Escuela de Doctorado

Fecha de lectura: 25/04/2025

• ZHANG, SHUANG: STATE ESTIMATION, DIAGNOSIS AND CONTROL USING SET-BASED APPROACHES FOR LPV SYSTEMS
  
  Autor/a: ZHANG, SHUANG
  Tesis completa: (contacta con la Escuela de Doctorado para confirmar que eres un doctor acreditado y obtener el enlace a la tesis)
  Programa: AUTOMÁTICA, ROBÓTICA Y VISIÓN
  Departamento: Instituto de Organización y Control de Sistemas Industriales (IOC)
  Modalidad: Normal
  Fecha de depósito: 10/01/2025
  Fecha de lectura: 25/04/2025
  Hora de lectura: 10:00
  Lugar de lectura: Aula Capella de l'Escola Tècnica Superior d'Enginyeria Industrial de Barcelona (ETSEIB), Av. Diagonal, 647, 08028 Barcelona
  Director/a de tesis: PUIG CAYUELA, VICENÇ | IFQIR, SARA
  Tribunal:
       PRESIDENT: MAMMAR, SAID
       SECRETARI: NEJJARI AKHI-ELARAB, FATIHA
       VOCAL: COMBASTEL, CHRISTOPHE
  Resumen de tesis: Teniendo en cuenta que la técnica de Sistemas Lineales con Parámetros Variables (LPV) ha demostrado ser una forma efectiva de representar sistemas no lineales, los resultados relacionados con el diseño de observadores y controladores en el marco LPV han sido ampliamente estudiados. Esta tesis contribuye al estado del arte en el campo de la estimación robusta de estados, el diagnóstico de fallos y el control de sistemas LPV, especialmente en presencia de perturbaciones de procesamiento y ruido de medición.La investigación está motivada por los sistemas de seguridad crítica, como los vehículos autónomos, que requieren esquemas de diagnóstico de fallos confiables para detectar e identificar posibles fallos en actuadores y sensores bajo incertidumbres, así como estrategias de control capaces de manejar tanto las incertidumbres como los fallos para lograr un rendimiento óptimo y confiable.La estimación de estados desempeña un papel crucial tanto en el diagnóstico de fallos como en el diseño de controladores. Para garantizar un rendimiento robusto, se desarrolla un método de estimación de estados por conjuntos para sistemas LPV sujetos a perturbaciones y ruidos de medición. Se asume que estas incertidumbres son desconocidas pero acotadas por zonotopos. Las estimaciones óptimas de los estados se obtienen minimizando el radio del zonotopo que acota los estados, formulado como un problema de optimización en forma de Desigualdades Matriciales Lineales (LMIs). Además, el método propuesto se extiende para manejar la detección y estimación de fallos en escenarios más complejos, incluidos los sistemas LPV conmutados y los sistemas No Lineales con Parámetros Variables (NLPV). Adicionalmente, se caracterizan las Faltas Mínimamente Detectables (MDF) y las Faltas Mínimamente Aislables (MIF) mediante un enfoque de invariancia de conjuntos zonotópicos.En el área de control, esta tesis desarrolla un control Zonotópico Lineal Cuadrático (LQZ) para el problema de retroalimentación de estados en presencia de incertidumbres, en el cual el lazo de retroalimentación se cierra utilizando las estimaciones óptimas proporcionadas por un Filtro de Kalman Zonotópico (ZKF). El control LQZ propuesto es menos conservador, ya que modela las incertidumbres utilizando conjuntos zonotópicos en lugar de distribuciones de probabilidad gaussiana. Esta formulación establece al control LQZ como una contraparte zonotópica del bien conocido control Lineal Cuadrático Gaussiano (LQG). Además, en presencia de un fallo en el actuador, se desarrolla una estrategia de Control de Seguimiento Tolerante a Fallos (FTTC). Esta estrategia comprende un ZKF para la estimación de estados y fallos, un mecanismo de compensación de fallos y un controlador de retroalimentación de estados diseñado para lograr un rendimiento $H_\infty$.Las contribuciones mencionadas anteriormente se han aplicado a la estimación de estados, el diagnóstico de fallos y el control de seguimiento de trayectorias en la dinámica lateral de vehículos. La aplicación a datos reales registrados con un vehículo prototipo equipado demuestra la relevancia y eficiencia de los enfoques propuestos.
  

Fecha de lectura: 30/04/2025

• HERNÁNDEZ CHULDE, CARLOS EFRÉN: Software defined networking for autonomous and secure optical networks
  
  Autor/a: HERNÁNDEZ CHULDE, CARLOS EFRÉN
  Tesis completa: (contacta con la Escuela de Doctorado para confirmar que eres un doctor acreditado y obtener el enlace a la tesis)
  Programa: TEORÍA DE LA SEÑAL Y COMUNICACIONES
  Departamento: Departamento de Teoría de la Señal y Comunicaciones (TSC)
  Modalidad: Normal
  Fecha de depósito: 04/03/2025
  Fecha de lectura: 30/04/2025
  Hora de lectura: 10:00
  Lugar de lectura: C4-028-2 de la EETAC - UPC (Campus CBL-Castelldefels)
  Director/a de tesis: CASELLAS REGI, RAMON | MARTINEZ RIVERA, RICARDO VICTOR
  Resumen de tesis: La creciente complejidad y exigencias de las redes de telecomunicaciones modernas hacen necesario el desarrollo de sistemas autónomos y seguros que garanticen unas comunicaciones eficientes, fiables y seguras. La integración de tecnologías avanzadas como la Inteligencia Artificial (IA) y el Aprendizaje Automático (ML) junto con la Distribución Cuántica de Claves (QKD) en las redes ópticas responde a estas necesidades. Esta integración permite la creación de redes que pueden automatizar eficientemente sus operaciones al tiempo que garantizan los más altos estándares de seguridad. En este contexto, esta tesis explora el uso de Redes Definidas por Software (SDN) para el avance de redes ópticas autónomas y seguras, en particular Redes Ópticas Elásticas (EONs). La investigación se centra en la mejora de la eficiencia y la seguridad de las redes para hacer frente a la creciente complejidad y demanda de comunicaciones seguras, de alta capacidad y baja latencia.La tesis doctoral investiga la aplicación de ML, específicamente Aprendizaje Profundo por Refuerzo (DRL) y Redes Neuronales Gráficas (GNN) para abordar retos clave en la gestión y optimización de EONs. El objetivo principal es desarrollar soluciones autónomas e inteligentes para el aprovisionamiento dinámico de servicios, la asignación de recursos y la gestión del espectro. Una aportación significativa de este trabajo es el desarrollo de novedosos enfoques basados en DRL para el enrutamiento y la asignación del espectro (RSA). Estos métodos están diseñados para gestionar de forma adaptativa los recursos de red en tiempo real, superando las limitaciones de los algoritmos RSA tradicionales y estáticos. Al considerar la latencia como un factor clave, el mecanismo RSA basado en DRL garantiza el aprovisionamiento eficiente de aplicaciones sensibles a la latencia y mejora las métricas generales de rendimiento de la red, como la latencia y el rendimiento. La tesis también examina el aprovisionamiento dinámico y la ubicación óptima de funciones de red virtuales (VNF) mediante DRL y GNN. Esta combinación de tecnologías permite una asignación más eficiente de los requisitos de recursos a la infraestructura física, facilitando sistemas de gestión de red escalables y flexibles.La investigación también incluye una validación experimental de las soluciones propuestas. Se implementó una prueba de concepto (PoC) para demostrar la integración de los modelos DRL en un plano de control SDN. Para ello se externalizó el cálculo de la ruta a una entidad dedicada que asiste al controlador SDN en la función de selección de ruta y espectro. Los resultados experimentales confirmaron la aplicabilidad práctica del enfoque DRL para apoyar funciones de control seleccionadas en infraestructuras EON operativas.Además, la investigación explora la coexistencia de la Distribución de Claves Cuánticas Variable Continua (CV-QKD) y los canales clásicos dentro de las EON, lo que resulta esencial para garantizar la seguridad de las comunicaciones en la era de la computación cuántica. Para abordar el reto de las interferencias de ruido de los canales clásicos de alta potencia sobre los canales cuánticos sensibles, la tesis introduce estrategias de asignación dinámica del espectro aprovechando SDN. Estas estrategias optimizan el uso de los recursos espectrales y minimizan las interferencias de ruido, garantizando un funcionamiento seguro y eficiente de la red integrada.En resumen, esta tesis aporta avances significativos en el campo de las redes ópticas autónomas y seguras mediante la integración de técnicas avanzadas de ML, contribuyendo al desarrollo de EON ágiles, de alta capacidad, fiables y seguras para las telecomunicaciones del futuro.
  

Fecha de lectura: 08/05/2025

• RODRÍGUEZ SÁNCHEZ, JULIO: Nonlinear Identification of Underground Seismic Ground Motions From Surface Records
  
  Autor/a: RODRÍGUEZ SÁNCHEZ, JULIO
  Tesis completa: (contacta con la Escuela de Doctorado para confirmar que eres un doctor acreditado y obtener el enlace a la tesis)
  Programa: INGENIERÍA SÍSMICA Y DINÁMICA ESTRUCTURAL
  Departamento: Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental (DECA)
  Modalidad: Normal
  Fecha de depósito: 19/12/2024
  Fecha de lectura: pendiente
  Hora de lectura: pendiente
  Lugar de lectura: pendiente
  Director/a de tesis: LOPEZ ALMANSA, FRANCISCO | LEDESMA VILLALBA, ALBERTO
  Tribunal:
       PRESIDENT NO PRESENCIAL: BENAVENT CLIMENT, AMADEO
       SECRETARI: VARGAS ALZATE, YEUDY FELIPE
       VOCAL NO PRESENCIAL: PINZÓN, LUIS ALEJANDRO
  Resumen de tesis: En Ingeniería Sísmica, generalmente solo se encuentran disponibles registros de aceleraciones en superficie, por lo que esta excitación en capas más profundas del terreno se tiene que estimar mediante análisis de despropagación. Los acelerogramas en profundidad son cruciales para el diseño sísmico de estructuras con partes enterradas, en terrenos irregulares, en deslizamientos inducidos por sismo y en interacción suelo-estructura, entre otras situaciones en ingeniería. Dado que el terreno presenta características mecánicas no-lineales, y teniendo en cuenta la complejidad matemática de la simulación de su comportamiento durante la excitación sísmica, la despropagación es un proceso que presenta relevantes dificultades. La práctica habitual en Ingeniería Sísmica consiste en el uso del proceso de deconvolución para obtener el movimiento sísmico en la base de los modelos numéricos usados para el análisis sísmico de estructuras subterráneas. La desventaja de este método es que, dado que se usa en el domino de la frecuencia, no puede simular la variación de las características no lineales del terreno durante la excitación sísmica, sino que introduce la hipótesis de que las propiedades mecánicas del suelo no varían durante toda su duración. Esto conlleva imprecisiones en el cálculo, que se agudizan en el caso de columnas de suelo flojas o sismos severos.Esta tesis presenta un algoritmo para la estimación de la excitación sísmica en profundidad dado un acelerograma en superficie. El comportamiento del suelo se tiene en cuenta mediante la implementación de leyes constitutivas no-lineales e histeréticas. El algoritmo propuesto es 1D, y la columna de suelo analizada se discretiza en capas para asegurar que se pueden aplicar adecuadamente los procedimientos de resolución de la ecuación de movimiento, siguiendo el método de integración de Newmark. Dado que el problema de despropagación está numéricamente mal condicionado por la singularidad de la matriz de masa, se emplea un método de filtrado Bayesiano no-lineal para estimar la solución.El software de propagación del suelo está desarrollado en el lenguaje de programación Python, incorporando las investigaciones más recientes sobre la simulación numérica del comportamiento del suelo bajo excitación sísmica. Este programa se prueba frente a soluciones teóricas conocidas para la vibración de columnas de suelo y análisis de respuesta del sitio realizados utilizando el programa DEEPSOIL, ampliamente utilizado en la práctica de la Ingeniería Sísmica, para verificar su precisión en el cálculo del comportamiento del perfil del suelo bajo condiciones sísmicas, con resultados satisfactorios.Posteriormente, el software de propagación del suelo se combina con el algoritmo del Filtro de Kalman Unscented para identificar la excitación de entrada en el lecho rocoso dado el registro de aceleración en la superficie del sitio. Se exploran varias variaciones de este filtro Bayesiano. Los resultados de la identificación, tanto de las soluciones teóricas para la vibración de columnas de suelo como del análisis de respuesta del sitio llevado a cabo con DEEPSOIL, sugieren que el algoritmo de análisis inverso propuesto para la obtención de series de tiempo de aceleración en la base del modelo numérico, dadas las mediciones superficiales, es adecuado, especialmente en comparación con el procedimiento de deconvolución.Finalmente, una estructura subterránea modelada en PLAXIS2D se somete a dos movimientos del suelo en la base: un movimiento deconvolucionado y un acelerograma despropagado obtenido a través del proceso de identificación desarrollado en esta investigación. La diferencia en las fuerzas estructurales resultantes para ambos registros destaca la importancia de adoptar algoritmos no lineales para la determinación de la excitación de entrada en la base para un diseño adecuado y seguro de estructuras subterráneas.
  

Fecha de lectura: 09/05/2025

• DAVIS ORTIZ, ALBERTO: Development of a Fuzzy Logic-Based Algorithm for Stroke Detection in Non-Contrast Computed Tomography Images
  
  Autor/a: DAVIS ORTIZ, ALBERTO
  Tesis completa: (contacta con la Escuela de Doctorado para confirmar que eres un doctor acreditado y obtener el enlace a la tesis)
  Programa: INGENIERÍA BIOMÉDICA
  Departamento: Departamento de Ingeniería de Sistemas, Automática e Informática Industrial (ESAII)
  Modalidad: Normal
  Fecha de depósito: 18/02/2025
  Fecha de lectura: 09/05/2025
  Hora de lectura: 16:30
  Lugar de lectura: Aula 28.8, 1a planta, Edifici I, Escola Tècnica Superior d'Enginyeria Industrial de Barcelona, Campus Diagonal Sud, Av. Diagonal, 64708028 Barcelona
  Director/a de tesis: AYMERICH MARTINEZ, FRANCISCO JAVIER | GORDILLO CASTILLO, NELLY
  Resumen de tesis: El presente trabajo aborda el problema de la detección temprana del ictus, no solo desde la perspectiva de la precisión en la detección, sino también enfocándose en la eficiencia computacional, considerando la limitada disponibilidad de casos para el entrenamiento. Con este propósito, se han desarrollado varios algoritmos para optimizar diferentes procesos, como un algoritmo de extracción cerebral, un algoritmo de transformación afín y un filtro adaptativo específico para el ruido en imágenes de tomografía computarizada. Esta investigación ha generado recursos valiosos, como un atlas cerebral de pacientes mexicanos sanos y una plantilla de territorios vasculares. El uso de atlas permitió la extracción de características de áreas específicas. Las características utilizadas fueron relativamente simples, como histogramas y texturas de Haralick, que se combinaron con análisis discriminante lineal y un sistema de inferencia neurodifuso adaptativo como una segunda capa de extracción de características, y finalmente con una máquina de vectores de soporte como clasificador. En conjunto, estos métodos lograron un rendimiento del 98,25%. Los resultados muestran que el uso del sistema de inferencia neurodifuso adaptativo como extractor de características mejora el rendimiento de otros clasificadores debido a su capacidad para manejar la incertidumbre e identificar relaciones no lineales entre variables. Este estudio contribuye al desarrollo de algoritmos de bajo costo computacional y proporciona nuevas perspectivas y herramientas que podrían aplicarse en un entorno real en el futuro.
  

• PUJOL TORRAMORELL, ROGER: Improving Real-Time Guarantees of Cache Coherence and Advanced Interconnections in Real-Time Systems
  
  Autor/a: PUJOL TORRAMORELL, ROGER
  Tesis completa: (contacta con la Escuela de Doctorado para confirmar que eres un doctor acreditado y obtener el enlace a la tesis)
  Programa: ARQUITECTURA DE COMPUTADORES
  Departamento: Departamento de Arquitectura de Computadores (DAC)
  Modalidad: Normal
  Fecha de depósito: 18/03/2025
  Fecha de lectura: pendiente
  Hora de lectura: pendiente
  Lugar de lectura: pendiente
  Director/a de tesis: CAZORLA ALMEIDA, FRANCISCO JAVIER | ABELLA FERRER, JAIME
  Resumen de tesis: La disertación aborda la investigación para mejorar la previsibilidad temporal y el rendimiento en Critical Real-Time Embedded Systems (CRTES), centrada en Multi-Processor Systems on Chip (MPSoCs). Los CRTES son esenciales en dominios críticos como automoción y aviónica, donde se necesitan funcionalidades complejas y alto rendimiento para tareas como inteligencia artificial y procesamiento de datos multi-sensor. Sin embargo, los MPSoCs enfrentan grandes desafíos de verification and validation (V&V) temporal, especialmente en recursos compartidos como caches e interconexiones, que generan retrasos impredecibles. Esta tesis se enfoca en tres áreas clave para mejorar la previsibilidad en CRTES: coherencia de las cache, predictibilidad en interconexiones y rendimiento de aplicaciones mediante vector extensions.Coherencia de las Cache: En los MPSoCs, los protocolos de coherencia aseguran consistencia de datos entre núcleos, pero las caches compartidas generan contención que afecta la previsibilidad. Modificar protocolos suele ser costoso y complejo. Esta tesis propone el uso de hardware event monitors (HEMs) para observar la contención en caches, proporcionando datos clave para la V&V temporal sin alterar los protocolos existentes. Esta metodología se aplica a MPSoCs comerciales como NXP T1040 y T2080. También se introduce el método Remote Protocol-Contention Tracking (RPCT) para un seguimiento detallado de los retrasos por contención inter-core, ofreciendo información clave para optimizar el software. Además, el método Multiple HEM Validation (MHV) mejora la precisión al validar relaciones entre HEMs, mitigando errores conocidos de medición individual.Interconexiones: Los MPSoCs dependen de protocolos como AXI4 para transferir datos entre núcleos, pero el estándar AXI no incluye restricciones temporales, haciendo impredecible su uso en tiempo real. Para abordar esto, se propone AXI4 Real-Time (AXI4RT), una extensión del protocolo AXI que define parámetros temporales para controlar la duración de transacciones entre interfaces. Esto asegura comunicación predecible y mejora la fiabilidad para aplicaciones en tiempo real. Además, se dan pasos iniciales para rastrear la contención en interconexiones AXI5 mediante HEMs actuales y se proponen nuevos HEMs para mejorar este seguimiento.Application Performance con Vector Extensions: Para satisfacer demandas de rendimiento en CRTES, los MPSoCs utilizan GPUs y aceleradores personalizados, que presentan desafíos de certificación por su complejidad y tiempo impredecible. Esta tesis explora vector extensions (VExt) como alternativa. Las unidades Single Instruction Multiple Data (SIMD), presentes en muchos procesadores embebidos, realizan operaciones paralelas en múltiples elementos de datos, mejorando la velocidad de procesamiento. A diferencia de GPUs, las VExt están integradas en los procesadores y cumplen con estándares de alta integridad como MISRA-C, facilitando su certificación. El análisis de VExt en procesadores COTS como NVIDIA AGX Xavier muestra su potencial para mejorar el rendimiento sin comprometer la certificación.En resumen, esta tesis presenta avances en la previsibilidad de CRTES, ofreciendo soluciones para asegurar tiempos confiables en sistemas embebidos complejos. Al abordar la coherencia de las cache, predictibilidad en interconexiones y application performance, proporciona herramientas y metodologías que mejoran el análisis temporal, habilitando MPSoCs para cumplir garantías en tiempo real.