lunes, 4 de febrero de 2019

Toolbox de Control para Python

Para aquellos que busquen un sustituto de código abierto para Matlab hay una buena noticia: Existe el módulo Python Control Systems Library. Acabo de probarlo y me parece mucho mejor que otras alternativas como los toolbox de control para Scilab y Octave. Si usan Anaconda, pueden instalarlo desde la terminal usando conda:

$ conda install -c conda-forge control

Quiero mostrarles algunos ejemplos simples utilizando el modelo de un motor NXT de Lego que describo en una entrada anterior. El modelo es el siguiente:
Creamos el objeto del modelo de la siguiente forma:

#Modelo como función de transferencia
num = [193.3]
den = [1.0, 18.735, 0.0]
sys = ctrl.tf(num,den) #Lazo abierto
print(sys)


El print nos mostrara la función de transferencia como una fracción en texto (al igual que en Matlab). Vamos a graficar ahora la respuesta al escalón de la planta en lazo cerrado:

#Modelo en lazo cerrado
sys_cl = ctrl.feedback(sys,1)

#Respuesta al escalón
t,y = ctrl.step_response(sys_cl)


#Graficas
plt.plot(t,y)
plt.grid(True)
plt.title(u"Respuesta al escalón")
plt.xlabel("segundos")


Lo que nos dará el siguiente resultado:
Para obtener el diagrama de bode:

plt.figure(2)
ctrl.bode_plot(sys)


Para visualizar el diagrama de polos y zeros:

from control.pzmap import pzmap 

plt.figure(3)
polos,zeros = pzmap(sys_cl), plt.grid(True)
print(polos[0])
print(polos[1])


¡Trataré de crear notebook's con más ejemplos y subirlos en mi GitHub!

viernes, 1 de febrero de 2019

This Must Be The Place

Hoy descubrí una canción que no conocía de The Talking Heads que ahora quisiera escuchar por el resto de mi vida. Se me ha quedado muy grabado en la mente uno de los comentarios del video. Just buried a dear friend after his long battle with a cruel disease. Instead of a moment of silence, he requested this song be played. Momentos después, un tanto por accidente, me puse a escarbar en la antigua blogosfera. Suelo añorar la época en la que gente escribía con frecuencia sobre sus vidas e ideas. Entre blog y blog empecé a notar que la mayoría parecieron detenerse entre 2009 y 2011, habiendo algunos que aguantaron hasta 2013. De todos hubo uno que atrapó mi atención. El (no tan) maravilloso mundo del Jedi... Suelo saltarme las primeras entradas para tratar de recuperar la secuencia temporal. De haber leído la última entrada hubiera adelantado lo que averigüé después. El autor me cayó bien, de esas personas que hubiera disfrutado leer en 2008. Una costumbre de ex-blogger es mudarse a Twitter así que se me ocurrió buscarlo ahí. Su último tweet, fechado el 10 de agosto de 2013, era una corta despedida. Por un enlace a su Facebook publicado desde su Twitter me di cuenta, por los comentarios de sus amigos y familia, que había fallecido por leucemia en septiembre de 2013. Había visto perfiles de dueños ausentes antes, pero nunca uno tan lleno de escritos abundantes de buenos detalles. El tipo de cosas que muchos quisiéramos que nos escribieran al dejar el mundo. Sin haberlo conocido puedo decir que fue una persona que verdaderamente supo dejar huella en la gente. Incluso en un extraño como yo. This Must Be The Place me suena en la mente como el final de una pelicula.

miércoles, 23 de enero de 2019

Tres libros que verdaremante pueden cambiarte la vida

Al menos lo han sido para mí y considero buena idea hacer algunos comentarios. No me considero muy bueno haciendo reseñas pero creo que si puedo puntualizar por qué me hicieron cambiar mi modo de ver la vida.

The Practicing Mind (Ejercita Tu Mente en la edición en español), Thomas Sterner. Es un libro corto que te da una idea simple pero poderosa. Es una observación aparentemente obvia pero yo no vi hasta muchos años adelante en mi vida: Cada minuto de práctica/estudio cuenta y los minutos se acumulan con el tiempo. Ninguna habilidad se crea de la nada (ni se nace con ella), sino que debe crearse paso a paso a través de la práctica. El libro explica a detalle la profundidad que se oculta en esta idea y los consejos para llevarla a la práctica. Sin duda un libro que hubiera cambiado enormemente mi vida si lo hubiera leído a los 15 o 12.

Learned Optimism (Aprenda Optimismo), Martin Seligman. De acuerdo a las investigaciones del Prof. Seligman los consejos de este libro me habrían evitado muy probablemente el desorden de ansiedad generalizada contra el que luché por casi dos años. Y así lo creo. No se dejen engañar por el título que suena a superación personal barata. Lo digo teniendo una mente científica que no se traga cualquier cosa. En la definición del autor, optimismo es el entendimiento de que nuestras acciones cuentan y que, en la mayoría de las veces, tenemos mucho más control del que creemos, todo esto sin caer en una fastidiosa "actitud positiva" ciega.

Attached (Maneras de Amar), Amir Levine. No creo que en pocas lineas pueda hacer justicia a la manera en que este libro me abrió los ojos a todos los errores que había cometido en mi vida amorosa. Pueden quizá omitir mis anteriores recomendaciones, pero no esta. Este libro debería ser lectura obligatoria en la secundaria o preparatoria. El libro aborda el tema de de los modelos de apego en las relaciones humanas y de como aplicarlos para elegir a una pareja que se adecue a nuestro modo de apego y hasta incluso rescatar una relación. Les puedo asegurar que cuando lo lean lamentarán no haberlo hecho antes.

lunes, 21 de enero de 2019

Leer imagenes .BIL del INEGI con Python

Los archivos de Banda Intercalada por Linea (BIL) es un formato de archivo binario en el que las distintas bandas de una imagen se concatenan formando una única matriz de datos. Los disponibles en la página del INEGI suelen tener una sola banda por lo que su extracción resulta aún más sencilla.

Para este ejemplo vamos utilizar fotografías aéreas. Vamos a ir a la pestaña de Datos, luego Mapas y finalmente a Topografía que nos mostrará este mapa. Seleccionamos la escala de 1:20,000 y nos aparecerán cuadriculas sobre el territorio y seleccionamos la que sea de nuestro interés. Al momento en que escribo esta entrada la página tiene un bug y muestra el mensaje de "No existen mapas relacionados con esta carta" cuando se da clic en cualquier zona y se podría pensar que no hay datos disponibles para ella, pero los datos aparecerán más abajo. Voy a utilizar una fotografía que cubre parte del municipio de Jojutla de Juarez, Morelos [archivo E14A69e]. Los archivos vienen en una carpeta comprimida ZIP. La información requerida para extraer los datos (dimensiones y formato) viene en un archivo .txt. En este caso el archivo es e14a69e.txt:

El programa de lectura y visualización es el siguiente:

La visualización de la imagen resultante es esta:

miércoles, 9 de enero de 2019

Cómo usar un MOSFET de potencia como interruptor

Primero, lo que debemos entender es que a diferencia de los transistores BJT, los transistores FET son conmutados por voltaje y no por corriente. Específicamente, los FET son controlados por la diferencia de potencial que existe entre la compuerta (G) y la fuente (S). Para los MOSFET, la corriente de drenaje (I_D) es proporcional al voltaje Vgs siempre y cuando este voltaje supere un valor de umbral como se muestra en la siguiente figura [Principios de Electrónica, Bates-Malvino]:
Podemos ahora poner en práctica esta consideración y simular un circuito de conmutación de una carga usando un IRF150. Este MOSFET puede aguantar un voltaje Vds de hasta 100V y una corriente Id de hasta 38A, pero usaremos una fuente de 30V solo como ejemplo. Elegiremos un voltaje Vgs de 15V para garantizar la corriente de saturación:
Vemos que este circuito funciona correctamente. Este modo se conoce como Low-Side. ¿Pero que ocurrirá si requerimos que la carga a conmutar deba estar por debajo del MOSFET [High-Side]? Si hacemos la simulación de este nuevo caso notaremos un problema:
Lo que se observa en este caso es que el voltaje entre las terminales G y D supera el voltaje de umbral pero no es lo suficientemente grande para garantizar la corriente de saturación. Esto es un problema muy común a la hora de construir inversores para convertir CD en CA. Este problema se resuelve utilizado un driver de boostrap como pueden ser el IR2001 o el IR2010. La siguiente simulación ejemplifica la manera correcta de conmutar un MOSFET con la carga por debajo:
Es importante señalar que este modo de conmutación no funciona de manera indefinida debido a la descarga del capacitor. Pero en aplicaciones de PWM funciona perfectamente siempre y cuando se elija un valor de capacitancia que mantenga encendido al MOSFET durante todo el ciclo de trabajo. En la práctica la conmutación de potencia suele realizarse desde un microcontrolador, así que recomiendo checar los modelos de drivers de conmutación que maneja Microchip tanto para Low-Side como High-Side y utilizar opto-acopladores ya que el voltaje de encendido supera los 10V en la mayoría de los MOSFET's de potencia.

viernes, 7 de diciembre de 2018

Aguacates gratis

Desde finales de julio de este año que termina me entró la espina de plantar arboles de aguacate por toda la Unidad Morelos. Supongo que aquí debería comenzar a relatar todas las cosas que ocurrieron en este año para que tengan más claro el contexto. Es toda una historia que debería utilizar como motivación para regresar a bloggear con más frecuencia. Pero diré por ahora que la razón principal por la que he estado plantando arboles de aguacate ha sido porque me gustaría que en 7 o 10 años en el futuro la gente pueda salir a cortar aguacates sin gastar dinero. Con eso sabría que estoy contribuyendo económicamente al menos un poco en mi comunidad. Además están los beneficios de la sombra, la captación de CO2 y la estética (es más bonito ver arboles por todos lados). Es muy sencillo germinar huesos de aguacate. Hay varios video-tutoriales, aunque lo funciona mejor es enterrar el hueso tan pronto le salen raíces y no hasta después que le salgan las hojas como suelen decir. También funciona muy bien enterrar el hueso directamente (cosa que he hecho por toda la Unidad). Espero que más personas puedan ayudarme a sembrar más arboles por todo el sur de Morelos.

domingo, 25 de noviembre de 2018

¿Existe un método universal para resolver problemas?

No tengo duda de que los genios no nacen, sino se hacen a través de practica efectiva acumulada (recomiendo ver estos videos [Pt1,Pt2]). Entiendo también que debe haber una componente genética en el proceso, pero no la considero sustancial. Si todos podemos ser genios, entonces la pregunta ahora es si existe un método efectivo que no vuelva maestros de la resolución de problemas. No podría dar alguno pero si creo que si es posible hacer un bosquejo inicial que nos lleve al método que buscamos si lo refinamos lo suficiente.

Definir el problema. Aparentemente esto no parece llevarnos a algún lado pero pensémoslo de otra manera. Cuando comencé a aprender Prolog me pareció muy interesante el hecho de que la solución a un problema se encuentra únicamente a través de la definición correcta del problema. No es que la solución brote de la anda. Prolog al ser un lenguaje declarativo, su interprete utiliza una serie de algoritmos que procesan los "hechos" del problema. Si le das al interprete una descripción de los hechos lógicamente consiste al problema que quieres resolver entonces tendrás su solución. Esto es un ejemplo de como un replanteamiento del problema puede abrirnos un camino a su solución.

Dividir el problema en sub-problemas. Si el problema es simple (no necesariamente fácil de resolver, pero simple en el sentido de no ser divisible) este paso no será necesario. Pero si el problema es complejo, resulta muy útil partirlo en diferentes problemas (en principio más fáciles de resolver). Pudiera ser el caso que para resolver el problema sea necesario primero desarrollar alguna habilidad en particular o investigar sobre algún tema en especifico (la práctica e investigación también son sub-tareas en este sentido).

Cuestionar las restricciones. Este punto está relacionado con la definición del problema. Una vez que lo hemos definido tenemos que pensar: ¿son necesarias todas las restricciones que estoy considerando o estoy poniendo restricciones que no existen en el problema? Esto se conoce también como pensar fuera de la caja. Es necesario hacer notar que hace falta definir la caja antes de hablar sobre lo que está fuera de ella. Por ello, esto debe hacerse sólo después de hacer al menos un primer intento de definición del problema.

Explorar los recursos disponibles. Cuando se haya definido el problema y descartado restricciones ficticias es hora de poner manos a la obra. Se deben hacer las siguientes preguntas: ¿qué podría usar de todo lo que sé y de todo lo que está a mi alrededor (o en el ambiente o contexto del problema)? ¿he resuelto antes problemas similares?, en caso de que me falte experiencia o información ¿dónde podría conseguirla o a quién podría consultar? Una técnica también inspirada de Prolog es hacer un diccionario de hechos y reglas , es decir, anotar o tener presente en la mente todas las características de los elementos y relaciones de causa y efecto tanto en el problema como en el ambiente del problema [cosas como: "A es un T","si ocurre X entonces Y", "si se quita W entonces Z", etc].

Pensar al revés. Sé que quisiéramos que las soluciones a nuestros problemas estén a un sólo paso de nosotros. A veces es verdad y esa solución se hace evidente al definir el problema de forma ingeniosa o de eliminar restricciones ficticias. Pero muchas veces los problemas requieren de una solución de varias etapas. Una manera de atacar este tipo de problemas es partir del estado deseado (meta) que llamaremos "G(n)" y tratar de pensar: ¿cual tendría que ser el estado anterior inmediato G(n-1)? ¿cómo podría resolver de G(n-1) a G(n)? Este proceso es básicamente una división en subproblemas pero en orden temporal inverso hasta llegar al primer paso [G(1) a G(2)]. Esto se conoce como análisis retrospectivo.

Resistir la frustración. En lo personal creo que este el punto más importante de todos. No es un aspecto metodológico sino psicológico, pero que al dominarlo nos da una herramienta invaluable. No siempre veremos la solución al primer intento. Somos humanos y no puedo pedir no sentir enojo o desesperación ante una falla, pero si pido aguantarla. La buena noticia es que la resistencia o tolerancia a la frustración es como un musculo que se vuelve más fuerte entre más se ejercite. Algunos recomiendan tomar descansos entre las fallas. A mi en lo personal me ha servido muchas veces la actitud de "no me voy a ir de aquí hasta que funcione". Depende realmente de la persona, pero la idea es aguantarse y hacerse fuerte ante el fracaso.

Buscar tener nuevos problemas. Esto pareciera ser algo que todos queremos evitar, pero volverse un masoquista intelectual te da, con el tiempo, un repertorio muy amplio de experiencias que te permite resolver problemas similares, muchas veces con sólo recordar y modificar ligeramente soluciones pasadas.

Todo lo anterior es un apunte personal. No voy a decir que es el elixir sagrado de la resolución de problemas. Pero es lo que me ha funcionado y son notas que iré extendiendo o mejorando sobre la marcha de mi vida.

martes, 6 de noviembre de 2018

Resolviendo acertijos con Prolog

Empecé a aprender Prolog hace unos 2 días. Aunque ya había oído sobre él hace años, me entró mucha curiosidad de aprender a usar este lenguaje en agosto durante un simposio en el IIMAS en dónde presentaron las investigaciones del grupo Golem, quienes desarrollan robots de asistencia. Me impresionó el grado de entendimiento que parecían tener sus robots sobre su entorno a la hora de procesar lenguaje natural y realizar tareas. El sesión de Q@A se comentó que sus programas estaban basados en buena parte en Prolog. La verdad me costó bastante comenzar a pensar como un programador declarativo de forma fluida. Afortunadamente hay bastantes recursos para principiantes, aunque se vuelve más difícil encontrar material claro conforme se avanza en el lenguaje. En esta entrada sólo quiero hacer una corrección a una solución que se da aquí. (Si quieren aprender Prolog desde 0, les recomiendo este curso en Youtube en español. No recuerdo si lo menciona pero pueden usar este compilador en linea: https://swish.swi-prolog.org/ [Este otro curso es más completo pero esta en inglés]). Bien, el acertijo es el siguiente:

”Un alumno de ITS, debido al nerviosismo del primer día de clase, ha anotado el nombre de sus profesores (Elisa, Fernando y Carlos), las asignaturas que se imparten (Lógica, Programación y Matemáticas) y el día de la semana de las distintas clases (lunes, miércoles y viernes), pero sólo
recuerda que:
- La clase de Programación, impartida por Elisa, es posterior a la de Lógica
- A Carlos no le gusta trabajar los lunes, día en el que no se imparte Lógica
Ayudale a relacionar cada profesor con su asignatura, así como el día de la semana que se imparte
(Sabemos que cada profesor imparte una única asignatura y que las clases se dan en días diferentes)”


El acertijo es sencillo y se puede resolver mentalmente. Pero aquí lo interesante es pensar en como resolver este problema con un lenguaje declarativo como Prolog. La falla en el programa de respuesta de este acertijo radica justamente en no considerar que es necesario decirle a la máquina de forma clara cuales son las restricciones del problema. Porque en Prolog, como en el dicho popular, "lo que no está prohibido está permitido". Si se hace la consulta con la base de datos del programa original se puede verificar que trabaja(P,D),imparte(P,M),clase(M,D) devuelve la respuesta correcta del acertijo:

D = miercoles,
M = logica,
P = carlos
D = viernes,
M = programacion,
P = elisa
D = lunes,
M = matematicas,
P = fernando

Si pensamos como un programador tradicional imperativo esto nos debería parecer suficiente. El punto es encontrar esa respuesta ¿no?. El problema es que en un programa de Prolog, todas las consultas deben ser consistentes con las restricciones y soluciones del problema. Observen ahora que si hacemos, por ejemplo, la consulta trabaja(fernando,viernes) ¡la respuesta es verdadera! Esto significa que la computadora no está "entendiendo" realmente la situación. Mi versión de la respuesta que corrige este inconveniente es la siguiente:

Puede verificarse que ahora todas las consultas son consistentes con el problema. La solución la estructuro como una lista de listas con la forma:

S = [[P0,M0,lunes],[P1,M0,miercoles] ,[P2,M0,viernes] ]

Se debe dejar claro que las variables en la lista no pueden repetirse una vez usadas (como lo establece el acertijo). Declaro esto con:

    permutation([P0,P1,P2],Profesores),
    permutation([M0,M1,M2],Materias),  

La función permutation(listaA,listaB) retorna verdadero si listaA es alguna de las posibles permutaciones de listaB. Para entender el resto del programa hará falta revisar el manejo de listas y variables anónimas en los cursos que enlacé. En lo que quiero hacer énfasis es  en que buena parte de los problemas lógicos en los que se requiere repartir atributos a un grupo de objetos pueden resolverse estructurando la respuesta como una lista o una lista de listas y jugando con los operadores de pertenencia, permutación y relaciones de posición entre los elementos de la lista.

jueves, 13 de septiembre de 2018

Librerías de periféricos en MPLAB X v5+ / XC8

Como ya se deben haber dado cuenta todos los que han intentado usar plib.h en las versiones más recientes de XC8, estas bibliotecas han sido descontinuadas en favor de MPLAB Code Configurator y el linker no da la opción de Link in peripheral library. Pero es posible seguir usándolas instalando versiones anteriores de XC8 que pueden ser descargadas desde el archivo de software de Microchip. El usuario de GitHub Burakenes recomienda instalar la versión 1.34 que ya viene con las librerías de periféricos pre-instaladas y da menos problemas que las versiones en dónde deben instalarse por separado. Una vez instalado XC8 v1.34 aún hará falta ir a las propiedades del proyecto linker y seleccionar la casilla de Link in peripheral library. Aquí muestro una captura de una prueba de xlcd.h modificada para la tarjeta de desarrollo Miuva:
 Pueden leer aquí un tutorial de modificacion de los pines para el LCD.

miércoles, 12 de septiembre de 2018

Instalar MPLAB X en Debian 9 (64 bits)

Primero deben activar el soporte multi-arquitectura agregando la arquitectura i386

 $ sudo dpkg --add-architecture i386 

Luego instalar librerias de compatibilidad para i386:

$ sudo apt-get update 
$ sudo apt-get upgrade
$ sudo apt-get install libc6:i386 libx11-6:i386 libxext6:i386 libstdc++6:i386 libexpat1:i386 

Finalmente se ejecuta el instalador descargado de aquí:

$ sudo ./MPLABX-v5.05-linux-installer.sh

Si la instalación se realiza correctamente podemos iniciar MPLAB X buscándolo en las aplicaciones:


NOTA: Deben tener ya instalado Java Runtime Enviroment en su sistema. Aquí hay una guía de instalación en español.