algoritmo implementado, observando
el mayor impacto sobre el pago relacionado al costo de oportunidad perdido. Finalmente, la formulación
propuesta puede ser clasificada como un problema de redes con restricciones adicionales y de esta forma
abarcar otras aplicaciones, para lo cual el estudio computacional realizado entrega resultados de contraste
detallados.This paper studies the convex hull pricing problem in electricity markets through a network-flow-
based formulation. The network represents the feasible operating region of a generating unit, and the
associated flow constraints define a polyhedron with an integrality property. These facts provide modeling
flexibility with respect to the inclusion of unit features, and allow to obtain convex hull prices from a linear
programming problem. The formulation is solved using a primal-dual approach based on the algorithm
developed by Bienstock and Zuckerberg. The algorithm, together with the implemented pre-processing
and initialization techniques, allows to achieve lower solution times than those obtained by state-of-the-art
algorithms available in commercial solvers, e.g., barrier and dual simplex. Furthermore, results suggest that
the proposed formulation obtains the minimum uplift payments even when time-dependent start-up costs
are included, making the approach more robust than the best documented compact formulation. This paper
also discusses the effect of sub-optimal prices on uplift payments by relaxing the optimality criterion of the
algorithm, observing a significant impact on lost opportunity costs.Magíster en Ciencias de la Ingeniería Industria
ESTIMACIONES DE ERROR A POSTERIORI PARA ESQUEMAS DE ELEMENTOS FINITOS EN PROBLEMAS DE CONTROL ÓPTIMO DE LA ECUACIÓN DE STOKES
No full textCatalogado desde la version PDF de la tesis.En este trabajo se construyen estimadores de error a posteriori para un problema de control óptimo con restricciones en EDP. Parte de la restricción corresponde al problema de Stokes, por lo que se comienza por estudiar dicha temática y algunos resultados principales, como lo son su formulación mixta y restringida, existencia y unicidad, los esquemas de discretización por elementos finitos (inf - sup estables y estabilizados) y el correspondiente análisis de error a posteriori. De esto último sederivan 2 tipos de estimadores de error: computables y no computables.Posteriormente se estudia el problema de control óptimo y, siguiendo los mismos pasos para abordar el problema de Stokes, se elaboran estimadores de error a posteriori, también del tipo computables y no computables, sobre la discretización del sistema de optimalidad obtenido.Para cada problema se evalúa el desempeño del estimador no computable y se compara con el error de discretización, mediante una cierta norma. A su vez se elabora un algoritmo adaptativo de resolución que permite refinar el mallado del dominio bajo un criterio basado en el estimador de error.Magíster en Ciencias, mención Matemátic