DE TESI DOCTORAL.Els sistemes formats per una molla fixa en un extrem i una massa rígida en moviment en l'altre, s'han modelitzat clàssicament mitjançant l'EDO de segon ordre mu''(t) + du'(t) + ku(t) = 0. Però aquest model no té en compte fenòmens com possibles diferències en la deformació interna de la molla o la dissipació deguda a la viscositat interna d'aquesta. És per això que té sentit pensar en un model en derivades parcials on apareguinaquests fenòmens continus. En aquesta tesi, es proposa i justifica un model per a aquest tipus de sistemes viscoelàstics que resulta ser una equació d'ones amb dissipació forta (o tipus Kelvin-Voigt) i condicions de contorn dinàmiques. Analitzarem el model en funció de dos paràmetres: la viscositat interna de la molla, inversament proporcional a la massa de l'extrem. L'objectiu principal serà comparar aquesta aproximació de tipus continu amb el model clàssic i veure quan el model en derivades parcials admet una EDO com a límit, en un sentit que es precisarà. L'eina per fer-ho seran els valors propis dominants, de manera que un estudi acurat de l'espectre (que inclou valors propis i espectre essencial) permetrà demostrar la no existència d'una EDO límit per a una molla purament elàstica, l'existència no uniforme quan hi ha poca viscositat interna i l'existència d'una EDO límit, que trobarem explícitament, quan la massa de l'extrem és gran.Un altre problema que té sentit considerar és el d'imposar una acceleració en l'extrem abans fixat, que es pot pensar com un control extern. Aquest punt de vista dóna lloc al model anterior però amb una no linealitat no local en l'equació i en les condicions de contorn. Amb l'objectiu de demostrar l'existència d'una EDO límit per a aquest model no lineal, es prova l'existència d'una varietat invariant exponencialment atractora si E és prou petita que tendeix a 0 en norma C1 quan E - 0. això permet trobar una EDO límit explícitament, que resulta ser una EDO no lineal d'ordre 2. En aquesta part, és fonamental la teoria de pertorbacions, en particular la convergència en sentit generalitzat d'operadors o l'acotació uniforme de semigrups. / .Classically, the motion of a system consisting of a spring with a fixed end and attached to a rigid moving mass at the other, has been modelled by the classical second order ODE mu''(t) + du'(t) + ku(t) = 0. But phenomenons such as internal deformation differences or internal viscous damping are not taken into account by this model. That is why partial differential equations models arise. In this thesis, we propose and justify a model for those viscoelastic systems, which turns to be a wave equation with strong damping (or Kelvin-Voigt damping) and dynamical boundary conditions. We analyze this model in terms of two parameters: the spring internal viscosity, and which essentially is the inverse of the moving mass at the end. The main purpose will be to compare this continuous approach with the classical model and to see in which case the PDE admits an ODE as limit, in an appropriate sense. The tool used to prove this are the dominant eigenvalues, so that a detailed analysis of the spectrum (including eigenvalues and essential spectrum) allows us to show the nonexistence of a limit ODE for a purely elastic spring, the existence of a nonuniform limit ODE when the internal viscosity is small and the existence of a limit second order ODE, which is given explicitly, when the mass at the end is taken sufficiently large.Another problem of interest is obtained by imposing an acceleration in the previous fixed end. This point of view, which can also be thought as an external control, gives rise to the previous model but with a nonlocal nonlinearity in the equation and in the boundary conditions. With the purpose of showing the existence of a limit ODE for this nonlinear problem, we prove the existence of an exponentially attracting invariant manifold for E sufficiently small, which converges to 0 in the C1 topology when E - 0. This is used to find explicitly a limit second order nonlinear ODE. In this part, the use of perturbation theory tools such as the convergence of operators in a generalized sense or a uniform bound for families of semigroups are essential.

En este trabajo se ha desarrollado un cálculo vectorial sobre estructuras discretas, análogo al de los modelos continuos. Para ello se ha considerado como espacio subyacente un multigrafo finito o variedad discreta y se ha definido el concepto de espacio tangente a cada vértice. A partir de esta noción se han definido los distintos tipos de campos sobre la variedad y se ha introducido la estructura de variedad Riemanniana discreta, lo que ha posibilitado construir los operadores gradiente, divergencia y Laplaciano. La consideración de métricas generales sobre los multigrafos tiene consecuencias desde el punto de vista de las aplicaciones. Los esquemas en diferencias finitas para la resolución de problemas de contorno elípticos pueden ser vistos como problemas de contorno discretos relativos a Laplacianos asociados a determinadas métricas. A modo de ejemplo, en este trabajo se obtienen las métricas que corresponden a los esquemas en diferencias consistentes con el operador de Laplace sobre retículas uniformes. Se ha desarrollado un cálculo integral sobre subvariedades discretas que incluye los análogos de las Identidades de Green. La obtención de estos teoremas integrales ha permitido plantear problemas de contorno autoadjuntos, que son la contrapartida discreta de problemas de contorno elípticos de segundo orden con condiciones de contorno mixtas. Se ha realizado un análisis de existencia y de unicidad de soluciones de tales problemas y se ha abordado también el estudio de los operadores integrales y sus correspondientes núcleos, asociados a cada uno de los problemas de contorno semihomogéneos tratados. El hecho de que en un espacio finito todo operador lineal pueda interpretarse como un operador integral, nos ha permitido entender los operadores en diferencias que determinan los problemas de contorno como núcleos sobre el espacio de vértices de la variedad. Hemos demostrado que desde el punto de vista de la Teoría del Potencial estos núcleos satisfacen los principios de energía y del máximo, que son suficientes para que tenga sentido el problema de equilibrio sobre cada subconjunto. Además, las peculiaridades de estos núcleos nos han permitido probar que el soporte de la medida de equilibrio de cada subconjunto coincide con él. Esta propiedad conduce a expresar la función de Green de cada subconjunto en términos de medidas de equilibrio. Finalmente, se ha generalizado el concepto de resistencia efectiva entre vértices de una variedad discreta y se ha demostrado que se satisfacen las mismas propiedades que en el caso clásico. En particular, se ha obtenido una expresión sencilla de la resistencia efectiva en términos de medidas de equilibrio. / In this work we have developed a vector difference calculus on discrete structures, analogous to vector differential calculus on continuous models. To this end, we consider a finite multigraph or discrete manifold as the underlying space and we define the concept of tangent space at a vertex. From this concept we define the different types of fields on a manifold and we introduce the discrete Riemannian structure, which has enable us to construct the gradient, divergence and Laplace operators. The consideration of general metrics on discrete manifolds has some consequences from the application point of view. The finite difference schemes for the resolution of elliptic boundary value problems can be seen as discrete boundary value problems with respect to the Laplace operator associated to specific metrics. As an example, in this work we obtain the metrics that correspond to consistent discrete difference schemes for the Laplace operator on uniform grids.We also have developed an integral calculus on discrete manifolds that includes the analogous of the Green Identities. The obtained integral theorems allow us to raise adjoint boundary value problems, which are the discrete counterpart of second order elliptic boundary value problems with mixed boundary conditions. We have tackled an analysis of existence and uniqueness of solutions of such a problems. In addition, we have studied the integral operators and their corresponding kernels, associated with each one of the considered semihomogeneuos boundary value problems. The fact that in a finite space a linear operator could be considered as an integral operator, has allow us to understand the difference operators determined by the boundary value problems as kernels on the manifold vertex space. We have proved that in the context of Potential Theory the above kernels verify the energy and maximum principles, that are enough to the resolution of the equilibrium problem on every subset. Moreover, the peculiarities of these kernels imply that the support of the equilibrium measure of a set coincides with the own set. This property leads to express the Green function of every subset in terms of equilibrium measures.Finally, we have generalized the concept of effective resistance between vertices of a discrete manifold and we have proved that the properties verified in the standard case are still in force. In particular, we have obtained a simple expression of the effective resistance in terms of equilibrium measures.

El teorema de Kolmogorov-Arnold-Moser no asegura la estabilidad cerca de los toros m-dimensionales que se conservan para hamiltonianos casi integrables con "m" grados de libertad. Puede aparecer una difusión de trayectorias llamada difusión de Arnold que es posible detectar a través del mecanismo de las cadenas de transición. En esta memoria se demuestra que la existencia de cadenas de transición genérica dentro de la categoría de sistemas hamiltonianos infinitamente derivables sobre una variedad compacta. La demostración es constructiva, introduciéndose una forma normal casi resonante cerca de puntos elípticos de cuyo estudio resulta la existencia de dichas cadenas de transicion al considerar tecnicas de conservacion de variedades normalmente hiperbolicas junto con la integral DE Melnikov asociada.

Avui en dia la conversió DC-AC té una important aplicació pràctica en el camp dels sistemes de potència ininterrompuda (SPI). Els convertidors commutats bàsics (el buck, lineal, i el boost i el buck-boost, no lineals) presenten una estructura molt simple, i al llarg dels últims quinze anys s'ha estudiat la possibilitat d'usar-los en esquemes de conversió DC-AC. L'objectiu de la tesi és aconseguir que els convertidors DC-DC de potència bàsics puguin seguir referències alternes mitjançant el voltatge de sortida. També es desenvolupen esquemes robustos per tal d'eliminar l'efecte de possibles pertorbacions en la tasca de seguiment. Els modes de lliscament s'usen com a tècnica de control, i es presenten resultats de simulació.La tesi s'organitza en capítols. El primer i el segon contenen una introducció i una revisió de la literatura existent. Els continguts i distribució de la resta de capítols segueix a continuació. El capítol 3 tracta el seguiment exacte i asimptòtic d'una referència variable en el temps per part del voltatge de sortida d'un convertidor reductor, controlat indirectament via el corrent d'entrada. A partir de l'estudi del problema del seguiment en sistemes lineals amb guanys fixos -mitjançant la teoria de mòduls- s'obtenen restriccions sobre els possibles senyals a seguir. A més, es proporciona una estratègia de control lliscant per aconseguir el seguiment, consistent en un procediment per modificar una superfície de lliscament inicialment bona en tasques de regulació i una llei de control. Una adequada elecció de variables d'estat permet que les possibles pertorbacions de la resistència de càrrega satisfacin la condició de superposició. En el capítol 4 s'usa un procediment basat en inversió per aconseguir el seguiment exacte de referències periòdiques amb la resistència de càrrega dels convertidors no lineals boost i buck-boost. També s'obtenen condicions suficients per a possibles senyals a seguir. Es presenta també un marc general per a un tractament via inversió del problema de seguiment exacte en una certa classe de sistemes bilineals de segon ordre: aquells en els quals el problema d'inversió dóna lloc a una EDO del tipus Abel. El capítol 5 estudia l'ús del mètode de Galerkin -una generalització del mètode del Balanç Harmònic- en la solució aproximada del problema invers aparegut al capítol anterior, així com l'efecte que té la seva utilització en el control del sistema. Es demostra l'existència d'una successió de solucions aproximades de l'EDO que representa l'esmentat problema invers. També es prova que aquesta successió convergeix uniformement cap a la solució periòdica de l'EDO, i s'obté una cota d'error. La sortida del sistema presenta un comportament periòdic i asimptòticament estable quan es fa anar la successió d'aproximacions de Galerkin en el control del sistema. A l'hora, la successió de sortides periòdiques presenta convergència uniforme cap a la funció desitjada sota una hipòtesi raonable. També s'obtenen en aquest cas cotes d'error. En el capítol 6 s'aconsegueix seguiment asimptòtic aproximat per a convertidors no lineals bàsics que presenten pertorbacions de càrrega. Això es fa mitjançant un control adaptatiu que estima el paràmetre pertorbat i una aproximació de Galerkin de primer ordre que incorpora l'actualització on-line a una superfície de lliscament apropiada. El capítol 7 proposa exercir un control directe del voltatge de sortida en convertidors boost i buck-boost bidireccionals, tot aprofitant la robustesa davant pertorbacions externes que ofereix aquest tipus de control. Es segueixen referències periòdiques mentre el voltatge de sortida es regula independentment a un nivell prefixat. / Nowadays, DC-to-AC conversion has an important practical application in the field of uninterruptible power systems (UPS). Basic DC-to-DC switch mode power converters (the buck, which is linear, and the boost and buck-boost, which are nonlinears) possess a very simple structure, and during the last fifteen years the possibility of using them in DC-to-AC conversion schemes has been studied. The aim of this thesis is to achieve that the output voltage of the DC-to-DC buck, boost and buck-boost power converters can track periodic references. Robust schemes to eliminate disturbance effects in the tracking task are also developed. Sliding modes are used as the control technique, and the obtained results are validated by numeric simulation.The thesis is organized in chapters. The first and the second one contain an introduction and a review of the existing literature. The contents and contributions of the other chapters follow below. Chapter 3 deals with the exact and asymptotic tracking of a time varying reference by the load voltage of a step-down converter, indirectly controlled through the input current. Departing from the study of the tracking problem in linear systems with fixed gains with the aid of module theory, conditions over possible reference signals have been obtained. Moreover, a sliding mode strategy to achieve the control target, consisting in a procedure to modify a switching surface initially good for regulation tasks and a control law, is provided. An approppriate choice of state variables allows possible load perturbations to satisfy the matching condition. In chapter 4, an inversion-based indirect control is used to reach exact tracking of periodic references with the load resistance of nonminimum phase, nonlinear boost and buck-boost converters. Sufficient conditions for candidate references are also obtained. A general frame for an inversion-based treatment of the perfect tracking problem in a certain class of nonminimum phase, second order bilinear systems is proposed: those in which the inversion problem gives raise to an ODE of the Abel type. Chapter 5 studies the use of the Galerkin method -a generalization of the Harmonic Balance method- in the approximate solution of the inverse problem stated in the former chapter, as well as the effect of its use on the control of the system. The existence of a sequence of approximate solutions for the ODE that represents the quoted inverse problem is proved. This sequence is also proved to converge uniformly to the periodic solution of the ODE, and an error bound has been derived. The system output exhibits a periodic and asymptotically stable behavior when the indirect control using the sequence of Galerkin approximations is performed. In turn, the sequence of periodic outputs is shown to exhibit uniform convergence to the original target function under a reasonable hypothesis. Error bounds have also been obtained. In chapter 6, approximate asymptotic tracking is achieved for load perturbed, basic, nonlinear power converters. This is done by means of an adaptive control that estimates the perturbation parameter and a first order Galerkin approximation that incorporates the on-line updating into an appropriate sliding surface. Chapter 7 propounds to exert a direct control of the output voltage in bidirectional boost and buck-boost converters, thus taking advantage of the insensitiveness to external disturbances offered by this type of control. Periodic references are followed, while the unstable inductor current is independently regulated at a prescribed level.

És difícil dibuixar una frontera, dins la Teoria de Sistemas Dinàmics, entre lleis de conservació i simetries doncs, sovint, les seves característiques es confonen. Un clar exemple d'aquest fenómen el constitueixen els sistemes Hamiltonians i els sistemes reversibles.Breument, un sistema dinàmic es diu temps-reversible (o, per nosaltres, simplement reversible) si és invariant sota l'acció d'un difeomorfisme involutiu a l'espai i una inversió en el sentit del temps. és en aquest marc on cal situar aquesta memòria. Concretament, ens centrem en dos punts molt particulars: la Teoria de Formes Normals i el fenómen del trencament de separatrius, tots dos introduïts per Poincaré a la seva tesi (1890).Respecte al primer d'aquests punts, en aquesta tesi s'introdueix el concepte de Pseudo Forma Normal (breument PNF), inspirat en idees d'en Moser, i que permet transformar, sota certes hipotesis, un sistema analític en un d'equivalent d'aspecte el més simple possible. Aquesta PNF és una generalització de la coneguda Forma Normal de Birkhoff amb la qual coincideix si el sistema considerat és Hamiltonià o reversible. Com a conseqüència, s'obté, en determinats casos, l'equivalència local entre aquests dos tipus de sistemes. Aquesta PNF pot esdevenir una eina útil per estudiar la dinàmica d'un sistema analític a l'entorn d'un equilibri (un punt, una òrbita periòdica o un tor).El segon punt, l'escissió de separatrius, fa referència a l'intersecció transversal de varietats invariants procedent del trencament d'una certa connexió homoclínica a l'afegir al sistema una petita pertorbació. Un dels motius d'interés sobre aquest fenòmen és que és un dels principals causants de comportament estocàstic en sistemes Hamiltonians.Un problema relacionat amb aquest trencament de separatrius és el de mesurar-lo, sigui a partir del càlcul de l'angle amb el que es troben aquestes varietats per primer cop, per l'àrea que tanquen entre elles, etc. El mètode habitualment utilitzat per a estimar-lo és l'anomenat mètode de Poincaré-Melnikov. Malhauradament, si la pertorbació és ràpidament oscil-latòria els termes que proporciona aquest mètode són exponencialment petits en el paràmetre pertorbador, fet que dificulta el seu càlcul. En aquesta tesi s'ha demostrat, tal i com passa en el cas Hamiltonià, que en el cas d'un sistema reversible, respecte a una involució lineal, 2-dimensional i pertorbat de manera ràpidament periòdica i reversible, el mètode de Poincaré-Melnikov és correcte i dóna en primer ordre l'anomenada funció de Melnikov. / It is difficult, in the Theory of Dynamical Systems, to draw a boundary line between conservation laws and symmetries because often their effects on the dynamics are very similar. This is the case of the Hamiltonian and the Reversible systems.Briefly, a dynamical system is called time-reversible (or, simply, reversible) if it is invariant under the action of an involutive spatial diffeomorphism and a reversion in time's arrow. This is the frame where this work must be placed. Precisely, we focus our attention in two particular points: the Theory of Normal Forms and the phenomenon of the splitting of separatrices, both introduced by Poincare in his thesis (1890).Regarding the first one of this topics, we introduce the concept of Pseudo-normal Form (PNF in short). It comes from ideas of Moser and allows to transform, under suitable conditions, an analytic system around an equilibrium in another equivalent one having a quite simple form. This PNF is a generalization of the celebrated Birkhoff Normal Form and both coincide if the system is Hamiltonian or reversible. Consequently, the local equivalence between both types of systems is derived in some cases. This PNF can become a useful tool to study the dynamics of an analytic system in a neighborhood of an equilibrium (a fixed point, a periodic orbit or a torus).The second topic, the splitting of separatrices, is related to the transversal intersection of invariant manifolds derived from the splitting of a given homoclinic connection when some small perturbation is considered. One of the reasons that makes this phenomenon interesting is that it seems to be one of the main causes of the stochastic behavior in Hamiltonian systems.One problem related to this splitting of separatrices becomes to measure it, studying, for instance, some angle the form when they meet for the first time, the area of the first lobe, etc. The standard method to estimate this size is the celebrated Poincaré-Melnikov method. Unfortunately, if the perturbation oscillates rapidly the terms provided by this method are exponentially small in the perturbation parameter, and this fact makes this computation more involved. In this work we prove, like it happens in the Hamiltonian case, that in the case of a 2-dimensional analytic reversible system (reversible with respect to a linear spatial involution) perturbed by a rapidly periodic reversible perturbation, the Poincaré-Melnikov method works and it provides, at first order, the well known Melnikov Function.

Els resums d'aquesta tesi s'han introduït en format "PDF"

Se consideran familias de difeomorfismos con un punto fijo parabólico para el valor cero del parámetro y un punto fijo hiperbólico para valores mayores que cero que tengan en este caso puntos homoclínicos asociados a las variedades invariantes del punto hiperbólico. Para estas familias se estudia la separación máxima entre estas variedades en una región fijada la cual da una medida cuantitativa de la falta de integrabilidad del difeomorfismo. En el caso diferenciable se obtiene que la separación es del orden de una potencia adecuada del parámetro (que se explicita). En el caso infinitamente diferenciable es del orden de cualquier potencia del parámetro y en el caso analítico conservativo es menor que una función exponencialmente decreciente cuyos parámetros se relacionan con singularidades complejas.Además se hace un estudio del comportamiento de las variedades invariantes de un punto fijo hiperbólico de difeomorfismos diferenciables cercanos a la identidad y se da un tratamiento uniforme de la forma normal de Birkmoff alrededor de un punto fijo hiperbólico para familias de difeomorfismos conservativos analíticos que contengan la identidad.

El tema d'aquesta tesi és l'enumeració de permutacions amb subseqüències prohibides respecte a certs estadístics, i l'enumeració de permutacions que eviten subseqüències generalitzades.Després d'introduir algunes definicions sobre subseqüències i estadístics en permutacions i camins de Dyck, comencem estudiant la distribució dels estadístics -nombre de punts fixos' i -nombre d'excedències' en permutacions que eviten una subseqüència de longitud 3. Un dels resultats principals és que la distribució conjunta d'aquest parell de paràmetres és la mateixa en permutacions que eviten 321 que en permutacions que eviten 132. Això generalitza un teorema recent de Robertson, Saracino i Zeilberger. Demostrem aquest resultat donant una bijecció que preserva els dos estadístics en qüestió i un altre paràmetre. La idea clau consisteix en introduir una nova classe d'estadístics en camins de Dyck, basada en el que anomenem túnel.A continuació considerem el mateix parell d'estadístics en permutacions que eviten simultàniament dues o més subseqüències de longitud 3. Resolem tots els casos donant les funcions generadores corresponents. Alguns casos són generalitzats a subseqüències de longitud arbitrària. També descrivim la distribució d'aquests paràmetres en involucions que eviten qualsevol subconjunt de subseqüències de longitud 3. La tècnica principal consisteix en fer servir bijeccions entre permutacions amb subseqüències prohibides i certs tipus de camins de Dyck, de manera que els estadístics en permutacions que considerem corresponen a estadístics en camins de Dyck que són més fàcils d'enumerar.Tot seguit presentem una nova família de bijeccions del conjunt de camins de Dyck a sí mateix, que envien estadístics que apareixen en l'estudi de permutacions amb subseqüències prohibides a estadístics clàssics en camins de Dyck, la distribució dels quals s'obté fàcilment. En particular, això ens dóna una prova bijectiva senzilla de l'equidistribució de punts fixos en les permutacions que eviten 321 i en les que eviten 132. A continuació donem noves interpretacions dels nombres de Catalan i dels nombres de Fine. Considerem una classe de permutacions definida en termes d'aparellaments de 2n punts en una circumferència sense creuaments. N'estudiem l'estructura i algunes propietats, i donem la distribució de diversos estadístics en aquests permutacions.En la següent part de la tesi introduïm una noció diferent de subseqüències prohibides, amb el requeriment que els elements que formen la subseqüència han d'aparèixer en posicions consecutives a la permutació. Més en general, estudiem la distribució del nombre d'ocurrències de subparaules (subseqüències consecutives) en permutacions. Resolem el problema en diversos casos segons la forma de la subparaula, obtenint-ne les funcions generadores exponencials bivariades corresponents com a solucions de certes equacions diferencials lineals. El mètode està basat en la representació de permutacions com a arbres binaris creixents i en mètodes simbòlics.La part final tracta de subseqüències generalitzades, que extenen tant la noció de subseqüències clàssiques com la de subparaules. Per algunes subseqüències obtenim nous resultats enumeratius. Finalment estudiem el comportament assimptòtic del nombre de permutacions de mida n que eviten una subseqüència generalitzada fixa quan n tendeix a infinit. També donem fites inferiors i superiors en el nombre de permutacions que eviten certes subseqüències.