abstract: Complex electronic systems include multiple power domains and drastically varying dynamic power consumption patterns, requiring the use of multiple power conversion and regulation units. High frequency switching converters have been gaining prominence in the DC-DC converter market due to smaller solution size (higher power density) and higher efficiency. As the filter components become smaller in value and size, they are unfortunately also subject to higher process variations and worse degradation profiles jeopardizing stable operation of the power supply. This dissertation presents techniques to track changes in the dynamic loop characteristics of the DC-DC converters without disturbing the normal mode of operation. A digital pseudo-noise (PN) based stimulus is used to excite the DC-DC system at various circuit nodes to calculate the corresponding closed-loop impulse response. The test signal energy is spread over a wide bandwidth and the signal analysis is achieved by correlating the PN input sequence with the disturbed output generated, thereby accumulating the desired behavior over time. A mixed-signal cross-correlation circuit is used to derive on-chip impulse responses, with smaller memory and lower computational requirement in comparison to a digital correlator approach. Model reference based parametric and non-parametric techniques are discussed to analyze the impulse response results in both time and frequency domain. The proposed techniques can extract open-loop phase margin and closed-loop unity-gain frequency within 5.2% and 4.1% error, respectively, for the load current range of 30-200mA. Converter parameters such as natural frequency (ω_n ), quality factor (Q), and center frequency (ω_c ) can be estimated within 3.6%, 4.7%, and 3.8% error respectively, over load inductance of 4.7-10.3µH, and filter capacitance of 200-400nF. A 5-MHz switching frequency, 5-8.125V input voltage range, voltage-mode controlled DC-DC buck converter is designed for the proposed built-in self-test (BIST) analysis. The converter output voltage range is 3.3-5V and the supported maximum load current is 450mA. The peak efficiency of the converter is 87.93%. The proposed converter is fabricated on a 0.6µm 6-layer-metal Silicon-On-Insulator (SOI) technology with a die area of 9mm^2 . The area impact due to the system identification blocks including related I/O structures is 3.8% and they consume 530µA quiescent current during operation. / Dissertation/Thesis / Doctoral Dissertation Electrical Engineering 2017

This thesis studies how the mechanical design of a surveillance camera affects the acoustic performance, mainly in terms of the frequency response within the human hearing range. During the project, the mechanical characteristics that affect frequency response were investigated by measuring the camera’s audio behavior in an anechoic chamber. A theoretical and adaptable acoustic model was built in COMSOL to simulate the frequency response of the sound path. Measurement and simulation results were compared to identify critical aspects of the mechanical design and adjust accordingly for better acoustic performance.

Este trabalho consiste na aplicação de técnicas de identificação de parâmetros estruturais, especificamente massa, rigidez e amortecimento, à caixa acústica de um violão clássico. A abordagem experimental tradicional é adotada, com medição de aceleração em um ponto da estrutura e excitação proveniente de martelo instrumentado registrada em diferentes pontos. As funções de resposta em frequência são então traçadas para, em conjunto com um modelo analítico representativo dos primeiros graus de liberdade do acoplamento ar/estrutura, realizar-se o ajuste de curvas e posterior identificação dinâmica. Para tanto, esta última etapa foi tratada como um problema matemático de otimização não linear no qual se busca a minimização de uma função objetivo que contabiliza de alguma forma a diferença entre o resultado das medições e os valores previstos pelo modelo utilizado. Várias funções de erro (objetivo) e vários algoritmos foram utilizados, como mínimos quadrados não linear, simplex de Nealder-Mead, algoritmo genético padrão e enxame de partículas (particle swarm), entre outros, sendo este último o de melhor desempenho entre todos, quando aplicado em conjunto com a norma da diferença dos logaritmos das magnitudes ao quadrado. Assim, uma calibração com boa concordância entre dados experimentais e resultados teóricos foi estabelecida para o modelo proposto, sendo realizada também a verificação do ajuste através da comparação de um conjunto independente de dados, trazendo, desta forma, confiabilidade para posteriores cálculos das grandezas associadas ao comportamento dinâmico utilizando-se o modelo ajustado. / This work aims at identify structural parameters of a classical acoustic guitar’s resonant chamber by comparing theoretical and experimental frequency response functions. The quantities used to construct the mass, stiffness and damping matrices of an air/structure analytical model, which is representative of the first few modes of the body, are considered as project variables, and an impact vibration testing approach is used to obtain the measured data, with a roving instrumented hammer and an accelerometer attached to a predefined point of the body. Then, a curve-fit analysis is performed as a mathematical problem of non-linear optimization, wherein the objective function, which is to be minimized, somehow accounts for the difference between the measured data and the theoretically predicted values. Some different error (objective) functions and optimization algorithms, like non-linear least-squares, Nealder-Mead simplex, standard genetic algorithm and particle swarm, among others, were applied, and the latter yielded, together with the squared error norm, the best performance. Then, an updated model was achieved with fair agreement between analytical predictions and experimental results, verified using a validation data set, bringing reliability for further theoretical predictions.

No novo contexto do setor elétrico brasileiro, as concessionárias passam a ter uma nova postura quanto à gestão. A energia elétrica, como produto, como negócio, deve levar lucro às empresas concessionárias. Começam a dar mais importância aos custos, entendendo que vários aspectos técnicos devem ser analisados, visando reduzir perdas substanciais. Assim sendo, o transformador de potência assume uma posição destacada, considerando sua posição estratégica no sistema elétrico, fundamental no processo de transporte e entrega de energia elétrica. Por este motivo vem despertando o interesse no desenvolvimento de estudos e pesquisas no sentido de aumentar sua vida útil. O método de Análise da Resposta em Frequência da impedância do transformador permite obter a “assinatura” do mesmo, a fim de verificar futuras degradações. Este método é adotado por várias empresas em todo o mundo, há mais de três décadas. Embora sua ampla aplicação entre muitas técnicas utilizadas na monitoração e análise de falhas em equipamentos, até agora não houve consenso na interpretação dos resultados obtidos por este método. A dificuldade de correlacionar parâmetros com prováveis falhas tem suscitado pesquisas para obtenção de resultados confiáveis e de interpretação fácil. Este trabalho objetiva determinar um modelo elétrico que represente a característica da resposta em frequência para fins de armazenamento de dados e simulações. A partir de dados reais do teste de resposta em frequência da impedância inseridos no modelo proposto, através de um programa computacional, foi verificada a confiabilidade nas respostas obtidas, comparadas com as reais. Os resultados obtidos asseguram que o modelo proposto é viável de ser aplicado. / In the new context of the Brazilian electric industry, the electric power provider companies have adopted a new administration posture. The electric power, as a product and business, should make the companies profitable. They have been paying more attention to the costs, .learning that many technical aspects should be analyzed in order to reduce substantial losses. Therefore, the power transformer takes an outstanding position, considering its strategic position in the electric system and being essential in the process of transport and delivery of the electric power. For this reason, there has been an interest in the development of studies and research in order to increase its useful life. The method of Frequency Response Analysis of impedance of the power transformer permits to obtain reference parameters of this one, in order to verify future degradations. This method has been adopted by many companies throughout the world for over three decades. Despite its wide application among several techniques used in the supervision and analysis of faults of equipments, there has been no consensus in the interpretation of the results obtained by this method so far. The difficulty of correlating the parameters with probable faults have increased research in order to obtain reliable results and of easy interpretation. This study aims to determine an electric model that represents the characteristic of the frequency response in order to store data and simulations. Starting from the real data of the FRA test inserted in the proposed model through a computer program, the reliability of the obtained responses were verified and compared with the real data. The obtained results assure that the proposed model is viable and can be applied.

Este trabalho consiste na aplicação de técnicas de identificação de parâmetros estruturais, especificamente massa, rigidez e amortecimento, à caixa acústica de um violão clássico. A abordagem experimental tradicional é adotada, com medição de aceleração em um ponto da estrutura e excitação proveniente de martelo instrumentado registrada em diferentes pontos. As funções de resposta em frequência são então traçadas para, em conjunto com um modelo analítico representativo dos primeiros graus de liberdade do acoplamento ar/estrutura, realizar-se o ajuste de curvas e posterior identificação dinâmica. Para tanto, esta última etapa foi tratada como um problema matemático de otimização não linear no qual se busca a minimização de uma função objetivo que contabiliza de alguma forma a diferença entre o resultado das medições e os valores previstos pelo modelo utilizado. Várias funções de erro (objetivo) e vários algoritmos foram utilizados, como mínimos quadrados não linear, simplex de Nealder-Mead, algoritmo genético padrão e enxame de partículas (particle swarm), entre outros, sendo este último o de melhor desempenho entre todos, quando aplicado em conjunto com a norma da diferença dos logaritmos das magnitudes ao quadrado. Assim, uma calibração com boa concordância entre dados experimentais e resultados teóricos foi estabelecida para o modelo proposto, sendo realizada também a verificação do ajuste através da comparação de um conjunto independente de dados, trazendo, desta forma, confiabilidade para posteriores cálculos das grandezas associadas ao comportamento dinâmico utilizando-se o modelo ajustado. / This work aims at identify structural parameters of a classical acoustic guitar’s resonant chamber by comparing theoretical and experimental frequency response functions. The quantities used to construct the mass, stiffness and damping matrices of an air/structure analytical model, which is representative of the first few modes of the body, are considered as project variables, and an impact vibration testing approach is used to obtain the measured data, with a roving instrumented hammer and an accelerometer attached to a predefined point of the body. Then, a curve-fit analysis is performed as a mathematical problem of non-linear optimization, wherein the objective function, which is to be minimized, somehow accounts for the difference between the measured data and the theoretically predicted values. Some different error (objective) functions and optimization algorithms, like non-linear least-squares, Nealder-Mead simplex, standard genetic algorithm and particle swarm, among others, were applied, and the latter yielded, together with the squared error norm, the best performance. Then, an updated model was achieved with fair agreement between analytical predictions and experimental results, verified using a validation data set, bringing reliability for further theoretical predictions.

Orientadores: Janito Vaqueiro Ferreira, Alberto Luiz Serpa / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-16T11:31:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Martins_PauloAugustodeOliveira_M.pdf: 56662402 bytes, checksum: d0d469664498e80bed0d21cef0f7f7ac (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: O objetivo deste trabalho é estudar a aplicação do método "arc-length" em funções de resposta em frequência não-lineares (RFs), para se obter principalmente regiões instáveis do caminho de equilíbrio da curva de receptância ?(?). Para isto, é necessário conhecer os vários procedimentos de continuação existentes com o intuito de se escolher o melhor método que executasse este objetivo. O procedimento "arc-length" tem que ser usado em conjunto com algum algoritmo para solução de sistema de equações não-lineares. Logo, é utilizado o procedimento de Newton-Raphson, devido a sua razão de convergência e confiabilidade. A não-linearidade assumida neste trabalho é obtida através de funções descritivas, sendo que, no modelo matemático, a não-linearidade pode ser acrescentada tanto na matriz rigidez quanto na matriz de amortecimento, e sua posição irá depender do tipo de função descritiva que se está utilizando. Para verificar a funcionalidade do método, implementou-se um procedimento gráfico mostrando em cada passo de iteração até sua convergência. Na equação do resíduo para o caso de impedância ou receptância, o parâmetro de frequência (?) é modificado para (??), pois (?) é o fator que relaxa a frequência. Já, os resultados deste trabalho obtidos com o método "arc-length" são apresentados graficamente, utilizando vários modelos, os quais são mostrados os casos lineares e não-lineares. Estes gráficos são comentados e analisados, e são mostradas as dificuldades encontradas. Os resultados deste trabalho são de grande importância para a validação do método proposto e também para trabalhos futuros, no qual este método pode ser empregado junto a outros que determinam soluções periódicas, no qual o "arc-length" pode ser utilizado para obter a estabilidade da resposta sistema / Abstract: The objective of this work is to study the applicability of the arc-length method in nonlinear frequency response (RF), mainly to obtain unstable regions of the receptance curve ?(?) following the equilibrium way. To do this, it is necessary to know the several path-following procedures with the intuit of choosing the best method to do this task. The arc-length procedure must be used together with some optimization algorithm, so that this solves the nonlinear system of equations. Therefore, the procedure used is Newton-Raphson, due to its convergence ratio and reliability, although others Newton methods can be used with this purpose. The nonlinearity assumed in this work is obtained through describing functions, this nonlinearity is increased in the stiffness matrix and damping matrix of the mathematical model. To verify the functionality of the method, a graphic procedure was implemented to show the convergence at each iteration step. In the equation of residue, for the case of impedance or receptance, the parameter of frequency (?) is modified for (??), because (?) is the factor that relaxes the frequency. The results obtained with the method are represented graphically using several models, which are treated for linear and nonlinear cases. These graphs are commented properly, analyzed and the difficulties are showed presented. The results of this work are of great importance to validate the proposed method and also for future works, in which this method can be used in conjunction to others that determine periodic solutions, in which the arc-length can be used to obtain the stability of the system / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Lithium-ion batteries are the most are widely used as electrical storage device in various applications such as portable electronics, electric vehicles, Photovoltaic application, telecommunication etc due to the characteristics of the batterie such as high-power density, long cycling and high-power efficiency. Extensive condition monitoring of the battery should be implemented due to the usage of the battery so that there will be an increase in all the overall performance and expectancy. This research is focused on implementing an online condition monitoring on the Li-ion battery using a signal injection through a power converter. The implemented technique in this research is known as the Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS). The EIS is a widely known technique used in determining the internal impedance of a battery cell. The estimated impedance can be used to determine the state of charge (Soc) and State of health (SoH) of a battery. The EIS is used to characterize the electrochemical behaviour thereby monitoring the change in the impedance of the cell of the battery. The EIS technique is accomplished by sinusoidally injecting current at different frequencies and measuring the voltage response. A standard Frequency Response Analyser (FRA) is used as an offline test while the battery is disconnected from the Load. The limitation of this standard FRA analyser is that it is bulky and Expensive. Attempts have been made to migrate the techniques to online operations, each having their own challenges. For an online Implementation, the interfacing power converter is used for Signal injection to measure the impedance of the battery. This work explores the low current ripple advantage of a threelevel boost converter to implement EIS on lithium ion battery.

Thesis (Ph.D.)--Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Civil Engineering, 1982. / MICROFICHE COPY AVAILABLE IN ARCHIVES AND ENGINEERING. / Bibliography: leaves 125-127. / by Amir Massoud Kaynia. / Ph.D.

Thesis (M.S.)--Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Electrical Engineering and Computer Science, 1982. / MICROFICHE COPY AVAILABLE IN ARCHIVES AND ENGINEERING / Bibliography: leaves 94-97. / by Daniel Michael Chernoff. / M.S.

No description available.