Esta tesis aborda el problema del análisis de estabilidad y diseño de control para sistemas no lineales expresados en forma de modelos Takagi-Sugeno de tiempo continuo. El análisis de estabilidad se basa, por lo general, en el método directo de Lyapunov. Existen varios enfoques en la literatura, sobre la base de las funciones cuadráticas de Lyapunov, que se proponen para resolver este problema; los resultados obtenidos usando tales funciones introducen un conservadurismo que puede ser excesivo. Para superar este problema, diversos enfoques basados en funciones de Lyapunov no cuadráticas se han presentado recientemente; estos enfoques se basan en límites muy conservadores o condiciones demasiado restrictivas. La idea desarrollada en este trabajo es el uso de funciones de Lyapunov no cuadráticas y un controlador no PDC con el fin de obtener condiciones de estabilidad y estabilización menos conservadoras. Las principales propuestas son: el uso de límites locales en derivadas parciales en lugar de derivadas temporales de las funciones de pertenencia, el desacoplo del controlador respecto de las variables de decisión de la función de Lyapunov, el uso de funciones de Lyapunov difusas en modelos polinomiales y finalmente, proponer la síntesis de controladores garantizando ciertos límites de la derivada-temporal, conocidos a priori, en una región de modelado en lugar de comprobarlos a posteriori. Estos nuevos enfoques permiten proponer condiciones locales para estabilizar los sistemas continuos difusos T-S incluyendo aquéllos que no admiten una estabilización cuadrática. Varios ejemplos de simulación han sido seleccionados para verificar los resultados obtenidos en esta tesis. / Jaadari, A. (2013). Continuous quasi-LPV Systems: how to leave the quadratic Framework? [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/31379 / TESIS

El Control Predictivo Basado en Modelos (CPBM) optimiza un índice que incorpora un parámetro de penalización para las acciones de control lambda, con el fin de que no sean demasiado bruscas, a la vez que se mejora la robustez del sistema. El principal inconveniente radica en que el sintonizado de lambda se suele regir por criterios empíricos, y poco orientados a la mejora de la robustez. De entre las diferentes técnicas de mejora de la robustez en CPBM se destaca la optimización Min-Max de las especificaciones, donde se resuelve el problema de optimización para el peor modelo en una región acotada. Desde otro punto de vista, el principio de mínimos cuadrados está presente en numerosas teorías de identificación y control. De hecho el CPBM se puede plantear como un problema de mínimos cuadrados. Su principal inconveniente radica en que es sensible a los errores en los datos (mal condicionamiento), lo cual se puede mejorar regularizando el problema mediante el parámetro de regularización lambda ajustado empíricamente (análogo al parámetro lambda de penalización del esfuerzo de control en CPBM). La técnica BDU (Bounded Data Uncertainties) es una técnica de regularización de problemas de mínimos cuadrados, originalmente desarrollada para problemas de estimación, y poco usada en control, salvo el controlador lineal cuadrático (LQR) con horizonte de predicción finito considerando incertidumbre paramétrica. Dicha técnica diseña el parámetro de regularización lambda teniendo en cuenta la cota de la incertidumbre presente en el sistema y plantea el problema como una optimización Min-Max. Por lo tanto se puede establecer la analogía con el problema Min-Max de CPBM robusto, así el objetivo principal de la tesis consiste en usar la técnica BDU para sintonizar lambda de modo guiado y con el fin de mejorar la robustez del sistema. Otro objetivo adicional es asegurar la estabilidad. Por tanto, se pretende plantear un LQR robusto y estable, denominado LQR-BDU, robusto por usar / Ramos Fernández, C. (2007). Control predictivo basado en modelos (CPBM) robusto con BDU [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/1844 / Palancia

[ES] El almacenamiento de energía se ha convertido en un componente fundamental en los sistemas de energía renovable, especialmente aquellos que incluyen baterías. De allí, la necesidad de buscar métodos de control eficientes que ayuden a proteger y prolongar la vida útil de la batería. Dentro de los métodos de control reportados en la literatura, el más utilizado es el de corriente constante - voltaje constante. Otros métodos como el control con lógica difusa o el modelo de control predictivo han demostrado ser más eficientes que los métodos tradicionales, ya que reducen el tiempo de carga, mitigan el aumento de la temperatura y mantienen el estado de carga dentro de los límites seguros. Sin embargo, en los procesos de carga y descarga, algunos de los parámetros no están controlados por el usuario de la batería, convirtiéndose ésta en una de las causas que provoca el envejecimiento de las baterías, una reducción del ciclo de vida y, por ende, un reemplazo prematuro de la batería. En esta tesis doctoral, se usa el modelo de batería propuesto por Copetti para simular el voltaje de carga y descarga de un banco de baterías de plomo-ácido e identificar aquellos parámetros que afectan el rendimiento de la batería. El modelo se valida sobre medidas reales tomadas de un sistema de almacenamiento de energías basado en baterías instalado en el Laboratorio de Energías Renovables (LadER) ubicado en el departamento del Chocó, Colombia. Para ajustar el modelo e identificar los parámetros internos del banco de baterías se implementan y se comparan tres algoritmos evolutivos: optimización por enjambre de partículas - PSO, búsqueda de cuco - CS y optimización por enjambre de partículas+perturbación - PSO+P. Siendo este último una nueva propuesta en la que se introduce una perturbación periódica en la población para evitar que el algoritmo caiga en mínimos locales. La perturbación consiste en una nueva población basada en la mejor solución global que permita la reactivación del algoritmo PSO. Los parámetros internos que están asociados a la capacidad de la batería son usados para estimar el estado de salud del sistema de almacenamiento de energía en baterías, encontrándose que éste perdió un 5% de su capacidad nominal, por lo que su estado de salud se estima en un 95%. Adicionalmente, el uso de análisis de componentes principales (PCA) es propuesto para realizar un diagnóstico del sistema. El modelo de análisis de componentes principales se aplica a un conjunto de parámetros asociados a la capacidad, resistencia interna y voltaje de circuito abierto de un sistema de almacenamiento de energía en baterías. El modelo PCA conserva las 5 primeras componentes que recolectan el 80.25% de la variabilidad total. Durante la prueba en condiciones de operación real, el modelo PCA, diagnosticó una degradación del estado de salud más rápido que el controlador de batería comercial. Sin embargo, un cambio en los modos de carga, llevó a una recuperación de la batería que también fue monitoreada por el algoritmo propuesto. Finalmente, se proponen acciones de control que llevan al sistema de almacenamiento de energía en baterías a funcionar en condiciones normales. / [CA] l'emmagatzematge d'energia s'ha convertit en un component fonamental en els sistemes d'energia renovable, especialment aquells que inclouen bateries. D'allí, la necessitat de buscar mètodes de control eficients que ajudin a protegir i allargar la vida útil de la bateria. Dins dels mètodes de control reportats en la literatura, el més utilitzat és el de corrent constant - voltatge constant. Altres mètodes com el control amb lògica difusa o el model de control predictiu han demostrat ser més eficients que els mètodes tradicionals, ja que redueixen el temps de càrrega, mitiguen l'augment de la temperatura i mantenen l'estat de càrrega dins dels límits segurs. No obstant això, en els processos de càrrega i descàrrega, alguns dels paràmetres no estan controlats per l'usuari de la bateria, convertint-se aquesta en una de les causes que provoca l'envelliment de les bateries, una reducció del cicle de vida i, per tant, un reemplaçament prematur de la bateria. En aquesta tesi doctoral, s'usa el model de bateria proposat per Copetti per simular el voltatge de càrrega i descàrrega d'un banc de bateries de plom-àcid i identificar aquells paràmetres que afecten el rendiment de la bateria. El model es valida sobre mesures reals preses d'un sistema d'emmagatzematge d'energies en bateries instal·lat al Laboratori d'Energies Renovables (líder) situat en el departament del Chocó, Colòmbia. Per ajustar el model i identificar els paràmetres interns del banc de bateries s'implementen i es comparen tres algorismes evolutius: optimització per eixam de partícules - PSO, recerca de cucut - CS i optimització per eixam de partícules + pertorbació - PSO + P. Sent aquest últim una nova proposta en la qual s'introdueix una pertorbació periòdica en la població per evitar que l'algoritme caigui en mínims locals. La pertorbació consisteix en una nova població basada en la millor solució global que permeti la reactivació de l'algoritme PSO. Els paràmetres interns que estan associats a la capacitat de la bateria són usats per estimar l'estat de salut del sistema d'emmagatzematge d'energia en bateries, trobant-se que aquest va perdre un 5% de la seva capacitat nominal, de manera que el seu estat de salut s'estima en un 95%. Addicionalment, l'ús d'anàlisi de components principals (PCA) és proposat per realitzar un diagnòstic del sistema. El model d'anàlisi de components principals s'aplica a un conjunt de paràmetres associats a la capacitat, resistència interna i voltatge de circuit obert d'un sistema d'emmagatzematge d'energia en bateries. El model PCA conserva les 5 primeres components que recullen el 80.25% de la variabilitat total. Durant la prova en condicions d'operació real, el model PCA, va diagnosticar una degradació de l'estat de salut més ràpid que el controlador de bateria comercial. No obstant això, un canvi en les maneres de càrrega, va portar a una recuperació de la bateria que també va ser monitoritzada per l'algoritme proposat. Finalment, es proposen accions de control que porten al sistema d'emmagatzematge d'energia en bateries a funcionar en condicions normals. / [EN] Energy storage has become a fundamental component in renewable energy systems, especially those that include batteries. Hence, the need to look for efficient controls methods, which help to protect and prolong the battery life expectancy. Among the control methods reported in the literature, the most used is the constant current - constant voltage. Other methods such as fuzzy logic control or the model predictive control have proven to be more efficient than traditional methods, since they reduce the charging time, mitigate the increase in temperature and maintain the state of charge within the system the safe limits. However, in the charging and discharging processes, some of the parameters are not controlled by the user of the battery, this being one of the causes that leads to the aging batteries, a reduction in the life cycle, and therefore, a premature replacement of the battery. Therefore, in this doctoral thesis, the battery model proposed by Copetti is used to simulate the charge and discharge voltage of a battery of lead-acid batteries and identify those parameters that affect battery performance. The model is validated on real measurements, taken from a battery energy storage system installed in the Renewable Energy Laboratory (LadER) located in the department of Chocó, Colombia. To fitting the model and identify the internal parameters of the battery bank, three evolutionary algorithms are implemented and compared (particle swarm optimization - PSO, cuckoo search - CS and particle swarm optimization + perturbance - PSO + P), where PSO + P is a new proposal, in which a periodic perturbance is introduced in the population, to avoid that the algorithm falls at local minimums. The perturbance consists of a new population based on the best global solution that allows the reactivation of the PSO algorithm. The internal parameters that are associated with the battery capacity are used to estimate the state of health of the battery energy storage system, found that it lost 5% of its nominal capacity, so that its state of health estimated at 95%. Additionally, the use of principal component analysis (PCA) is proposed to perform a system diagnosis. The principal component analysis model is applied on parameters set associated with the capacity, internal resistance and open circuit voltage of a battery energy storage system. The PCA model conserves the first 5 components, which collect 80.25% of the total variability. During the test under real operating conditions, the PCA model diagnosed a state of health degradation faster than the commercial battery controller. However, a change in charging modes led to a recovery of the battery that was also monitored by the proposed algorithm. Finally, control actions are proposed that lead to the battery energy storage system to operate under normal conditions. / Al proyecto “Implementación de un programa de desarrollo e investigación de energías renovables en el departamento del Chocó”—BPIN: 20130000100285; COLCIENCIAS (Departamento Administrativo de Ciencia, Tecnología e Innovación de Colombia) y a la Universidad Tecnológica del Chocó “Diego Luis Córdoba” por el apoyo financiero recibido durante todo este proceso, para que este trabajo de tesis llegará a buen puerto. / Banguero Palacios, E. (2020). Modelado, estudio y validación experimental de la influencia de los parámetros internos en el rendimiento de sistemas de almacenamiento de energía basados en baterías. Aplicación al caso del Departamento del Chocó (Colombia) [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/138754 / TESIS

La biología sintética se define como la ingeniería de la biología: el (re)diseño y construcción de nuevas partes, dispositivos y sistemas biológicos para realizar nuevas funciones con fines útiles, que se basan en principios elucidados de la biología y la ingeniería. Para facilitar la construcción rápida, reproducible y predecible de estos sistemas biológicos a partir de conjuntos de componentes es necesario desarrollar nuevos métodos y herramientas. La tesis plantea la optimización multiobjetivo como el marco adecuado para tratar los problemas comunes que surgen en el diseño racional y el ajuste óptimo de los circuitos genéticos sintéticos. Utilizando un enfoque clásico de ingeniería de sistemas, la tesis se centra principalmente en: i) el modelado de circuitos genéticos sintéticos basado en los primeros principios, ii) la estimación de parámetros de modelos a partir de datos experimentales y iii) el ajuste basado en modelos para lograr el desempeño deseado de los circuitos. Se han utilizado dos circuitos genéticos sintéticos de diferente naturaleza y con diferentes objetivos y problemas: un circuito de realimentación de tipo 1 incoherente (I1-FFL) que exhibe la importante propiedad biológica de adaptación, y un circuito de detección de quorum sensing y realimentación (QS/Fb) que comprende dos bucles de realimentación entrelazados -uno intracelular y uno basado en la comunicación de célula a célula- diseñado para regular el nivel medio de expresión de una proteína de interés mientras se minimiza su varianza a través de la población de células. Ambos circuitos han sido analizados in silico e implementados in vivo. En ambos casos, se han desarrollado modelos de estos circuitos basado en primeros principios. Se presta especial atención a ilustrar cómo obtener modelos de orden reducido susceptibles de estimación de parámetros, pero manteniendo el significado biológico. La estimación de los parámetros del modelo a partir de los datos experimentales se considera en diferentes escenarios, tanto utilizando modelos determinísticos como estocásticos. Para el circuito I1-FFL se consideran modelos determinísticos. Aquí, la tesis plantea la utilización de modelos locales utilizando la optimización multiobjetivo para realizar la estimación de parámetros del modelo bajo escenarios con estructura de modelo incompleta. Para el circuito QS/Fb, una estructura controlada por realimentación, el problema tratado es la falta de excitabilidad de las señales. La tesis propone una metodología de estimación en dos etapas utilizando modelos estocásticos. La metodología permite utilizar datos de curso temporal promediados de la población y mediciones de distribución en estado estacionario para una sola célula. El ajuste de circuitos basado en modelos para lograr un desempeño deseado también se aborda mediante la optimización multiobjetivo. Para el circuito QS/Fb se realiza un análisis estocástico completo. La tesis aborda cómo tener en cuenta correctamente tanto el ruido intrínseco como el extrínseco, las dos principales fuentes de ruido en los circuitos genéticos. Se analiza el equilibrio entre ambas fuentes de ruido y el papel que desempeñan en el bucle de realimentación intracelular, y en la realimentación extracelular de toda la población. La principal conclusión es que la compleja interacción entre ambos canales de realimentación obliga al uso de la optimización multiobjetivo para el adecuado ajuste del circuito. En esta tesis además del uso adecuado de herramientas de optimización multiobjetivo, la principal preocupación es cómo derivar directrices para el ajuste in silico de parámetros de circuitos que puedan aplicarse de forma realista in vivo en un laboratorio estándar. Como alternativa al análisis de sensibilidad de parámetros clásico, la tesis propone el uso de técnicas de clustering a lo largo de los frentes de Pareto, relacionando el compr / La biologia sintètica es defineix com l'enginyeria de la biologia: el (re) disseny i construcció de noves parts, dispositius i sistemes biològics per a realitzar noves funcions útils que es basen a principis elucidats de la biologia i l'enginyeria. Per facilitar la construcció ràpida, reproduïble i predictible de aquests sistemes biològics a partir de conjunts de components és necessari desenvolupar nous mètodes i eines. La tesi planteja la optimització multiobjectiu com el marc adequat per a tractar els problemes comuns que apareixen en el disseny racional i l' ajust òptim dels circuits genètics sintètics. Utilitzant un enfocament clàssic d'enginyeria de sistemes, la tesi es centra principalment en: i) el modelatge de circuits genètics sintètics basat en primers principis, ii) l' estimació de paràmetres de models a partir de dades experimentals i iii) l' ajust basat en models per aconseguir el rendiment desitjat dels circuits. S'han utilitzat dos circuits genètics sintètics de diferent naturalesa i amb diferents objectius i problemes: un circuit de prealimentació de tipus 1 incoherent (I1-FFL) que exhibeix la important propietat biològica d'adaptació, i un circuit de quorum sensing i realimentació (QS/Fb) que comprèn dos bucles de realimentació entrellaçats -un intracel·lular i un basat en la comunicació de cèl·lula a cèl·lula- dis-senyat per regular el nivell mitjà d'expressió normal d'una proteïna d'interès mentre es minimitza la seua variació al llarg de la població de cèl·lules. Els dos circuits han estat analitzats in silico i implementats in vivo. En tots dos casos, s'han desenvolupat models basats en primers principis d'aquests circuits. Després es presta especial atenció a delinear com obtenir models d'ordre reduït susceptibles de estimació de paràmetres, però mantenint el significat biològic. L' estimació dels paràmetres del model a partir de les dades experimentals es considera en diferents escenaris, tant utilitzant models determinístics com estocàstics. Per al circuit I1-FFL es consideren models determinístics. La tesi planteja la utilització de models locals utilitzant la optimització multiobjectiu per realitzar l'estimació de parametres del model sota escenaris amb estructura de model incompleta (dinàmica no modelada). Per al circuit de QS/Fb, una estructura controlada per realimentació, el problema tractat és la manca d'excitabilitat dels senyals. La tesi proposa una metodologia de estimació en dues etapes utilitzant models estocàstics. La metodologia permet utilitzar dades de curs temporal promediats de la població i mesures de distribució en estat estacionari d'una sola una cèl·lula. L' ajust de circuits basat en models per aconseguir el rendiment desitjat dels circuits també s' aborda mitjançant la optimització multiobjectiu. Per al circuit QS/Fb, es fa un anàlisi estocàstic complet. La tesi aborda com tenir en compte correctament tant el soroll intrínsec com l' extrínsec, les dues principals fonts de soroll en els circuits genètics sintètics. S' analitza l'equilibri entre dues fonts de soroll i el paper que exerceixen en el bucle de realimentació intracel·lular, les i en la realimentació extracel·lular de tota la població. La principal conclusió es que la complexa interacció entre els dos canals de realimentació fa necessari l' ús de la optimització multiobjectiu per al adequat ajust del circuit. En aquesta tesi, a més de l'ús adequat d'eines d'optimització multiobjectiu, la principal preocupació és com derivar directives per al ajust in silico de paràmetres de circuits que puguin aplicar-se de forma realista en viu en un laboratori estàndard. Així, com a alternativa a l'anàlisi de sensibilitat de paràmetres clàssic, la tesi proposa l'ús de l' tècniques de l'agrupació al llarg dels fronts de Pareto, relacionant el compromís de dessempeny amb les regions en l'espai d'paràmetres. / Synthetic biology is defined as the engineering of biology: the deliberate (re)design and construction of novel biological and biologically based parts, devices and systems to perform new functions for useful purposes, that draws on principles elucidated from biology and engineering. Methods and tools are needed to facilitate fast, reproducible and predictable construction of biological systems from sets of biological components. This thesis raises multi-objective optimization as the proper framework to deal with common problems arising in rational design and optimal tuning of synthetic gene circuits. Using a classical systems engineering approach, the thesis mainly addresses: i) synthetic gene circuit modeling based on first principles, ii) model parameters estimation from experimental data and iii) model-based tuning to achieve desired circuit performance. Two gene synthetic circuits of different nature and with different goals and inherent problems have been used throughout the thesis: an Incoherent type 1 feedforward circuit (I1-FFL) that exhibits the important biological property of adaptation, and a Quorum sensing/Feedback circuit (QS/Fb) comprising two intertwined feedback loops -an intracellular one and a cell-to-cell communication-based one-- designed to regulate the mean expression level of a protein of interest while minimizing its variance across the population of cells. Both circuits have been analyzed in silico and implemented in vivo. In both cases, circuit modeling based on first principles has been carried out. Then, special attention is paid to illustrate how to obtain reduced order models amenable for parameters estimation yet keeping biological significance. Model parameters estimation from experimental data is considered in different scenarios, both using deterministic and stochastic models. For the I1-FFL circuit, deterministic models are considered. In this case, the thesis raises ensemble modeling using multi-objective optimization to perform model parameters estimation under scenarios with incomplete model structure (unmodeled dynamics). For the QS/Fb gene circuit, a feedback controlled structure, the lack of excitability of the signals is the problem addressed. The thesis proposes a two-stage estimation methodology using stochastic models. The methodology allows using population averaged time-course data and steady state distribution measurements at the single-cell level. Model-based circuit tuning to achieve desired circuit performance is also addressed using multi-objective optimization. First, for the QS/Fb feedback control circuit, a complete stochastic analysis is performed. Here, the thesis addresses how to correctly take into account both intrinsic and extrinsic noise, the two main sources of noise in gene synthetic circuits. The trade-off between both sources of noise, and the role played by in the intracellular single-cell feedback loop and the extracellular population-wide feedback is analyzed. The main conclusion being that the complex interplay between both feedback channels compel the use of multi-objective optimization for proper tuning of the circuit to achieve desired performance. Thus, the thesis wraps up all the previous results and uses them to address circuit tuning for desired performance. Here, besides the proper use of multi-objective optimization tools, the main concern is how to derive guidelines for circuit parameters tuning in silico that can realistically be applied in vivo in a standard laboratory. Thus, as an alternative to classical parameters sensitivity analysis, the thesis proposes the use of clustering techniques along the optimal Pareto fronts relating the performance trade-offs with regions in the circuits parameters space. / This work has been partially supported by the Spanish Government (CICYT DPI2014- 55276-C5-1) and the European Union (FEDER). The author was recipient of the grant Formación de Personal Investigador by the Universitat Politècnica de València, subprogram 1 (FPI/2013-3242). She was also recipient of the competitive grants for pre-doctoral stays Erasmus Student Placement-European Programme 2015, and FPI Mobility program 2016 of the Universitat Politècnica de València. She also received the competitive grant for a pre-doctoral stay Becas de movilidad para Jóvenes Profesores e Investigadores 2016, Programa de Becas Iberoamérica of the Santander Bank. / Boada Acosta, YF. (2018). A systems engineering approach to model, tune and test synthetic gene circuits [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/112725 / TESIS

[ES] La diabetes es un importante problema de salud mundial, siendo una de las enfermedades no transmisibles más graves después de las enfermedades cardiovasculares, el cáncer y las enfermedades respiratorias crónicas. La prevalencia de la diabetes ha aumentado constantemente en las últimas décadas, especialmente en países de ingresos bajos y medios. Se estima que 425 millones de personas en todo el mundo tenían diabetes en 2017, y para 2045 este número puede aumentar a 629 millones. Alrededor del 10% de las personas con diabetes padecen diabetes tipo 1, caracterizada por una destrucción autoinmune de las células beta en el páncreas, responsables de la secreción de la hormona insulina. Sin insulina, la glucosa plasmática aumenta a niveles nocivos, provocando complicaciones vasculares a largo plazo. Hasta que se encuentre una cura, el manejo de la diabetes depende de los avances tecnológicos para terapias de reemplazo de insulina. Con la llegada de los monitores continuos de glucosa, la tecnología ha evolucionado hacia sistemas automatizados. Acuñados como "páncreas artificial", los dispositivos de control de glucosa en lazo cerrado suponen hoy en día un cambio de juego en el manejo de la diabetes. La investigación en las últimas décadas ha sido intensa, dando lugar al primer sistema comercial a fines de 2017, y muchos más están siendo desarrollados por las principales industrias de dispositivos médicos. Sin embargo, como dispositivo de primera generación, muchos problemas aún permanecen abiertos y nuevos avances tecnológicos conducirán a mejoras del sistema para obtener mejores resultados de control glucémico y reducir la carga del paciente, mejorando significativamente la calidad de vida de las personas con diabetes tipo 1. En el centro de cualquier sistema de páncreas artificial se encuentra la predicción de glucosa, tema abordado en esta tesis. La capacidad de predecir la glucosa a lo largo de un horizonte de predicción dado, y la estimación de las tendencias futuras de glucosa, es la característica más importante de cualquier sistema de páncreas artificial, para poder tomar medidas preventivas que eviten por completo el riesgo para el paciente. La predicción de glucosa puede aparecer como parte del algoritmo de control en sí, como en sistemas basados en técnicas de control predictivo basado en modelo (MPC), o como parte de un sistema de supervisión para evitar episodios de hipoglucemia. Sin embargo, predecir la glucosa es un problema muy desafiante debido a la gran variabilidad inter e intra-sujeto que sufren los pacientes, cuyas fuentes solo se entienden parcialmente. Esto limita las prestaciones predictivas de los modelos, imponiendo horizontes de predicción relativamente cortos, independientemente de la técnica de modelado utilizada (modelos fisiológicos, basados en datos o híbridos). La hipótesis de partida de esta tesis es que la complejidad de la dinámica de la glucosa requiere la capacidad de caracterizar grupos de comportamientos en los datos históricos del paciente que llevan naturalmente al concepto de modelado local. Además, la similitud de las respuestas en un grupo puede aprovecharse aún más para introducir el concepto clásico de estacionalidad en la predicción de glucosa. Como resultado, los modelos locales estacionales están en el centro de esta tesis. Se utilizan varias bases de datos clínicas que incluyen comidas mixtas y ejercicio para demostrar la viabilidad y superioridad de las prestaciones de este enfoque. / [CA] La diabetisés un important problema de salut mundial, sent una de les malalties no transmissibles més greus després de les malalties cardiovasculars, el càncer i les malalties respiratòries cròniques. La prevalença de la diabetis ha augmentat constantment en les últimes dècades, especialment en països d'ingressos baixos i mitjans. S'estima que 425 milions de persones a tot el món tenien diabetis en 2017, i per 2045 aquest nombre pot augmentar a 629 milions. Al voltant del 10% de les persones amb diabetis pateixen diabetis tipus 1, caracteritzada per una destrucció autoimmune de les cèl·lules beta en el pàncrees, responsables de la secreció de l'hormona insulina. Sense insulina, la glucosa plasmàtica augmenta a nivells nocius, provocant complicacions vasculars a llarg termini. Fins que es trobi una cura, el maneig de la diabetis depén dels avenços tecnològics per a teràpies de reemplaçament d'insulina. Amb l'arribada dels monitors continus de glucosa, la tecnologia ha evolucionat cap a sistemes automatitzats. Encunyats com "pàncrees artificial", els dispositius de control de glucosa en llaç tancat suposen avui dia un canvi de joc en el maneig de la diabetis. La investigació en les últimes dècades ha estat intensa, donant lloc al primer sistema comercial a finals de 2017, i molts més estan sent desenvolupats per les principals indústries de dispositius mèdics. No obstant això, com a dispositiu de primera generació, molts problemes encara romanen oberts i nous avenços tecnològics conduiran a millores del sistema per obtenir millors resultats de control glucèmic i reduir la càrrega del pacient, millorant significativament la qualitat de vida de les persones amb diabetis tipus 1. Al centre de qualsevol sistema de pàncrees artificial es troba la predicció de glucosa, tema abordat en aquesta tesi. La capacitat de predir la glucosa al llarg d'un horitzó de predicció donat, i l'estimació de les tendències futures de glucosa, és la característica més important de qualsevol sistema de pàncrees artificial, per poder prendre mesures preventives que evitin completament el risc per el pacient. La predicció de glucosa pot aparèixer com a part de l'algoritme de control en si, com en sistemes basats en técniques de control predictiu basat en model (MPC), o com a part d'un sistema de supervisió per evitar episodis d'hipoglucèmia. No obstant això, predir la glucosa és un problema molt desafiant degut a la gran variabilitat inter i intra-subjecte que pateixen els pacients, les fonts només s'entenen parcialment. Això limita les prestacions predictives dels models, imposant horitzons de predicció relativament curts, independentment de la tècnica de modelatge utilitzada (models fisiològics, basats en dades o híbrids). La hipòtesi de partida d'aquesta tesi és que la complexitat de la dinàmica de la glucosa requereix la capacitat de caracteritzar grups de comportaments en les dades històriques del pacient que porten naturalment al concepte de modelatge local. A més, la similitud de les respostes en un grup pot aprofitar-se encara més per introduir el concepte clàssic d'estacionalitat en la predicció de glucosa. Com a resultat, els models locals estacionals estan al centre d'aquesta tesi. S'utilitzen diverses bases de dades clíniques que inclouen menjars mixtes i exercici per demostrar la viabilitat i superioritat de les prestacions d'aquest enfocament. / [EN] Diabetes is a significant global health problem, one of the most serious noncommunicable diseases after cardiovascular diseases, cancer and chronic respiratory diseases. Diabetes prevalence has been steadily increasing over the past decades, especially in low- and middle-income countries. It is estimated that 425 million people worldwide had diabetes in 2017, and by 2045 this number may rise to 629 million. About 10% of people with diabetes suffer from type 1 diabetes, characterized by autoimmune destruction of the beta-cells in the pancreas, responsible for the secretion of the hormone insulin. Without insulin, plasma glucose rises to deleterious levels, provoking long-term vascular complications. Until a cure is found, the management of diabetes relies on technological developments for insulin replacement therapies. With the advent of continuous glucose monitors, technology has been evolving towards automated systems. Coined as "artificial pancreas", closed-loop glucose control devices are nowadays a game-changer in diabetes management. Research in the last decades has been intense, yielding a first commercial system in late 2017 and many more are in the pipeline of the main medical devices industry. However, as a first-generation device, many issues still remain open and new technological advancements will lead to system improvements for better glycemic control outputs and reduced patient's burden, improving significantly the quality of life of people with type 1 diabetes. At the core of any artificial pancreas system is glucose prediction, the topic addressed in this thesis. The ability to predict glucose along a given prediction horizon, and estimation of future glucose trends, is the most important feature of any artificial pancreas system, in order to be able to take preventive actions to entirely avoid risk to the patient. Glucose prediction can appear as part of the control algorithm itself, such as in systems based on model predictive control (MPC) techniques, or as part of a monitoring system to avoid hypoglycemic episodes. However, predicting glucose is a very challenging problem due to the large inter- and intra-subject variability that patients suffer, whose sources are only partially understood. These limits models forecasting performance, imposing relatively short prediction horizons, despite the modeling technique used (physiological, data-driven or hybrid approaches). The starting hypothesis of this thesis is that the complexity of glucose dynamics requires the ability to characterize clusters of behaviors in the patient's historical data naturally yielding to the concept of local modeling. Besides, the similarity of responses in a cluster can be further exploited to introduce the classical concept of seasonality into glucose prediction. As a result, seasonal local models are at the core of this thesis. Several clinical databases including mixed meals and exercise are used to demonstrate the feasibility and superiority of the performance of this approach. / This work has been supported by the Spanish Ministry of Economy and Competitiveness (MINECO) under the FPI grant BES-2014-069253 and projects DPI2013-46982-C2-1-R and DPI2016-78831-C2-1-R. Moreover, with relation to this grant, a short stay was done at the end of 2017 at the Illinois Institute of Technology, Chicago, United States of America, under the supervision of Prof. Ali Cinar, for four months from 01/09/2017 to 29/12/2017. / Montaser Roushdi Ali, E. (2020). STOCHASTIC SEASONAL MODELS FOR GLUCOSE PREDICTION IN TYPE 1 DIABETES [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/136574 / TESIS

[EN] Patients suffering from Type 1 Diabetes are not able to secrete insulin, thus, they have to get it administered externally. Current research is focused on developing an artificial pancreas, a control system that automatically administers insulin according to patient's needs. The work presented here aims to improve the efficiency and safety of control algorithms for artificial pancreas. Glucose-insulin models try to mimic the administration of external insulin, the absorption of carbohydrates, and the influence of both of them in blood glucose concentration. However, these processes are infinitely complex and they are characterized by their high variability. The mathematical models used are often a simplified version which does not include all the process variability and, therefore, they do not always match reality. This deficiency on the models can be addressed by considering uncertainty on their parameters and initial conditions. In this way, the exact values are unknown but they can be bounded by intervals that comprehend all the variability of the considered process. When the value of the parameters and initial conditions is known, there is usually just one possible behaviour. However, if they are bounded by intervals, a set of possible solutions exists. In this case, it is interesting to compute a solution envelope that guarantees the inclusion of all the possible behaviours. A common technique to compute this envelope is the monotonicity analysis of the system. Nevertheless, some overestimation is produced if the system is not fully monotone. In this thesis, several methods and approaches have been developed to reduce, or even eliminate, the overestimation in the computation of solution envelopes, while satisfying the inclusion guarantee. Another problem found during the use of an artificial pancreas is that only the subcutaneous glucose concentration can be measured in real time, with some noise in the measurements. The rest of the system states are unknown, but they could be estimated from this set of noisy measurements by state observers, like Kalman filters. A detailed example is shown at the end of this thesis, where an Extended Kalman Filter is used to estimate in real time insulin concentration based on the food ingested and in periodical measurements of subcutaneous glucose. / [ES] Los pacientes que sufren de diabetes tipo 1 no son capaces de secretar insulina, por lo que tienen que administrársela externamente. La investigación actual se centra en el desarrollo de un páncreas artificial, un sistema de control que administre automáticamente la insulina en función de las necesidades del paciente. El trabajo que aquí se presenta tiene como objetivo mejorar la eficiencia y la seguridad de los algoritmos de control para el páncreas artificial. Los modelos de glucosa-insulina tratan de emular la administración externa de la insulina, la absorción de carbohidratos y la influencia de ambos en la concentración de glucosa en sangre. El problema es que estos procesos son infinitamente complejos y se caracterizan por su alta variabilidad. Los modelos matemáticos utilizados suelen ser una versión simplificada que no incluye toda la variabilidad del proceso y, por lo tanto, no coinciden con la realidad. Esta deficiencia de los modelos puede subsanarse considerando inciertos sus parámetros y las condiciones iniciales, de manera que se desconoce su valor exacto pero sí podemos englobarlos en ciertos intervalos que comprendan toda la variabilidad del proceso considerado. Cuando los valores de los parámetros y de las condiciones iniciales son conocidos, existe, por lo general, un único comportamiento posible. Sin embargo, si están delimitados por intervalos se obtiene un conjunto de posibles soluciones. En este caso, interesa obtener una envoltura de las soluciones que garantice la inclusión de todos los comportamientos posibles. Una técnica habitual que facilita el cómputo de esta envoltura es el análisis de la monotonicidad del sistema. Sin embargo, si el sistema no es totalmente monótono la envoltura obtenida estará sobrestimada. En esta tesis se han desarrollado varios métodos para reducir, o incluso eliminar, la sobrestimación en el cálculo de envolturas, al tiempo que se satisface la garantía de inclusión. Otro inconveniente con el que nos encontramos durante el uso de un páncreas artificial es que solo es posible medir en tiempo real, con cierto ruido en la medida, la glucosa subcutánea. El resto de los estados del sistema son desconocidos, pero podrían ser estimados a partir de este conjunto limitado de mediciones con ruido utilizando observadores de estado, como el Filtro de Kalman. Un ejemplo detallado se muestra al final de la tesis, donde se estima en tiempo real la concentración de insulina en plasma en función de la comida ingerida y de mediciones periódicas de la glucosa subcutánea con ayuda de un Filtro de Kalman Extendido. / [CAT] Els pacients que pateixen de diabetis tipus 1 no són capaços de secretar insulina, motiu pel qual han d'administrar-se-la externament. La investigació actual es centra en el desenvolupament d'un pàncrees artificial, un sistema de control que administre automàticament la insulina en funció de les necessitats del pacient. El treball que ací es presenta té com a objectiu millorar l'eficiència i la seguretat dels algorismes de control per al pàncrees artificial. Els models de glucosa-insulina tracten d'emular l'administració externa de la insulina, l'absorció de carbohidrats i la influència d'ambdós factors en la concentració de glucosa en sang. El problema és que estos processos són infinitament complexos i es caracteritzen per la seua alta variabilitat. Els models matemàtics emprats solen ser una versió simplificada que no inclou tota la variabilitat del procés i, per tant, no coincideixen amb la realitat. Esta deficiència dels models pot esmenar-se considerant incerts els seus paràmetres i les condicions inicials, de manera que es desconeix el seu valor exacte però sí podem englobar-los en certs intervals que comprenguen tota la variabilitat del procés considerat. Quan els valors dels paràmetres i de les condicions inicials són coneguts, existeix, en general, un únic comportament possible. No obstant, si estan delimitats per intervals s'obté un conjunt de possibles solucions. En este cas, interessa obtindre un embolcall de les solucions que assegure la inclusió de tots els comportaments possibles. Una tècnica habitual que facilita el còmput d'este embolcall és l'anàlisi de la monotonicitat del sistema. No obstant, si el sistema no és totalment monòton l'embolcall obtingut estarà sobreestimat. En esta tesi s'han desenvolupat diversos mètodes per a reduir, o fins i tot eliminar, la sobreestimació en el càlcul dels embolcalls, al temps que se satisfà la garantia d'inclusió. Altre inconvenient amb què ens trobem durant l'ús d'un pàncrees artificial és que només és possible mesurar en temps real, amb cert soroll en la mesura, la glucosa subcutània. La resta dels estats del sistema són desconeguts, però podrien ser estimats a partir d'este conjunt limitat de mesures amb soroll utilitzant observadors d'estat, com el Filtre de Kalman. Un exemple detallat es mostra al final de la tesi, on s'estima en temps real la concentració d'insulina en plasma en funció del menjar ingerit i de les mesures periòdiques de la glucosa subcutània amb ajuda d'un Filtre de Kalman Estés. / Pereda Sebastián, DD. (2015). Methods for the treatment of uncertainty in dynamical systems: Application to diabetes [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/54121 / TESIS

[EN] This thesis deals with two characteristic problems in visual feedback robot control: 1) sensor latency; 2) providing suitable trajectories for the robot and for the measurement in the image. All the approaches presented in this work are analyzed and implemented on a 6 DOF industrial robot manipulator or/and a wheeled robot. Focusing on the sensor latency problem, this thesis proposes the use of dual-rate high order holds within the control loop of robots. In this sense, the main contributions are: - Dual-rate high order holds based on primitive functions for robot control (Chapter 3): analysis of the system performance with and without the use of this multi-rate technique from non-conventional control. In addition, as consequence of the use of dual-rate holds, this work obtains and validates multi-rate controllers, especially dual-rate PIDs. - Asynchronous dual-rate high order holds based on primitive functions with time delay compensation (Chapter 3): generalization of asynchronous dual-rate high order holds incorporating an input signal time delay compensation component, improving thus the inter-sampling estimations computed by the hold. It is provided an analysis of the properties of such dual-rate holds with time delay compensation, comparing them with estimations obtained by the equivalent dual-rate holds without this compensation, as well as their implementation and validation within the control loop of a 6 DOF industrial robot manipulator. - Multi-rate nonlinear high order holds (Chapter 4): generalization of the concept of dual-rate high order holds with nonlinear estimation models, which include information about the plant to be controlled, the controller(s) and sensor(s) used, obtained from machine learning techniques. Thus, in order to obtain such a nonlinear hold, it is described a methodology non dependent of the machine technique used, although validated using artificial neural networks. Finally, an analysis of the properties of these new holds is carried out, comparing them with their equivalents based on primitive functions, as well as their implementation and validation within the control loop of an industrial robot manipulator and a wheeled robot. With respect to the problem of providing suitable trajectories for the robot and for the measurement in the image, this thesis presents the novel reference features filtering control strategy and its generalization from a multi-rate point of view. The main contributions in this regard are: - Reference features filtering control strategy (Chapter 5): a new control strategy is proposed to enlarge significantly the solution task reachability of robot visual feedback control. The main idea is to use optimal trajectories proposed by a non-linear EKF predictor-smoother (ERTS), based on Rauch-Tung-Striebel (RTS) algorithm, as new feature references for an underlying visual feedback controller. In this work it is provided both the description of the implementation algorithm and its implementation and validation utilizing an industrial robot manipulator. - Dual-rate Reference features filtering control strategy (Chapter 5): a generalization of the reference features filtering approach from a multi-rate point of view, and a dual Kalman-smoother step based on the relation of the sensor and controller frequencies of the reference filtering control strategy is provided, reducing the computational cost of the former algorithm, as well as addressing the problem of the sensor latency. The implementation algorithms, as well as its analysis, are described. / [ES] La presente tesis propone soluciones para dos problemas característicos de los sistemas robóticos cuyo bucle de control se cierra únicamente empleando sensores de visión artificial: 1) la latencia del sensor; 2) la obtención de trayectorias factibles tanto para el robot así como para las medidas obtenidas en la imagen. Todos los métodos propuestos en este trabajo son analizados, validados e implementados utilizando brazo robot industrial de 6 grados de libertad y/o en un robot con ruedas. Atendiendo al problema de la latencia del sensor, esta tesis propone el uso de retenedores bi-frequencia de orden alto dentro de los lazos de control de robots. En este aspecto las principales contribuciones son: -Retenedores bi-frecuencia de orden alto basados en funciones primitivas dentro de lazos de control de robots (Capítulo 3): análisis del comportamiento del sistema con y sin el uso de esta técnica de control no convencional. Además, como consecuencia del empleo de los retenedores, obtención y validación de controladores multi-frequencia, concretamente de PIDs bi-frecuencia. -Retenedores bi-frecuencia asíncronos de orden alto basados en funciones primitivas con compensación de retardos (Capítulo 3): generalización de los retenedores bi-frecuencia asíncronos de orden alto incluyendo una componente de compensación del retardo en la señal de entrada, mejorando así las estimaciones inter-muestreo calculadas por el retenedor. Se proporciona un análisis de las propiedades de los retenedores con compensación del retardo, comparándolas con las obtenidas por sus predecesores sin compensación, así como su implementación y validación en un brazo robot de 6 grados de libertad. -Retenedores multi-frecuencia no lineales de orden alto (Capítulo 4): generalización del concepto de retenedor bi-frecuencia de orden alto con modelos de estimación no lineales, los cuales incluyen información tanto de la planta a controlar, como del controlador(es) y sensor(es) empleado(s), obtenida a partir de técnicas de aprendizaje. Así pues, para obtener dicho retenedor no lineal, se describe una metodología independiente de la herramienta de aprendizaje utilizada, aunque validada con el uso de redes neuronales artificiales. Finalmente se realiza un análisis de las propiedades de estos nuevos retenedores, comparándolos con sus predecesores basados en funciones primitivas, así como su implementación y validación en un brazo robot de 6 grados de libertad y en un robot móvil con ruedas. Por lo que respecta al problema de generación de trayectorias factibles para el robot y para la medida en la imagen, esta tesis propone la nueva estrategia de control basada en el filtrado de la referencia y su generalización desde el punto de vista multi-frecuencial. -Estrategia de control basada en el filtrado de la referencia (Capítulo 5): una nueva estrategia de control se propone para ampliar significativamente el espacio de soluciones de los sistemas robóticos realimentados con sensores de visión artificial. La principal idea es utilizar las trayectorias óptimas obtenidas por una trayectoria predicha por un filtro de Kalman seguido de un suavizado basado en el algoritmo Rauch-Tung-Striebel (RTS) como nuevas referencias para un controlador dado. En este trabajo se proporciona tanto la descripción del algoritmo como su implementación y validación empleando un brazo robótico industrial. -Estrategia de control bi-frecuencia basada en el filtrado de la referencia (Capítulo 5): generalización de la estrategia de control basada en filtrado de la referencia desde un punto de vista multi-frecuencial, con un filtro de Kalman multi-frecuencia y un Kalman-smoother dual basado en la relación existente entre las frecuencias del sensor y del controlador, reduciendo así el coste computacional del algoritmo y, al mismo tiempo, dando solución al problema de la latencia del sensor. La validación se realiza utilizando un barzo robot industria asi / [CAT] La present tesis proposa solucions per a dos problemes característics dels sistemes robòtics el els que el bucle de control es tanca únicament utilitzant sensors de visió artificial: 1) la latència del sensor; 2) l'obtenció de trajectòries factibles tant per al robot com per les mesures en la imatge. Tots els mètodes proposats en aquest treball son analitzats, validats e implementats utilitzant un braç robot industrial de 6 graus de llibertat i/o un robot amb rodes. Atenent al problema de la latència del sensor, esta tesis proposa l'ús de retenidors bi-freqüència d'ordre alt a dins del llaços de control de robots. Al respecte, les principals contribucions son: - Retenidors bi-freqüència d'ordre alt basats en funcions primitives a dintre dels llaços de control de robots (Capítol 3): anàlisis del comportament del sistema amb i sense l'ús d'aquesta tècnica de control no convencional. A més a més, com a conseqüència de l'ús dels retenidors, obtenció i validació de controladors multi-freqüència, concretament de PIDs bi-freqüència. - Retenidors bi-freqüència asíncrons d'ordre alt basats en funcions primitives amb compensació de retards (Capítol 3): generalització dels retenidors bi-freqüència asíncrons d'ordre alt inclouen una component de compensació del retràs en la senyal d'entrada al retenidor, millorant així les estimacions inter-mostreig calculades per el retenidor. Es proporciona un anàlisis de les propietats dels retenidors amb compensació del retràs, comparant-les amb les obtingudes per el seus predecessors sense la compensació, així com la seua implementació i validació en un braç robot industrial de 6 graus de llibertat. - Retenidors multi-freqüència no-lineals d'ordre alt (Capítol 4): generalització del concepte de retenidor bi-freqüència d'ordre alt amb models d'estimació no lineals, incloent informació tant de la planta a controlar, com del controlador(s) i sensor(s) utilitzat(s), obtenint-la a partir de tècniques d'aprenentatge. Així doncs, per obtindre el retenidor no lineal, es descriu una metodologia independent de la ferramenta d'aprenentatge utilitzada, però validada amb l'ús de rets neuronals artificials. Finalment es realitza un anàlisis de les propietats d'aquestos nous retenidors, comparant-los amb els seus predecessors basats amb funcions primitives, així com la seua implementació i validació amb un braç robot de 6 graus de llibertat i amb un robot mòbil de rodes. Per el que respecta al problema de generació de trajectòries factibles per al robot i per la mesura en la imatge, aquesta tesis proposa la nova estratègia de control basada amb el filtrat de la referència i la seua generalització des de el punt de vista multi-freqüència. - Estratègia de control basada amb el filtrat de la referència (Capítol 5): una nova estratègia de control es proposada per ampliar significativament l'espai de solucions dels sistemes robòtics realimentats amb sensors de visió artificial. La principal idea es la d'utilitzar les trajectòries optimes obtingudes per una trajectòria predita per un filtre de Kalman seguit d'un suavitzat basat en l'algoritme Rauch-Tung-Striebel (RTS) com noves referències per a un control donat. En aquest treball es proporciona tant la descripció del algoritme així com la seua implementació i validació utilitzant un braç robòtic industrial de 6 graus de llibertat. - Estratègia de control bi-freqüència basada en el filtrat (Capítol 5): generalització de l'estratègia de control basada am filtrat de la referència des de un punt de vista multi freqüència, amb un filtre de Kalman multi freqüència i un Kalman-Smoother dual basat amb la relació existent entre les freqüències del sensor i del controlador, reduint així el cost computacional de l'algoritme i, al mateix temps, donant solució al problema de la latència del sensor. L'algoritme d'implementació d'aquesta tècnica, així com la seua validaci / Solanes Galbis, JE. (2015). MULTI-RATE VISUAL FEEDBACK ROBOT CONTROL [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/57951 / TESIS

[EN] New objectives for energy generation from renewable sources have led to an increase in not only installed, but also planned off-shore wind power plants. These facilities are located in particularly favourable geographical area like the North Sea due to their proximity to the coast and the shallowness of these bodies of water. The evacuation of the energy produced by the off-shore wind power plants to the transmission networks poses a technological challenge, and reliable and robust marine facilities have been due to. When distance to the shore is more than 60 km, HVDC links have proved to be the most cost-effective solution. The first option for converters was the line commutated ones (LCC). However, voltage source converter (VSC) has gained the most ground. But these are not the sole true alternatives. Taking into consideration both wind turbines and their connection to the HVDC link, control strategies that allow the use of other types of converters can be set, such as uncontrolled diode bridge rectifiers (DR). Some advantages of using this type of converter are the reduction in conduction losses, the reduction in installation costs and increased reliability. This theoretical solution in likely to be marked in the hands of the company SIEMENS, who has already announced that the first units will go on sale as early as 2016. Networks are becoming more extensive and now the interconnection of more than two points is necessary. Multiterminal systems have naturally emerged as a response to the needs of today's networks, increasing the flexibility and reliability of transmission systems. The facilities currently designed are using VSC converters. However if the connecting points already in service are to be expanded, it is necessary to consider hybrid multiterminal systems combining several technologies. This thesis proposes HVDC-DR-VSC hybrid system for connecting offshore wind plants to on-shore network (point-to-point link), and the connection of HVDC-DR stations to HVDC multiterminal networks. For this purpose components of both systems have been described and modelled, and control strategies have been proposed for proper operation, both in steady state and transient. Protection systems have also been envisaged for short circuits, in either marine and terrestrial network transmission grid or in HVDC link. Furthermore models and control strategies have been validated by PSCAD simulations and the corresponding analysis of small signal stability. Based on studies performed it can be concluded that the proposed hybrid multiterminal system is robust and stable; able to be integrated into transmission networks, offering support tasks to the network and achieving a reduction in the cost of traditional offshore wind farms. Optimization criteria has been used to calculate the distribution of currents between the VSC converters controlling voltage, meaning that losses are minimized in submarine cables. The calculation has been extended to the case of a n terminals network for both radial and meshed configuration. In the radial case, voltage control has been performed so that the optimum distribution is maintained without communications between terminals even if the operating point changes. The results obtained using wind turbines with permanent magnet synchronous generators can be extended to variable speed wind turbines with full power converters, which are known as Type 4. / [ES] Debido a los objetivos recientes de generación de energía a través de fuentes renovables, se ha producido un aumento de la potencia eólica de los parques marinos, tanto instalada como en proyecto. Estas instalaciones están localizadas en zonas geográficas particularmente favorables, como las del Mar del Norte, debido a la proximidad de la costa y la escasa profundidad de sus aguas. La evacuación de la energía de los parques eólicos marinos a las redes de transporte se convierte en un reto tecnológico buscando instalaciones fiables y robustas. Para distancias a la costa de más de 60 km, la opción más económica ha resultado ser las líneas de alta tensión en continua (HVDC). La opción que cuenta con más experiencia son los convertidores conmutados por red (LCC), aunque actualmente ganan terreno los convertidores de conmutación forzada, controlados por fuente de tensión (VSC). Pero éstas no son las únicas alternativas. Considerando los aerogeneradores que conforman el parque eólico y su conexión al enlace HVDC de forma conjunta, se pueden establecer estrategias de control que permitan el uso de otros tipos de convertidores, como son los rectificadores no-controlados con puentes de diodos (DR). Algunas de las ventajas del uso de este tipo de convertidor son la disminución en las pérdidas de conducción, la reducción en los costes de instalación y el aumento en la fiabilidad. Esta solución teórica verá pronto la luz en el mercado de la mano de la empresa SIEMENS, quien ya ha anunciado que las primeras unidades se pondrán a la venta en el año 2016. Las redes HVDC se están haciendo cada vez más extensas y es necesaria la interconexión de más de dos puntos surgiendo de forma natural los sistemas multipunto, más flexibles y fiables. Las instalaciones actualmente diseñadas están utilizando convertidores VSC. No obstante si se pretende extender estas redes conectándolas con puntos ya en servicio es necesario considerar los sistemas multipunto híbridos, donde convivan varias tecnologías. En la presente tesis se propone un sistema híbrido HVDC-DR-VSC para el conexionado de plantas eólicas marinas (enlace punto-a-punto), así como el conexionado de estaciones HVDC-DR a redes HVDC multipunto. Para ello se han descrito y modelado los componentes de ambos sistemas y se han propuesto estrategias de control para su correcto funcionamiento, tanto en régimen permanente como transitorio. También se han propuesto protecciones contra cortocircuitos, tanto en la red marina como en la red terrestre de transporte, o en el enlace HVDC. Los modelos y las estrategias de control se han validado mediante simulación con PSCAD y con los correspondientes análisis de estabilidad en pequeña señal. Tras todos los estudios realizados se puede concluir que el sistema multipunto híbrido propuesto es robusto y estable, capaz de integrarse en las redes de transporte ofreciendo funciones de soporte y posibilitando una reducción en los costes de las instalaciones eólicas marinas tradicionales. En el reparto de las corrientes entre los convertidores VSC que controlan la tensión continua se han utilizado criterios de optimización que minimizan las pérdidas en los cables submarinos. El cálculo se ha extendido al caso de una red de n terminales, tanto para la configuración radial como mallada. En el caso radial el control mantiene el reparto óptimo sin necesidad de comunicaciones entre los terminales, aún cambiando el punto de funcionamiento. Los resultados obtenidos utilizando aerogeneradores con máquina síncrona de imanes permanentes se pueden extender a aerogeneradores de velocidad variable con convertidores de plena potencia, los denominados Tipo 4. / [CAT] A causa dels objectius recents de generació d'energia a través de fonts renovables, s'ha produït un augment de la potència eòlica dels parcs marins, tant de la potència instal.lada com de la que està en projecte. Aquestes instal.lacions estan localitzades en zones geogràfiques especialment propícies, com ara les del Mar del Nord, degut a la seua proximitat amb la costa i l'escassa profunditat de les aigües. L'evacuació de la energia dels parcs eòlics marins a les xarxes de transport es converteix en un repte tecnològic, buscant instal.lacions marines fiables i robustes. Quan la distància a la costa supera els 60 km, l'opció que ha resultat més econòmica són les línies d'alta tensió contínua (HVDC). L'opció amb més experiència son els convertidors commutats per xarxa (LCC) encara que actualment van guanyant terreny els convertidors de commutació forçada, controlats per font de tensió (VSC). Però aquestes no són les úniques alternatives. Si considerem els aerogeneradors i la connexió al enllaç HVDC de forma conjunta, es poden establir estratègies de control que permeten l'ús d'altres tipus de convertidors, com ho són els rectificadors no controlats en pont de díodes (DR). Els avantatges d'aquest tipus de convertidor són la disminució en les pèrdues de conducció, la reducció en els costos d'instal.lació i l'augment en la fiabilitat. Aquesta solució teòrica veurà prompte la llum en el mercat de la mà de l'empresa SIEMENS, qui ja ha anunciat que les primeres unitats es posaran a la venda l'any 2016. Les xarxes HVDC s'estan fent cada vegada més extenses i és necessària la interconnexió de més de dos punts. Sorgeixen llavors de forma natural els sistemes multipunt, augmentant la flexibilitat i fiabilitat dels sistemes de transmissió. Actualment, les instal¿lacions dissenyades estan utilitzant convertidors VSC. No obstant això, si es pretén estendre aquestes xarxes connectant-les amb punts ja en servei, és necessari considerar els sistemes multipunt híbrids, on convisquen diverses tecnologies. En la present tesi es proposa un sistema híbrid HVDC-DR-VSC per ala connexió de plantes eòliques marines (enllaç punt-a-punt) així com la connexió d'estacions HVDC-DR a xarxes HVDC multipunt. Per a això s'han descrit i modelitzat els components d'ambdós sistemes, i s'han proposat estratègies de control per al funcionament correcte, tant en règim permanent com transitori. També s'han proposat proteccions per a curtcircuits, tant en la xarxa marina com en la xarxa terrestre de transport, o en l'enllaç HVDC. Els models i les estratègies de control s'han validat per mitjà de simulació amb PSCAD i amb les corresponents anàlisis d'estabilitat en xicoteta senyal. Després de tots els estudis realitzats es pot concloure que el sistema híbrid multipunt proposat és robust i estable, capaç d'integrar-se en xarxes de transport, i d'oferir funcions de suport a la xarxa i possibilitar una reducció en els costos de les instal¿lacions eòliques marines tradicionals. En el repartiment dels corrents entre els convertidors VSC que controlen la tensió contínua s'han utilitzat criteris d'optimació, de manera que es minimitzen les pèrdues en els cables submarins. El càlcul s'ha estès al cas d'una xarxa de n terminals, tant per a la configuració radial com mallada. En el cas el control manté el repartiment òptim sense necessitat de comunicacions entre els terminals i encara que canvie el punt de funcionament. Els resultats obtinguts utilitzant aerogeneradors amb màquina síncrona d'imants permanents es poden estendre a aerogeneradors de velocitat variable amb convertidors de plena potència, els denominats de tipus 4. / Bernal Pérez, SI. (2015). Integración híbrida multipunto en el sistema eléctrico de grandes parques eólicos marinos a través de redes de alta tensión en continua [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/59408 / TESIS

This thesis is devoted to the study and application of constraint-based metabolic models. The objective was to find simple ways to handle the difficulties that arise in practice due to uncertainty (knowledge is incomplete, there is a lack of measurable variables, and those available are imprecise). With this purpose, tools have been developed to model, analyse, estimate and predict the metabolic behaviour of cells. The document is structured in three parts. First, related literature is revised and summarised. This results in a unified perspective of several methodologies that use constraint-based representations of the cell metabolism. Three outstanding methods are discussed in detail, network-based pathways analysis (NPA), metabolic flux analysis (MFA), and flux balance analysis (FBA). Four types of metabolic pathways are also compared to clarify the subtle differences among them. The second part is devoted to interval methods for constraint-based models. The first contribution is an interval approach to traditional MFA, particularly useful to estimate the metabolic fluxes under data scarcity (FS-MFA). These estimates provide insight on the internal state of cells, which determines the behaviour they exhibit at given conditions. The second contribution is a procedure for monitoring the metabolic fluxes during a cultivation process that uses FS-MFA to handle uncertainty. The third part of the document addresses the use of possibility theory. The main contribution is a possibilistic framework to (a) evaluate model and measurements consistency, and (b) perform flux estimations (Poss-MFA). It combines flexibility on the assumptions and computational efficiency. Poss-MFA is also applied to monitoring fluxes and metabolite concentrations during a cultivation, information of great use for fault-detection and control of industrial processes. Afterwards, the FBA problem is addressed. / Llaneras Estrada, F. (2011). Interval and Possibilistic Methods for Constraint-Based Metabolic Models [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/10528 / Palancia

The present thesis employs fuzzy-polynomial control techniques in order to improve the stability analysis and control of nonlinear systems. Initially, it reviews the more extended techniques in the field of Takagi-Sugeno fuzzy systems, such as the more relevant results about polynomial and fuzzy polynomial systems. The basic framework uses fuzzy polynomial models by Taylor series and sum-of-squares techniques (semidefinite programming) in order to obtain stability guarantees. The contributions of the thesis are: ¿ Improved domain of attraction estimation of nonlinear systems for both continuous-time and discrete-time cases. An iterative methodology based on invariant-set results is presented for obtaining polynomial boundaries of such domain of attraction. ¿ Extension of the above problem to the case with bounded persistent disturbances acting. Different characterizations of inescapable sets with polynomial boundaries are determined. ¿ State estimation: extension of the previous results in literature to the case of fuzzy observers with polynomial gains, guaranteeing stability of the estimation error and inescapability in a subset of the zone where the model is valid. ¿ Proposal of a polynomial Lyapunov function with discrete delay in order to improve some polynomial control designs from literature. Preliminary extension to the fuzzy polynomial case. Last chapters present a preliminary experimental work in order to check and validate the theoretical results on real platforms in the future. / Pitarch Pérez, JL. (2013). Contributions to fuzzy polynomial techniques for stability analysis and control [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/34773 / TESIS