sábado, 13 de abril de 2013

Sistemas interactivos y adaptativos, hacia objetivos más eficientes.Interactive and adaptive Systems, toward more efficient objectives.


Sistemas interactivos y adaptativos, hacia objetivos más  eficientes.

Como  materia que más me interesa, los automatismos siempre han representado entidades fascinantes. Dotar de inteligencia a elementos "muertos", creo que tiene relación con las vocaciones profesionales. Las carreras del lado biológico por una parte, las del lado inorgánico por el otro. Estando de este lado, no es extraño que trate de otorgarles inteligencia o vitalidad.
Los sistemas automáticos pueden resolverse de diversas formas, pero básicamente su estructura inteligente se basa en electrónica analógica o digital.
Aplicaciones
En gran cantidad de procesos para las personas comunes desconocidos, se aplican estos sistemas.
El proceso de alimentos por ejemplo tiene ejemplos donde el producto es totalmente elaborado en forma automática.
Los sistemas de control en industria química o farmaceutica , los de fabricación automotríz, ( procesos no total automáticos), tratamiento  de efluentes, sistemas de acondicionamiento de aire, sistemas de comunicaciones: un satélite o una sonda resuelven por medio de sus automatismos gran parte de sus propios problemas en el espacio, pese a recibir ordenes desde tierra.
Los equipos médicos son otro ejemplo. Las coordinaciones del tránsito urbano.

Los sistemas adaptativos.
Un paso hacia adelante lo constituyen estos dispositivos. Un automatismo básico puede resolver en base a una lógica establecida la respuesta del sistema. El sistema adaptativo es capaz de ajustar sus parámetros en función de los acontecimientos.
He podido actuar en proyectos de investigación en estos temas, interactivos y adaptativos.
Sala de dormir en ambiente controlado.
Esta sala , de la cual hay un artículo en el blog, resuelve en un pequeño ambiente cerrado y aislado térmicamente, el tratamiento del aire para una o dos personas en la función de dormir.
El aire es extraído e inyectado periódicamente para su renovación según la cantidad de personas que habitan el recinto.
Un sensor de temperatura y una placa de tratamiento de ese parámetro se hacen cargo del mantenimiento en el valor deseado.
Un sensor de humedad  provee datos a un control de humedad capaz de generar humectación del aire como deshumectación del mismo.
Cada función tiene su centro inteligente que está separado del otro, aunque tienen relación por circuitos lógicos que los relacionan en determinados casos como se verá.
Se deseaba mantener la cantidad de humedad en el aire constante independiente de la temperatura. Eso permite generar distintos ambientes , entre ellos el de temperatura más alta que la aceptada normalmente , pero con humedad controlada. Todas las apreciaciones subjetivas del cuerpo humano tienen que ver para encontrar el punto adecuado. Incluso a veces depende de cada persona y no es una generalidad.

El sistema automático de ventilación es un centro inteligente que determina el momento en que renovará el aire en un período preestablecido, por un tiempo determinado. Este sistema emite una orden lógica que inhibe la acción del sistema de control de humedad, impidiendo que se intente mantener ese parámetro mientras hay un cambio de aire en la sala. Interesante es indicar que luego de cada período , el sistema se hace un autoajuste, poniendo a cero el contador para comenzar nuevamente el proceso.

El control de temperatura es liberado para seguir su acción, evitando la sensación de pérdida de bienestar interno . No olvidar que las personas duermen en ese ambiente y el sueño no debe ser alterado.
Al final del período de ventilación se libera al control de humedad y se activa un sistema de lámpara germicida que efectúa una limpieza del aire por unos minutos. Todos estos sistemas tienen su propia inteligencia analógica.

El control adaptativo de humedad.
Debido a que se desea mantener la cantidad de humedad en función de la temperatura en forma constante, el sistema de humedad debe conocer que temperatura hay en el ambiente.
En principio hay otro sistema lógico que evita que los controles de humedad actúen si  la temperatura no está en el rango aceptable. Ese rango es de temperatura >20º y <30º C.
Cuando está en el rango de trabajo el sistema recibe información de la temperatura del ambiente lo que combinado con la salida del sensor de humedad hace una comparación con un comportamiento preestablecido para el conjunto. El sistema sabe que debe moverse en lo que sería una variación de tipo lineal admitiendo más humedad relativa ambiente a medida que disminuye la temperatura , y a la inversa.
En ese sentido el sistema se "autoajusta"en sus parámetros, concretamente a los comparadores basados en amplficadores operacionales.
Este sistema que he desarrollado ha sido probado aceptablemente, y se resolvió todo en electrónica analógica, lo que implica explorar en la inteligencia de los sistemas con herramientas menos poderosas que los microprocesadores.
Pese a que el sistema es autoajustable, no es adaptable en su definición más completa, puesto que su comportamiento fue previsto de antemano, pero es un paso hacia ello.
El otro paso a futuro es leer las ondas cerebrales del usuario, siendo que el sistema puede saber en que estado de actividad cerebral se encuentra, ( frecuencia de ondas cerebrales) puede determinar en que parte del proceso del sueño se encuentra , propiciando un cambio correspondiente en el ambiente de acuerdo a eso.

Sistema de iluminación inteligente
El sistema posee por un lado, un sistema de iluminación próximo a la cama, un velador que se acciona por un pulsador. A un cierto tiempo se desconecta, atendiendo a la idea que el usuario puede haberse dormido.
Más complejo  es el sistema de iluminación general. Al ingresar al local , un  sistema detecta la presencia de una persona. A la vez un sensor fotorresistivo con la lógica correspondiente determina si el nivel luminoso del ambiente es el requerido. Si requiere luz habilita el encendido de un pequeño reflector verde.
Luego de un tiempo de no más de 3 minutos, el sistema se desconecta solo.
Arranque automático del proceso
Se ha previsto el arranque automático de todo el proceso sin necesidad de tocar interruptores o accionamiento alguno.
El sistema opera así: la persona accede a la sala. Debe cerrar la puerta porque sino el sistema detecta puerta abierta y no responderá. Ello es debido a la necesidad de mantener el área confinada y a que el sistema responde a ese ambiente solamente.
A continuación la persona se sienta en la cama, o se acuesta.
Cuando ello ocurre , un sensor de presión indica presencia en la cama, estando la puerta cerrada, se determina la orden de encendido de fuentes de alimentación y sistemas en general.
Es un ejemplo de sistema interactivo con el humano, constituyendo una apreciable mejora en las prestaciones de una vivienda, donde el diálogo con los dispositivos automáticos es un problema en sí.

El método de probing
Un método de control de procesos en sistemas que no se pueden cuantificar adecuadamente, o modelar matemáticamente, consiste en la introducción de una perturbación de la carga que ingresa para ser controlada. Así se observa uno o más parámetros del proceso relacionados, y de acuerdo a esos valores determinar si es posible aumentar o no la velocidad de la carga a tratar.
. De esta manera, se logra con una manipulación muy rápida de los parámetros, hacer que el proceso de salida sea óptimo. Ese mismo objetivo no se podría lograr con un modelo de comportamiento de los elementos que ingresan al sistema debido a que tienen composición variable contínuamente. De esa manera, el microprocesador en este caso, aunque podría ser analógico según el caso, permite realizar una tarea imposible para un humano.
Este sistema es adaptativo, puesto que resuelve en base a condiciones cambiantes de la entrada.
Ejemplos: sistemas de tratamiento de efluentes.
Sistema de destilación de petróleo.
Sistema de generación de productos biológicos, como insulina u otros.

Referencias:
Advanced control of anaerobic digestion processes trough disturbances monitoring ( Jean P Steyer, Pierre Buffiere , Damien Rolland and René Moletta , 1997)

Sistema de ventilación automático.
Determina a períodos determinados el ingreso de aire y extracción en locales. Cuando es dotado de sensor de temperatura y humedad puede realizar funciones más complejas. Por ejemplo, para condiciones de temperatura alta en locales, y temperatura baja en exterior , como ocurre en el inicio de la noche en latitudes como la de mi ciudad, es conveniente inyectar aire frío al interior de los ambientes. Ello refrigera y colabora en el caso de refrigeración interna. El sistema puede decidir solo su actuación, incluso teniendo en cuenta parámetros de humedad, si se desea.

Sistemas de iluminación interactivos
Sistemas que pueden detectar el nivel  de iluminación existente para tomar decisiones. Pueden detectar personas para encender o apagar luces. Mediante algoritmos o circuitos analógicos correspondientes , es posible detectar presencias permanentes en un ambiente, lo que implica no apagar en caso de "quietud" en el ambiente. Ello implica cierta inteligencia para detectar la situación. He planteado un sistema así, en un artículo en el blog.

Sistema de iluminación vial inteligentes.
El problema creciente de la energia y los combustibles coincide con los automatismos que están disponibles para resolver problemas como el de iluminación vial.
Pese a que el sistema Led  se presenta como el futuro en este aspecto, aún no está extendido suficientemente para aplicarlo.
Las posibilidades son importantes en cuanto al control. El hecho de tener encendido instantáneo hace que sea posible apagar y encender en cualquier momento la luminaria. Las lámparas de SAP tienen 12 minutos para el encendido.
Es posible imaginar un cruce de rutas sin luces, con detectores que activen el sistema cuando un vehiculo pasa por una ruta. En ese caso las luminarias se pueden encender secuencialmente delante del mismo, presentando una superficie iluminada permanentemente, pero que se va apagando atrás del vehículo.
Aunque es el caso extremo, muestra las posibilidades de esa tecnología.

Para el caso de sistemas con SAP, es posible pensar en sistemas adaptativos a la cantidad de vehículos ,considerando que el encendido no puede ser instantáneo.
En principio , un sistema de detección fotorresistivo genera saltos o umbrales de habilitación de luminarias. En el primer escalón se habilita el sector central del enlace, que constituye el nudo de la seguridad. En el segundo escalón se habilita la parte vecina al centro avanzando hacia afuera. En el tercer escalón los extremos del enlace.
De esta manera , se está ahorrando en el encendido, aunque este dispositivo de encendido parcial se utiliza en el apagado parcial que es lo más importante.
Luego del encendido del sistema se habilita el conteo de vehículos con un sensor de tipo infrarrojo o uno de tipo inductivo enterrado.
La determinación de una cantidad de vehículos en un determinado lapso generará el estado de la iluminación. Si no se supera un determinado nivel, se apagará parcialmente la iluminación comenzando desde los extremos.
El conteo prosigue. En caso de seguir disminuyendo, se deshabilita el sector intermedio, pero el sector central se dejará permanentemente por seguridad, teniendo en cuenta que no se puede reencender rápidamente lámparas de Sodio.
El diseño de un sistema de control analógico que no utilice microprocesador disminuye los costos del sistema.
Este proyecto lo tengo en estudio, teniendo en cuenta que el análisis técnico económico deberá resultar positivo al contar la inversión en equipos y la energía ahorrada.
Por supuesto que este esquema se puede utilizar para sistema Leds también.

Referencias:

Diseño de un Sensor de Flujo Vehicular basado en Lazo Inductivo
http://scielo.sld.cu/scielo.php?pid=S1815-59282012000100004&script=sci_arttext

BARRERAS INFRARROJAS PARA EXTERIOR
http://www.sygseguridad.com.ar/equipos_detalle.asp?id_rubro=35&id_subrubro=109

( en edición...)



Interactive and adaptive Systems, toward more efficient objectives.

As matter that more it interests me, the automatisms have always represented fascinating entities. To endow from intelligence to "dead" elements, I believe that he/she has relationship with the professional vocations. The careers of the biological side on one hand, those of the inorganic side for the other one. Being of this side, it is not strange that it tries to grant them intelligence or vitality.
The automatic systems can be solved in diverse ways, but basically their intelligent structure is based in electronic analogical or digital.
Applications
In great quantity of processes for people neophytes, unknown, these systems are applied.
The process of allowances for example has examples where the product is completely elaborated in automatic form.
The control systems in chemical industry or pharmacist, the manufacturing of automobiles, (automatic non total processes), treatment of industrial residuals, systems of conditioning of air, systems of communications:  a satellite or a probe solve by means of their automatisms great part of their own problems in the space, in spite of receiving ranks from earth.
The medical teams are another example. The coordinations of the urban traffic.

The adaptive systems.
A step forward constitutes it these devices. A basic automatism can solve based on an established logic, the answer of the system. The adaptive system is able to adjust its parameters in function of the events.
I have been able to act in investigation projects in these topics, interactive and adaptive.
Room of sleeping in controlled atmosphere.
This room, of which there is an article in the blog, solves in a small closed atmosphere and isolated thermally, the treatment of the air for an or two people in the function of sleeping.
The air is extracted and injected periodically for its renovation according to the quantity of people that  inhabit the enclosure.
A sensor of temperature and a board of treatment of that parameter are taken charge of the maintenance in the wanted value.
A sensor of humidity provides data to a control of humidity able to generate humidity in the air like extraction of humidity of the same one.
Each function has its intelligent center that is separated from the other one, although they have relationship for logical circuits that relate them in certain cases like it will be seen.
It was wanted to maintain the quantity of humidity in the constant air, independent of the temperature. That allows to generate different atmospheres, among them that of higher temperature that the accepted one usually, but with controlled humidity. All the subjective appreciations of the human body have to see to find the appropriate point. It even sometimes depends on each person and it is not a generality.

The automatic system of ventilation is an intelligent center that determines the moment in that will renovate the air in a preset period, for a while certain. This system emits a logical order that inhibits the action of the system of control of humidity, impeding that  tries to stay that parameter while there is a change of air in the room. Interesting it is to indicate that after every period, the system is made an internal adjustment, putting to zero the accountant to begin the process again.

The control of temperature is liberated to follow its action, avoiding the sensation of loss of internal well-being. Not to forget that people sleep in that atmosphere and the dream should not be altered.
At the end of the period of ventilation it is liberated to the control of humidity and a system of germicidal lamp is activated that makes a cleaning of the air for some minutes. All these systems have their own analogical intelligence.

The adaptive control of humidity.
Because he/she wants himself to maintain the quantity of humidity in function of the temperature in constant form, the system of humidity should know that temperature is in the atmosphere.
In principle there is another logical system that avoids that the controls of humidity act if the temperature is not in the acceptable range. That range is of temperature >20º and < 30º C.
When it is in the working range the system  receives information of the temperature of the atmosphere that that combined with the exit of the sensor of humidity  makes a comparison with a behavior preset for the group. The system knows that  should move in what would be a variation of lineal type admitting more humidity relative atmosphere as it diminishes the temperature, and to the inverse one.
In that sense the system is "adjusted" itself in its parameters, concretely to the algebraic adders based on operational amplifiers.
This system that I have developed has been proven acceptably, and it was solved everything in electronic analogical, what implies to explore in the intelligence of the systems with less powerful tools that the microprocessors.
In spite of the fact that the system is self-adjusting, it is not adaptive in its more complete definition, since its behavior was foreseen ahead of time, but it is a step toward it.
The other step to future is to read the user's cerebral waves, being that the system can know the person's cerebral activity, (frequency of cerebral waves) it can determine in that phase of the process of the dream is, propitiating a corresponding change in the atmosphere according to that.

System of intelligent illumination
The system possesses on one hand, a next system of illumination to the bed, a watchman (light with arm) that is worked by a pusher. At a certain time it is disconnected, assisting to the idea that the user can be had sleeping.
More complex it is the system of general illumination. When entering to the local, a system detects the presence of a person. At the same time a sensor that uses a photoresistor with the corresponding logic determines if the luminous level of the atmosphere is the required one. If it requires light it enables the ignition of a small green reflector.
After a time of not more than 3 minutes, the system is disconnected alone.

Start up automatic of the process
The automatic outburst of the whole process has been foreseen without necessity of playing switches or working some.
The system operates this way:  the person consents to the room. He should close the door because but the system it detects open door and won't respond. It is it due to the necessity of maintaining the confined area and to that the system only responds to that atmosphere.
Next the person sits down in the bed, or she goes to bed.
When it happens it, a sensor of pressure indicates presence in the bed, the closed door being, it is determined the order of ignition of feeding sources and systems in general.
It is an example of interactive system with the human, constituting an appreciable improvement in the benefits of a housing, where the dialogue with the automatic devices is a serious problem.

The probing method
A method of control of processes in systems that cannot be quantified appropriately, or to model mathematically, it consists on the introduction of an interference of the load that enters to be controlled. It is observed this way one or more parameters of the related process, and according to those levels to determine if it is possible to increase or not the speed of the load to try.
. This way, it is achieved with a very quick manipulation of the parameters, to make that the exit process is good. That same objective you could not achieve with a model of behavior of the elements that  enter to the system because they have composition that changes continually. In that way, the microprocessor in this case, although it could be analogical according to the case, it allows to carry out an impossible task for a human.
This system is adaptive, since it solves based on changing conditions of the entrance.
Examples:  systems of efluentes treatment.
System of distillation of petroleum.
System of generation of biological products, as insulin or others.

References:
Advanced control of anaerobic digestion processes trough disturbances monitoring (Jean P Steyer, Pierre Buffiere, Damien Rolland and René Moletta, 1997)

System of automatic ventilation.
It determines to certain periods the entrance of air and extraction in local. When it is endowed with sensor of temperature and humidity can carry out more complex functions. For example, for conditions of high temperature in local, and low temperature in external, like it happens in the beginning of the night in latitudes like that of my city, is convenient to inject cold air to the interior of the atmospheres. It refrigerates it and it collaborates in the case of internal refrigeration. The system can decide alone its performance, even keeping in mind parameters of humidity, if it wants himself.
Interactive Systems of illumination
Systems that can detect the level of existent illumination to make decisions. People can detect, to light or to turn off lights. By means of algorithms or corresponding analogical circuits, it is possible to detect permanent presences in an atmosphere, what implies not to turn off in the event of "stillness" in the atmosphere. It implies it certain intelligence to detect the situation. I have outlined this way a system, in an article in the blog.

System of illumination intelligent vial.
The growing problem of the energy and the fuels coincide with the automatisms that are available to solve problems like that of illumination vial.
In spite of the fact that the system Led is presented as the future in this aspect, it is not still extended sufficiently to apply it.
The possibilities are important as for the control. The fact of having instantaneous ignition makes him to be possible to turn off and to light in any moment the star. The lamps of SAP have 12 minutes for the ignition.
It is possible to imagine a crossing of routes without lights, with detectors that activate the system when a vehicle goes by a route. In that case the stars can light sequentially before the same one, presenting an illuminated surface permanently, but that  goes fading behind of the vehicle.
Although it is the extreme case, it shows the possibilities of that technology.
For the case of systems with SAP, it is possible to think of adaptive systems to the quantity of vehicles, whereas clause that the ignition cannot be instantaneous.
In principle, a system of detection with photoresistor generates jumps or thresholds of qualification of stars. In the first step the central sector of the connection is enabled that constitutes the knot of the security. In the second step the neighboring part is enabled to the center advancing toward out. In the third step the ends of the connection.
This way, it is saving in the ignition, although this device of having lit partially is used in the partial power off that it is the most important thing.
After the ignition of the system the count of vehicles is enabled with a sensor of infrared type or one of buried inductive type.
The determination of a quantity of vehicles in a certain lapse will generate the state of the illumination. If a certain level is not overcome, it will fade the illumination partially beginning from the ends.
The count continues. In the event of continuing diminishing, the intermediate sector is disabled, but the central sector will be left permanently by security, keeping in mind that it cannot light lamps of Sodium quickly.
The design of a system of analogical control that doesn't use microprocessor diminishes the costs of the system.
This project has it in study, keeping in mind that the economic technical analysis will be positive when counting the investment in teams and the saved energy.
Of course that this outline you can also use for system Leds.

References:

Design of a Sensor of Vehicular Flow based on Inductive Knot
http://scielo.sld.cu/scielo.php?pid=S1815-59282012000100004&script=sci_arttext

INFRARED BARRIERS FOR EXTERNAL
http://www.sygseguridad.com.ar/equipos_detalle.asp?id_rubro=35&id_subrubro=109

( in edition...)





















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