La distorsión armónica no es un fenómeno nuevo en los sistemas eléctricos de potencia, pero desde principios de los años setenta se ha convertido en un problema de creciente actualidad debido al incremento considerable de las cargas contaminantes en las redes eléctricas, en especial, de los dispositivos semiconductores y la electrónica de potencia. A causa del incremento de la presencia de dichas cargas no lineales, la distorsión armónica de las tensiones y corrientes ha ido aumentando produciendo un mal funcionamiento de los distintos elementos de los sistemas eléctricos.Los estudios e investigaciones iniciados en los años setenta en el campo de los armónicos en los sistemas eléctricos de potencia, han avanzado considerablemente a nivel internacional desde principios de los ochenta. Actualmente, la bibliografía tiende cada vez más a presentar trabajos de refinamiento sobre las técnicas desarrolladas para el estudio armónico.Enmarcada en este contexto, la tesis realiza una serie de aportaciones en algunos aspectos concretos del análisis armónico en sistemas eléctricos de potencia:· Estudios realizados sobre la calidad en el suministro eléctrico. En primer lugar se realiza un resumen sobre las transformadas al dominio de la frecuencia y sobre la situación actual referente a índices de calidad y normativas. Posteriormente, se presenta el estudio y la caracterización de un nuevo índice de calidad para señales aperiódicas, para las cuales los índices más comunes en la actualidad no son estrictamente aplicables. Se presenta también el estudio de la cuantificación del error que se comete, al aplicar la transformada discreta de Fourier, en el cálculo de armónicos de tensiones y corrientes del sistema con el fin de determinar su distorsión.· Estudio y modelización de rectificadores no controlados con filtro capacitivo monofásicos y trifásicos en conducción discontinua. Para el primero de ellos, se realiza una completa caracterización gráfica de su comportamiento, que permite analizar la influencia de los parámetros del dispositivo en dicho comportamiento. Se desarrolla un modelo analítico del rectificador cuando su punto de operación se define a partir de su corriente de continua consumida o de su potencia consumida y, por último, se utiliza el modelo propuesto para el estudio y aplicación de la normativa referente a la contaminación armónica. En cuanto a los rectificadores trifásicos, se desarrolla un modelo analítico que determina su comportamiento en modo de conducción discontinua cuando su punto de operación se define a partir de su corriente de continua consumida o de su potencia consumida. También se utiliza el modelo propuesto para el estudio y aplicación de la normativa referente a la contaminación armónica.· Se recoge una completa recopilación de los distintos enfoques de la formulación del flujo armónico de cargas, en condiciones equilibradas y desequilibradas, aparecidos en la bibliografía. El objetivo del estudio consiste en clasificar las numerosas formas de tratar el problema armónico en el dominio de la frecuencia y se completa con el balance, en condiciones equilibradas, de los datos, incógnitas y ecuaciones planteadas en cada formulación existente. Completando lo anterior, se analizan, a partir de dos ejemplos, las dos hipótesis más importantes en el enfoque del problema armónico: la influencia de la interacción armónica en el comportamiento de los dispositivos no lineales, y la consideración de la potencia sólo con su componente fundamental, y como pueden influir en el planteamiento y en los resultados finales del estudio. / Harmonic distortion is not a new phenomenon in electric power systems but, since the early 1970s it has been growing interest problem due to the increase of contaminating loads in networks, particularly, semiconductor devices and power electronics. Because of the increase of these non linear loads, voltage and current harmonic distortion is augmenting, which is giving rise to the wrong operation of elements in electric systems.Studies and researches starting in the 70's in the area of harmonics in electric power systems have made progress since the early 1980s. At present, the bibliography tends to present detailed works about techniques developed for the harmonic study.In this context, the thesis makes a set of contributions in some particular aspects related to the harmonic analysis in electric power systems:· Studies of electric power quality. First, a summary on transforms in the frequency domain and on the current situation of power quality indices and regulations is given. Secondly, the study and characterization of a new power quality index for non-periodic signals, for which the most common indices are not suitable, is presented. Lastly, the error made in the application of the Fourier transform in the electric power system harmonic analysis, when it is used in the discrete signal treatment, is studied.· Study and modelling of uncontrolled single-phase and three-phase rectifiers with capacitive filter in discontinuous conduction. For the former, a complete graphical characterisation of its behaviour is made, which allows the influence of parameter devices to be analysed. An analytical model of the rectifier is developed when its working point is defined starting from its consumed direct current or its consumed power. The proposed model is used in the study and application of the standard concerning harmonic pollution. As regards the three-phase rectifier, an analytical model, which determines its behaviour in discontinuous mode when its working point is defined by its continuous direct current or its consumed power, is developed. The proposed model is used in the study and application of the standard concerning harmonic pollution.· Complete compilation of the different approaches in the formulation of harmonic load flow, in balanced and unbalanced conditions, that appear in the bibliography. The study classifies the large number of ways of tackling the harmonic problem in the frequency domain, and it is completed with the data, unknowns and equations in balanced conditions, in each existing formulation. In order to complete the study, the two most important hypothesis made in the harmonic problem are analysed: the influence of harmonic interaction in the behaviour of non-linear devices, and the consideration of power depending only on the fundamental component, and how they can influence in the formulation and the final results.

El objetivo de este trabajo es la obtención de imágenes de la distribución de impedancia eléctrica en el subsuelo a partir de medidas realizadas desde la superficie. El estudio se centra en la localización de objetos locales a una profundidad de pocos metros y cuyas dimensiones sean incluso del orden de decenas de centímetros (tuberías, restos arqueológicos, etc.). El trabajo se ha dividido en tres partes principales: problema directo, instrumentación y problema inverso. En el problema directo se estudia el potencial originado en la superficie (anomalías) debido a la presencia de objetos esféricos y cilíndricos inmersos en un suelo homogéneo. Esto permite estimar la influencia de varios parámetros geométricos y físicos del objeto a detectar, como el tamaño, la profundidad y la resistividad. La detectabilidad de los objetos dependerá en gran parte de la anomalía producida y del nivel de ruido presente en las medidas. Se proponen varias configuraciones multielectródicas basadas en las configuraciones electródicas clásicas y se comparan las ventajas e inconvenientes de cada una. Se proponen también nuevas expresiones para determinar la profundidad y el radio de objetos esféricos y cilíndricos cuando los electrodos de inyección están cerca del objeto. Se han implementado varios sistemas de medida automáticos, dos para las medidas realizadas en el laboratorio y uno para las medidas de campo, permitiendo cualquier combinación de electrodos inyectores y detectores sobre una agrupación de 16 electrodos y 8 electrodos respectivamente. La señal inyectada es alterna y la detección es síncrona para evitar los errores provocados por el potencial de electrodo y por la interferencia a 50 Hz y las corrientes telúricas. La frecuencia máxima utilizable viene limitada por la profundidad de penetración y por el acoplamiento electromagnético entre el inyector y el detector. Uno de los sistemas implementados permite obtener la parte real e imaginaria de la impedancia medida. Se proponen nuevas técnicas de medida para evitar los errores originados por los acoplamientos capacitivos e inductivos. Para evitar los problemas de la elevada tensión de modo común la masa del detector es diferente a la del generador. En el problema inverso se han comparado diferentes algoritmos para la obtención de imágenes "reales" 2D y 3D de la distribución de la resistividad eléctrica del subsuelo y se han determinado los más adecuados para la detección de objetos locales. Esta comparación se realiza utilizando datos sintéticos (provenientes de las soluciones analíticas del problema directo). Se ha obtenido que el método de Marquardt-Levenberg es superior a los demás para la detección de objetos locales. Además, el algoritmo utilizado es de un solo paso, lo que reduce su complejidad y el tiempo de cálculo. La detección de objetos locales se valida experimentalmente con medidas de laboratorio sobre un modelo analógico compuesto por una cubeta de plástico (40 cm ´ 35 cm ´ 20 cm) llena de agua en la que se introducen objetos esféricos y cilíndricos. Los objetos se localizan correctamente hasta una profundidad igual a cuatro veces su radio. Las medidas de campo realizadas en un terreno agrícola situado en Santa Eulalia de Ronçana (Barcelona), han permitido detectar una tubería de plástico de 8 cm de radio, 1,06 m de largo, previamente enterrada a una profundidad de 24 cm. Tanto en las medidas de laboratorio como en las medidas de campo se ha de utilizar una medida de referencia para eliminar los efectos no debidos al objeto que se quiere detectar (inexactitud en la posición de electrodos, presencia de capas y paredes laterales, etc.). / The aim of this work is to obtain 2-D and 3-D subsurface electrical impedance images to locate small local objects (tens of centimeter). An analytical solution for a spherical object embedded in a homogeneous medium yields synthetic data. A 16-electrode surface linear array yields 104 independent measurements. Shifting the electrode array parallel to it-self permits us to obtain 3-D images. Because the sensitivity matrix is ill-conditioned, so we have to use regularization techniques. We use a single-step Marquardt-Levenberg method where a regularization parameter is calculated automatically by the L-curve method. Experimental measurements involving spherical and cylindrical objects immersed in a water tank validate the proposed algorithm. We have implemented an automated electrical impedance-measuring system in order to speed the measurement and interpretation processes. The PROGEO system permits to choose any electrode pair for injection and detection from a 16-electrode array and obtains the real and imaginary parts of the soil impedance. We use dipole-dipole and Schlumberger-based electrode arrays. Images deteriorate for deeper targets. Taking a reference measurement before immersing the objects into the water tank reduces errors in the reconstructed image because of the uncertainty in electrode positioning and the finite dimensions of the tank. A field survey carried out on a farm field has permitted us to detect a 1 m plastic tube 8 cm in radius, buried at a 24 cm depth. A custom-built detector reduces the effect of capacitive and inductive coupling between the injecting and detecting wires by synchronously sampling square waveforms. The reconstruction algorithm is fast because it is non-iterative and takes only a few seconds to image the subsurface on a portable personal computer

DE LA TESISEsta Tesis se centra en el estudio de las perturbaciones conducidas generadas por un ondulador de tensión en configuración de puente y alimentado de red a través de un rectificador no controlado. El objetivo de esta Tesis es poder identificar el origen de las perturbaciones y poder cuantificar de una forma relativamente rápida y sencilla el efecto de diversos factores (topología, lay-out, técnicas de modulación y tipo de componentes) sobre la propagación de las mismas. Para ello se ha desarrollado una metodología de estudio que es perfectamente válida y aplicable sin grandes dificultades a otro tipo de topologías, utilicen o no la conmutación dura. El método de estudio se basa en la estructura fuente-medio de propagación-perturbación y en el planteamiento de circuitos equivalentes de parámetros concentrados, cuyas ecuaciones son resueltas en el dominio frecuencial. En esta metodología, que permite discriminar la contribución de los dos modos de propagación (modo común, MC, y modo diferencial, MD) al nivel global de perturbación, se ha primado la sencillez y robustez de simulación del modelo frente a la exactitud. El método propuesto ofrece buenos resultados hasta una frecuencia de 5MHz aproximadamente.En el Capítulo 1 se introduce el problema planteado por las perturbaciones electromagnéticas generadas por los convertidores conmutados, se describe y caracteriza todo el instrumental (analizador de espectros, red artificial, pinza amperimetrica de alta frecuencia), la planta experimental así como la herramienta matemática utilizada. En el Capítulo 2 se aborda el tema de la caracterización del medio de propagación de las perturbaciones. En primer lugar se describe el método de medida de impedancias utilizado, que es una de las aportaciones de la Tesis, para después presentar los resultados obtenidos a la hora de caracterizar las impedancias significativas del sistema. A partir de estas medidas se obtienen circuitos equivalentes de parámetros concentrados que caracterizan el medio de propagación. En el Capítulo 3 se estudian las perturbaciones que generan individualmente el rectificador de entrada y el ondulador. El estudio se lleva a cabo sobre una configuración monofásica para una mayor simplicidad del mismo. En este Capítulo se caracteriza la fuente de perturbación en el caso de ambos convertidores y, junto con la caracterización del camino de propagación obtenida en el Capítulo 2, se calculan las perturbaciones generadas. Gracias a los modelos obtenidos es posible calcular el efecto de diversos parámetros sobre las perturbaciones y la contribución de ambos modos de propagación (modo común y diferencial) al nivel final de perturbación. En el Capítulo 4 se combinan los resultados obtenidos en el Capítulo 3 para obtener la perturbación que se propaga hacia la red en la asociación en cascada de ambos convertidores. Tanto en el Capítulo 3 como en el Capítulo 4 la validación del modelo se lleva a cabo por comparación de los resultados experimentales con los obtenidos por simulación.Una vez cumplidos los objetivos de la Tesis, el Capítulo 5 ilustra la validez de la metodología desarrollada en el Capítulo 3. En el Capítulo 5 se aplica esta metodología al estudio de las perturbaciones en MC generadas por el ondulador y que se propagan hacia la carga. Este Capítulo es una extensión al caso trifásico y un ejemplo de aplicación de gran interés industrial. En este Capítulo aparece una de las aportaciones de la Tesis: una técnica de modulación orientada a la reducción del MC generado por el ondulador. Para demostrar la validez del modelo se comparan las medidas de corriente en MC en el lado carga con los valores obtenidos a partir del modelo.Las conclusiones de la Tesis aparecen en el Capítulo 6. También se describen los trabajos futuros que se sugieren a partir de los resultados de la Tesis. / OF THE THESISThe subject of this Thesis is to study conducted disturbances produced by a voltage source inverter supplied from the mains through a rectifier. The main goal is to identify the origin of conducted disturbances and also quantify in a quick and easy way the influence of different factors (topology and lay-out of the converter, switching patterns, components) on EMI . In order to achieve this goal, a systematic analysis approach has been developed. This new methodology can be easily applied to any converter topology, whatever the kind of switching (soft or hard) is used. The analysis is based on the source of noise-propagation path-disturbance approach and consists in the setting out of two equivalent circuits of lumped parameters, one for each mode of propagation. This separate treatment of both modes of propagation allows the calculation of their contribution to the global level of disturbance. Equations drawn from these equivalent circuits are solved in the frequency domain. This approach avoids all the problems of time-domain simulations and provides robust and quick simulations rather than very accurate results. The simulation results of this methodology show a good agreement with experimental measures up to 5MHz.Chapter 1 describes problems caused by electromagnetic disturbances generated by switched power converters. The state of the art about this matter is presented. All instruments used to carry out measures (spectrum analyser, LISN, HF current clamp) are described and modelled. The experimental set-up is thoroughly described. Also some considerations about mathematical tools used are presented.Chapter 2 is devoted to study the propagation path of disturbances. First of all, the impedance measuring method is described, which is one of the contributions of the Thesis. After that, main impedances of the system are identified and measured. From these results, equivalent circuits of lumped parameters that model the main impedances of the propagation path are derived.In Chapter 3, disturbances generated in a single phase arrangement by the rectifier and the inverter working separately are studied. Source of noise in both cases are identified and modelled. Finally, disturbances are calculated taking into account results of Chapter 2.Results obtained in Chapter 3 are combined in Chapter 4 in order to obtain the disturbance reaching the mains when both converters (rectifier and inverter) are connected in cascade. Experimental validation of the model are presented in Chapters 3 and 4, by comparing results of measures with those provided by simulation.Once main goals of the Thesis are achieved, Chapter 5 shows the validity of the methodology developed in Chapter 3 when it is used to calculate the CM currents in the load side of a three-phase inverter. In this Chapter another contribution of the Thesis is presented: a new modulation technique for three-phase inverters specially intended to reduce CM currents in the load side. Comparison between simulation results and measurements show a good agreement.The conclusions of the Thesis are summarised in Chapter 6. The future works suggested by the results of the Thesis are also presented.

La prolongación y el aumento de la dispersión del intervalo QT han sido propuestos como factores de riesgo de arritmias ventriculares malignas en varias condiciones clínicas, entre ellas en pacientes con infarto de miocardio antiguo (OMI), sin embargo, existen discrepancias en diferentes estudios sobre su importancia pronóstica. Estos resultados contradictorios se deben a que existen muchas controversias en las metodologías de medición de ambos índices en el ECG de 12 derivaciones, en donde influyen principalmente la utilización de diferentes definiciones para el final de la onda T, que impide medir con precisión el intervalo QT, la influencia de la frecuencia cardíaca (fc), el tono autonómico y las derivaciones utilizadas. En esta tesis se proponen nuevos índices de repolarización ventricular basados en los intervalos JT, JTp y Tpe que proporcionan una mayor sensibilidad y especificidad que los índices utilizados actualmente.Para una medición exacta y confiable de los intervalos propuestos en esta tesis, se han desarrollado algoritmos de detección del complejo QRS y la onda T basados en la transformada wavelet (WT). Como funciones base se utilizan B-splines, que permiten evaluar la WT en cualquier escala entera, lo que permite tener un rango más amplio de escalas para seleccionar y reducir de forma más eficiente la influencia de ruido y artefactos. El algoritmo de detección del complejo QRS ha sido evaluado con ocho registros de la base de datos de arritmias del MIT-BIH y tiene una exactitud de 99.5 %. La exactitud de los algoritmos de detección de los puntos característicos del complejo QRS y la onda T se han validado en 25 registros con medidas manuales de la base de datos de 15 derivaciones de la CSE, comprobándose que están dentro de los límites de tolerancia con respecto a la medición por expertos. Se ha analizado la influencia de la fc en las duraciones, dispersiones y relaciones de intervalos de actividad ventricular mediante pruebas de ejercicio en sujetos normales, durante las cuatro primeras etapas del protocolo de Bruce. En estas pruebas es difícil medir el intervalo QT, debido a la presencia de ruido y artefactos producidos por el movimiento de los electrodos, y a la fusión entre las ondas T y P durante ejercicio intenso que impide detectar el final de la onda T(Te), por lo que, se ha propuesto un nuevo método para estimar Te en ejercicio intenso basado en la pendiente de bajada de la onda T, que utiliza los módulos máximos de la WT de la onda T. En el rango de fc de reposo, la duración de los intervalos QT, QTp, JTp y JT dependen de la fc, con excepción de los intervalos Tpe y QRS, y las relaciones QTp/QT, JTp/JT, Tpe/JTp y Tpe/JT que tienen una dependencia baja con fc y no requieren corrección. En las dispersiones de todos los intervalos de actividad ventricular, existe una correlación baja no significativa con fc, por lo que tampoco requieren corrección.Los índices propuestos para evaluar la repolarización ventricular compuestos por las relaciones: JTp/JT, Tpe/JTp y Tpe/JT, se han comparado con la duración y dispersión de los intervalos QT, QTp, JT, JTp, Tpe y QRS, y mejoran la separación entre pacientes con OMI y sujetos normales. Dado que la mayoría de las muertes súbitas por arritmia son de origen isquémico, la utilización de estas relaciones podría mejorar la identificación de pacientes con riesgo de arritmias ventriculares malignas. / The prolongation of the QT interval and the increase of its dispersion (QTd) reflect an increase in the heterogeneity of the ventricular repolarization pattern, which is associated with malign ventricular arrhythmias in post-MI patients. Nevertheless, different studies differ on their prognostic importance, mainly because of controversies in the measurement methods for both indexes in the 12-lead ECG. There are many factors that influence the results for the QT and QTd parameters: different definitions for the T-wave end (with and without U wave), the heart rate (fc), the autonomic tone, and the selected leads. In this thesis, new indexes of ventricular repolarization based on the JT, JTp and Tpe intervals are proposed and they provide a greater sensitivity and specificity than the used indexes at the moment.For an exact and reliable measurement of the intervals proposed in this thesis, it has developed detection algorithms of QRS complex and T wave based on wavelet transform (WT). As functions base are used B-splines, which allow the evaluation of the WT in any scale and to more efficiently reduce noise and artifacts. The detection algorithm of complex QRS has been evaluated on eight 30-min ECG recordings from the MIT-BIH arrhythmia database, and it has exactitude of 99.5 %. The exactitude of the algorithms detection of the characteristic points of QRS complex and T wave have been validated on 25 ECG recordings from the CSE database, that includes 15 ECG leads and manual annotations on them, verify that are within the tolerance limits accepted in this database.The influence of fc in the durations, dispersions and relations of ventricular activity intervals has been analyzed during moderate and heavy exercise tests graded according to the Bruce protocol in normal subjects. However, QT measurements during exercise are hindered by noise and movement artifacts in electrodes and cables, and by the partial merging of T and P waves under heavy exercise, which thwarts the detection of the T-wave end (Te). Due to it has proposed a novel method to locate Te during heavy exercise that uses the downward slope of the WT of the T wave. In the fc rest range, the duration of the QT, QTp, JTp y JT intervals depend of the fc, with exception of the Tpe and QRS intervals and the QTp/QT, JTp/JT, Tpe/JTp y Tpe/JT ratios, that have a low dependency with fc and do not require correction. In the dispersions of all ventricular activity intervals, a low correlation not significant with fc exists; therefore they do not require correction.The novel ratios proposed to evaluate the ventricular repolarization: JTp/JT, Tpe/JTp, and Tpe/JT, have been compared with the duration and dispersion of the intervals QT, QTp, JT, JTp, Tpe y QRS, in 15 normal subjects and 15 post-MI patients, and improve the separation between both groups. Since most of the sudden deaths from arrhythmia have an ischemic origin, these ratios could improve the identification of patients with risk of malign ventricular arrhythmias.

En esta tesis doctoral se aborda el estudio de la aplicación de nuevas técnicas de control como el control basado en lógica borrosa y el control robusto H a la regulación de sistemas conmutados continua-continua. Más concretamente, se particulariza el estudio y la aplicación práctica a la regulación del convertidor conmutado elevador "boost", cuya representación promediada ofrece una respuesta dinámica no lineal y una respuesta de fase no mínima al estudiar su modelo lineal alrededor del punto de equilibrio. El espíritu que ha acompañado a la realización de este esta tesis ha sido la mejora de las prestaciones dinámicas en la regulación de la tensión de salida del convertidor teniendo en cuenta siempre la necesidad de utilización de circuitos electrónicos convencionales en la implementación de las leyes de control diseñadas utilizando las dos técnicas de control anteriormente expuestas. De esta manera se pretende mejorar la respuesta dinámica del convertidor en comparación a las técnicas tradicionales de control sin incrementar el coste de la implementación. Para ello, se han diseñado diferentes estrategias de control, que previamente han sido simuladas para verificar los resultados previstos en la etapa de diseño y posteriormente la etapa de implementación ha verificado que estos resultados obtenidos por simulación eran viables a partir de una implementación con dispositivos electrónicos convencionales. / Application of novel control techniques like fuzzy logic control and H robust control in order to regulate DC-DC switching systems have been studied in this thesis. Particularly, we have made the analysis and experimental implementation applied to the boost DC-DC switching converter, whose averaged representation offers a no lineal dynamic response and a small-signal model around equilibrium point with a non minimum phase characteristic. One restriction which has been added to this application is about the obligatory use of conventional electronics devices in the implementation of the regulators obtained by application of fuzzy logic or H control. The objective of this restriction is to improve the dynamic response of the converter compared with traditional controlled converters without increment the implementation cost. In order to reach it, we have designed different strategies of control that have been previously simulated to verify predicted results in the design stage. Experimental results validate theoretical predictions and simulated results and improve dynamic response of the boost converter when are compared with those obtained using current peak control and sliding mode.

Este trabajo se dedica a la búsqueda de soluciones que permitan mejorar el comportamiento de los filtros activos de potencia en derivación que trabajan en redes trifásicas de cuatro hilos, incluso cuando se den condiciones adversas en las tensiones suministradas por la red, o en las corrientes solicitadas por la carga.El cálculo de la potencia instantánea en condiciones no sinusoidales constituye la base fundamental del análisis de los acondicionadores de potencia. A día de hoy no existe una teoría universal que unifique el cálculo de las componentes de la potencia instantánea y de la corriente. En este trabajo se realiza un estudio detallado en este campo, evidenciando la relación entre las diferente teorías convencionales, y proponiendo una nueva formulación que ofrece un mayor significado físico a las componentes de potencia y de corriente resultantes.El conocimiento de la componente de secuencia positiva y frecuencia fundamental de la tensión de red es una cuestión de vital importancia en la sincronización de los sistemas electrónicos de potencia que trabajan conectados a ésta. Este trabajo presenta un nuevo sistema de detección que obtiene, de forma rápida y precisa, la componente fundamental de secuencia positiva de la tensión de red, incluso cuando dicha tensión se encuentre fuertemente distorsionada y desequilibrada. El convertidor estático conocido como inversor constituye el núcleo de un filtro activo de potencia. Las prestaciones finales del sistema de filtrado vienen condicionadas en gran medida por la tecnología empleada en este inversor, por su topología, por la técnica de modulación implementada, y por las características del sistema de control que regula las variables de salida del mismo. Este trabajo propone una topología de inversor alternativa, aplicable en acondicionadores activos que trabajan en sistemas trifásicos de cuatro hilos, que permite un control sencillo, y que elimina los problemas que presentan otras topologías cuando inyectan corrientes de secuencia homopolar en la red. Así mismo, se propone un nuevo enfoque en la modulación vectorial de los inversores en puente completo, de tres y cuatro ramas. La técnica propuesta aporta mayor significado físico en la síntesis de las tensiones de salida del inversor, y permite obtener un algoritmo de modulación sumamente eficiente que puede ser implementado en un procesador de bajo coste.Finalmente, este trabajo ofrece un nuevo punto de vista en el cálculo de las corrientes de referencia del filtro activo de potencia. Un análisis de las solicitaciones de potencia que se realizan sobre el filtro activo cuando trabaja bajo condiciones genéricas de tensión de red y corriente de carga, permite diseñar un sistema de control que emplea un enfoque energético en el cálculo las referencias de corriente del mismo. Este control energético aumenta la robustez del filtro activo de potencia cuando se producen súbitas variaciones en las condiciones del entorno. / The aim of this work is to find some solutions in order to improve the behavior of the shunt active power filters in three-phase four-wire power systems, even if adverse conditions are present in the utility voltages or in the load currents.The calculation of the instantaneous electrical power under non-sinusoidal conditions is the basis in the analysis of power conditioners. At present, there is not a universal theory that unifies the calculation of the instantaneous power and current components. In this work, a detailed study on this field is conducted, showing the relationship between the different conventional theories, and proposing a new formulation, which offers a higher physical meaning for the calculated power and current components than if previous theories are used.The knowledge about the positive-sequence fundamental-frequency component of the utility voltage is a crucial matter in the synchronization of power electronics systems interfaced to the utility. This work presents a new detection system, which obtains, quickly and accurately, the positive-sequence fundamental-frequency utility voltage, even if utility voltage is severely distorted and unbalanced.A static converter, known as inverter, is the core of an active power filter. The potentialities of the filtering system are greatly conditioned by the technology of this inverter, by its topology, by the modulation technique, and by the characteristics of the control system that regulates the output variables of the inverter. This work proposes an alternative inverter topology suitable for active conditioners working in three-phase four-wire systems, which allows a simple control and cancels the problems shown by other topologies when zero-sequence currents are injected in the utility. Also, a new approach on the space vector modulation of three- and four-leg full-bridge inverters is proposed. The proposed technique offers a higher physical meaning than previous techniques in the synthesis of the inverter output voltage, and gives rise to a very efficient algorithm, which can be implemented in a low-cost processor.Finally, this work offers a new standpoint in the calculation of the reference currents of the active power filter. An analysis of the instantaneous power flow when the active power filter is working under generic utility voltage and load current, gives rise to a new control system, which employs an energy approach in the reference currents calculation. This energy control increases the robustness of the active power filter when sudden variations appear in the environment conditions.

Premi extraordinari ex-aequo en l'àmbit d'Electrònica i Telecomunicacions. Convocatoria 1999 - 2000 / Nearest Neighbour (NN) classifiers are one of the most celebrated algorithms in machine learning. In recent years, interest in these methods has flourished again in several fields (including statistics, machine learning and pattern recognition) since, in spite of their simplicity, they reveal as powerful non-parametric classification systems in real-world problems. The present work is mainly devoted to the development of new learning algorithms for these classifiers and is focused on the following topics:- Development of learning algorithms for crisp and soft k-NN classifiers with large margin- Extension and generalization of Kohonen's LVQ algorithms- Local stabilization techniques for ensembles of NN classifiers- Study of the finite-sample convergence of the on-line LVQ1 and k-means algorithmsBesides, a novel oriented principal component analysis (OPCA) addressed for featureextraction in classification is introduced. The method integrates the feature extraction into the classifier and performs global training to extract those features useful for the classifier. The application of this general technique in the context of NN classifiers derives in a problem of learning their weight metric.

En esta tesis se realiza el análisis y la síntesis de inversores bidireccionales con aislamiento en alta frecuencia. Entre las aplicaciones que se contemplan podemos destacar: sistemas de alimentación fotovoltaicos, sistemas de alimentación utilizando celdas de combustible, mini-generadores eólicos y compensación armónica. Hay dos grandes requerimientos para varias de estas aplicaciones. En primer lugar, es necesario proporcionar aislamiento eléctrico entre la fuente de corriente continua y la carga de corriente alterna, principalmente por temas de seguridad, y en segundo lugar algunas aplicaciones requieren almacenamiento de energía en el lado de corriente continua. En algunas de estas aplicaciones se utilizan baterías como medio de almacenamiento de energía.El transformador que proporciona el aislamiento eléctrico, debe ser de pequeño volumen y bajo coste. La tendencia en inversores de potencia con aislamiento es introducir un transformador funcionando en alta frecuencia, de tal forma que la alta frecuencia de funcionamiento incida en una alta densidad de potencia, manteniendo limitadas las pérdidas en el núcleo.Las baterías o fuente equivalente entregan una tensión de corriente continua que, a través del inversor, se convierte en tensión de corriente alterna que alimenta cargas de diferentes tipos. Si existe energía reactiva debido a una carga altamente inductiva o capacitiva, es interesante que esta energía sea devuelta a la fuente de alimentación, en nuestro caso a las baterías, de tal forma que se elimina la necesidad de tener un condensador de gran capacidad intermedio entre el bus de cc de baterías y la carga de ca.Asimismo, las baterías se pueden cargar desde el lado de corriente alterna a través de un grupo electrógeno o a través de la línea de corriente alterna. De esta forma se tiene, mediante un solo convertidor, la capacidad de entregar energía de las baterías o bien recibirla.Debe haber una alta calidad en la forma de onda de la tensión que se entrega ya sea a sistemas aislados o a la línea de corriente alterna. Para contribuir a mejorar la calidad de la tensión de salida del inversor, se exploran en las topologías del tipo multinivel que presentan una baja distorsión armónica de la tensión de salida, y además permiten la reducción drástica del tamaño del filtro de salida y, a través del conveniente manejo de tensiones, impactar en el aumento del rendimiento total de los inversores.La metodología de trabajo que se sigue durante la realización de esta tesis doctoral se resume en los siguientes puntos:-- Propuesta de una metodología para el análisis y síntesis de inversores bidireccionales con aislamiento en alta frecuencia.-- Aplicación de la metodología propuesta a inversores bidireccionales con aislamiento en alta frecuencia de dos niveles, que se toman como punto de partida para después extender la metodología a inversores bidireccionales multinivel.-- Propuesta de un nuevo inversor bidireccional multinivel con aislamiento en alta frecuencia basado en las topologías puente completo/medio puente. Aplicación de la metodología para el análisis del inversor multinivel.-- Propuesta de un nuevo inversor bidireccional multinivel con aislamiento en alta frecuencia basado en las topologías push-pull/puente completo. Aplicación de la metodología propuesta para el análisis del inversor multinivel.-- Presentación de resultados de simulación de las estrategias de modulación empleadas para inversores de dos niveles y multinivel en lazo abierto y en lazo cerrado. Presentación de los criterios de diseño para la realización de los inversores. Presentación de los resultados experimentales de los inversores bidireccionales con aislamiento en alta frecuencia. Los resultados experimentales incluyen: formas de onda de trabajo en lazo abierto y en lazo cerrado, datos de distorsión armónica total de la tensión antes del filtro de salida pasabajos, datos de rendimiento y valoración de los resultados obtenidos.

La utilización práctica del efecto Doppler en la emisión láser fue propuesta desde los inicios del desarrollo de los láseres en los años sesenta. Sólo en los años ochenta la investigación realizada pudo salir del laboratorio y dar lugar a la fabricación de aparatos de medida de velocidad comerciales. A partir de los noventa estos aparatos se popularizaron rápidamente. Actualmente se utilizan medidores de velocidad láser por efecto Doppler en múltiples aplicaciones, entre las que sobresale la medida de velocidad de fluidos, para estudios aéreo e hidrodinámicos. Sus características únicas, como la precisión obtenida en la medida, su alta resolución espacial y el carácter no intrusivo, sólo han comenzado recientemente a tener rivales de consideración, como pueden ser la velocimetría de imagen de partículas (PIV). También la medida de velocidades de móviles sólidos comienza a resultar, con el abaratamiento general de los componentes opto-electrónicos, un objetivo para muchas empresas. Entre las aplicaciones de este tipo se contemplan el control de velocidad de los vehículos en carretera y el control de procesos industriales del ramo textil, papelero y deempresas fabricantes de cables, entre otros. Empresas europeas y americanas, como Dantec Electronik y TSI, por citar las más representativas, comercializan aparatos LDA de propósito general de altas prestaciones. Hasta la fecha estos sistemas sólo podían ser adquiridos por importantes centros de investigación o grandes empresas, debido a su elevado coste. El futuro comercial de la velocimetría láser Doppler exige la fabricación de aparatos más económicos y adaptados a las necesidades del cliente. Muchos de los sistemas actuales son voluminosos,difíciles de manejar y con potencias de trabajo elevadas. Se está llevando a cabo un importante trabajo para conseguir reducir el tamaño y coste de los equipos sin perder sus principales prestaciones. Asimismo la alta velocidad y capacidad de cálculo de los ordenadores personales actuales debe hacer innecesaria la inclusión de procesadores específicos para estos equipos.Presentamos el diseño y construcción de un sistema integral de medida de dos componentes de la velocidad, sistema 2D-LDA, para aplicaciones industriales e hidrodinámicas de baja potencia. Siguiendo la filosofía delineada arriba, el diseño de nuestro sistema LDA fue realizado utilizando únicamente una fuente laser y un módulo detector. Los sistemas LDA de medida de dos componentes de velocidad comercialmente disponibles, por el contrario, emplean dos longitudes de onda óptica y dos fotodetectores independientes. Las emisiones azul y verde típicas de los láseres de ion-Ar son las longitudes de onda a menudo elegidas en este tipo de medidas. Por otra parte, se ha empleado los dos canales de entrada de una tarjeta de adquisición de uso general para realizar el disparo multinivel. Esta configuración permite trabajar en cada momento con la parte de señal burst teóricamente más adecuada, con mayor valor de relación señal a ruido.Este trabajo ha sido financiado por la CICYT Proyecto PETRI 95-0249-OP:REALIZACIÓN DE SISTEMAS LÁSER PORTÁTILES DE MEDIDA DE VELOCIDAD POR EFECTO DOPPLER (LDA-LDV) DE BAJO COSTE PARA APLICACIONES INDUSTRIALES E HIDRODINÁMICAS. / The practical use of the Doppler effect at optical wavelengths was proposed at the early beginning of the development of the laser, in the sixties. However, it was only in the eighties when the results of the experimental work could finally get out of the laboratories, and the first Laser Velocimeters were commercially available. In the nineties this kind of systems became rapidly popular. Nowadays the Laser Velocimeters based on the Doppler frequency shift find a lot of important applications, especially in some industrial processes and in hydrodynamic and aerodynamic research.The unique characteristics of the Laser Doppler Velocimetry (LDV) only recently have encountered a rival technique in the Particle Image Velocimetry (PIV), for applications on fluids. The main features of LDV systems are the accuracy and the speed of the measurements, the high spatial resolution and, of course, the non-intrusive character of the technique. Moreover this kind of systems present advantages not only in fluid applications: actually it can compete with the microwave radar in the estimation of the velocity of solid targets. This becomes possible due to theprogressive reduction of prices of optoelectronic devices and the improvement of its performances. The monitoring of the traffic velocity and the control of machinery in the manufacture of paper, wires and cables or thread can be mentioned among these applications.European an American companies, as Dantek Electronic or TSI, to mention the two most representative, commercialize high performance general-purpose LDV systems. Up to the date these instruments are sizeable and expensive, and its use requires some special training. There is not doubt that the future market of the LDV systems goes through a substantial decrease of prices and, indeed, through the possibility of custom-built designs. The potential number of users would increase then in an important manner. Many efforts are now being devoted by researchers in that direction. Moreover, the important improvement of capabilities of the desktop computers makes unnecessary the special electronic processors that, up to now, have been provided by the manufacturers of LDV systems as a part of them.In this Thesis the design and realization of a complete Laser Doppler Anemometer is presented. The system can measure two components of a fluid velocity (2D-LDA) and originally it was conceived to be used in industrial and hydrodynamics applications.Following the philosophy outlined above, the design of our LDA system was performed with only one laser source and one detector module. The common commercially available LDAs, on the contrary, designed to measure two components of velocity, use two different optical wavelengths and two independent photodiodes.On the other hand, a general-purpose acquisition card with two input channels has been used to implement a multilevel trigger. The configuration performed here permits to work in each moment with the part of the burst having the best signal to noise ratio.This work has been supported by the Spanish Government, CICYT project PETRI 95-0249-OP.

Els avanços en neurociència han portat el desenvolupament de models complexes de neurones artificials semblants a les seves contraparts biològiques. Aquests models han millorat la funcionalitat de les xarxes neuronals artificials i han aparegut noves aplicacions. No obstant, la complexitat dels nous models de neurones fa que la seva simulació sigui difícil i requereixi molt de temps i un elevat consum de potència. Aquests no són un problemes importants per aplicacions que no tenen restriccions de consum i en la complexitat del sistema com són la simulació de neurones naturals o la recerca de les diferents habilitats de les xarxes neuronals artificials. Però hi ha altres aplicacions, com les de temps real en sistemes portables, que requereixen sistemes ràpids, petits i de baix consum pels que la simulació de complexes neurones artificials no és una bona solució. Trobar una solució viable a aquest problema és l'objectiu d'aquest treball.Aquesta tesi descriu i analitza el model hardware d'una xarxa neuronal artificial basada en oscil.ladors acoblats que ha estat adaptada per ajustar-se als requeriments d'una realització VLSI i a la seva aplicació a tasques de segmentació d'imatge. Per reduir l'àrea ocupada i el consum de potència, les neurones modelades com oscil.ladors astables, es realitzen en un ASIC full-custom en lloc de ser simulades en una arquitectura hardware standard. La realització física de l'oscil.lador en lloc de simular-lo, permet al sistema portar a terme les mateixes tasques i reduir el consum de potència comparat amb el requeriments que necessita un ordinador per simular la xarxa.Primer, es modela un oscil.lador astable en mode corrent com a un integrador i un comparador amb histèresi. Després, s'utilitza aquest esquema per estudiar algebraicament i numèricament la sincronització d'oscil.ladors acoblats amb excitacions amb i sense inhibició i mismatch. Després, es repeteix l'anàlisi amb un model millorat que consta de dos integradors amb escales de temps diferents. Això ens permet simular els efectes secundaris com la capacitat de sortida de l'oscil.lador. A partir d'aquests resultats, s'estudia el comportament de matrius de una i dues dimensions d'oscil.ladors acoblats i després la xarxa és usada per segmentar imatges sintètiques.Basat en els resultats de l'anàlisi matemàtica, es dissenya una xarxa microelectrònica en un ASIC CMOS amb tecnologia 0.8µm i doble capa de polisilici. El circuit és descrit i simulat extensivament per tal de comprovar la seva funcionalitat com a element de segmentació. Després, els resultats experimentals validen la funcionalitat de la xarxa com a element de segmentació i confirmen la importància del efectes secundaris modelats en la secció de l'anàlisi matemàtica. Finalment, la tesi acaba amb una estimació del nivell de complexitat del procés i una comparació amb d'altres mètodes, exposa les conclusions i explora noves possibilitats en la realització hardware d'algorismes neuromorphics per a la segmentació.L'anàlisi matemàtica i les simulacions demostren que els oscil.ladors astables poden ser usats com a cel.les bàsiques per a xarxes de segmentació. També demostren que els retards deguts a la capacitat de sortida combinada amb el mismatch dels dispositius han de ser limitats per tal que la xarxa treballi correctament. La realització física del model de neurona basat en un oscil.lador no linial demostra que és possible realitzar físicament un sistema de segmentació més ràpid que la seva simulació en ordinadors molt més potents sense perdre funcionalitat.Noves línies de recerca són l'estudi en més detall dels mecanismes de sincronització amb acoblaments més febles combinat amb el mismatch dels dispositius, l'ús de comparador en mode corrent més ràpids de baix consum i l'ús d'imatges en nivell de grisos. / Advances in neurosciences have induced the development of complex models of artificial neurons closer to their biological counterparts. These models improved functionality of artificial neural networks and novel applications have appeared. Nevertheless, complexity of new neuron models makes their simulation difficult, and time and power consuming. This is not a major drawback for applications that have no restrictions on power consumption and system complexity as simulation of natural neurons or exploration of different abilities of artificial neural networks. But, there are other applications, as found in real time portable systems, that require fast and small systems and low power requirements for which simulating complex artificial neurons is not a good solution. Finding a feasible solution to this problem is the aim of this work.This dissertation describes and analyzes a hardware model of an artificial neural network based on coupled oscillators that have been adapted to fit VLSI requirements and its applications to scene segmentation tasks. To reduce area overhead and power consumption, neurons, which are modeled as astable oscillators, are implemented on a full custom ASIC instead of being simulated on a standard hardware architecture. The implementation of a physical oscillator instead of their simulation, allows the system to perform the same tasks and reduce power consumption compared to requirements needed for a computer to simulate the network.First, a current-mode astable oscillator is modeled as an integrator and a hysteresis comparator. Then, this scheme is used to study algebraically and numerically the synchronization of excitatory coupled oscillators with and without external inhibition and mismatch. After this, the analysis is repeated with an improved model composed of two integrators with different timescales. This allows us to simulate secondary effects as oscillator output capacitance. From these results, the behavior of one-dimensional and two-dimensional arrays of coupled oscillators is studied and then, the network is applied to synthetic image segmentation.Based on results of the mathematical analysis, a microelectronic network is designed on a double-poly 0.8µm CMOS ASIC. This circuit is described and extensively simulated to check its functionality as a segmentation layer. Then, experimental results validate the network functionality as a segmentation network and confirm the importance of secondary effects modeled in the mathematical analysis section. Finally, this dissertation ends with an estimation of the scheme complexity, compares it to other methods, sets out concluding remarks and explores future trends on implementation of neuromorphic segmentation schemes.Mathematical analysis and simulations demonstrate that astable oscillators can be used as basic cells of segmentation networks. They also demonstrate that delays due to cell output capacitance combined with device mismatch have to be limited below certain boundaries for the network to work properly. The physical implementation of a neuron model based on a non-linear oscillator demonstrates that it is possible to implement an oscillatory segmentation scheme that runs much faster that its simulated counterpart on powerful computers.Future lines of research are the deeper study of synchronization mechanisms with weaker coupling strength combined with device mismatch, the use of faster current comparators with low power consumption figures and the use of gray level input images.