La caracterització dels dispositius semiconductors té un paper preponderant dintre la microelectrònica, sobretot en els dipositius semiconductors de potència, on la caracterització electrotèrmica és primordial. En moltes aplicacions de l'electrònica de potència, els fenòmens electrotèrmics prenen la mateixa rellevància que la resposta funcional o elèctrica dels mateixos. En tots ells, l'autoescalfament genera un increment de temperatura que modifica els seus paràmetres elèctrics nominals. En aquest marc de treball, s'ha desenvolupat un equip per la mesura de temperatura i densitat de portadors en dispositius de potència, fonamentat en la deflexió interna d'un feix làser infraroig (IIR-LD). La IIR-LD permet una caracterització complerta dels dispositius de potència, mesurant el gradient de temperatura i la concentració de portadors en l'interior del dispositiu.Aquesta tesis s'ha organitzat en dues parts en funció del contingut. La primera detalla els fonaments físics de la tècnica, l'equip experimental desenvolupat (capítol 2) i un procediment de calibració basat en un xip de test tèrmic (capítol 3). En canvi, en la segona es mostren les mesures realitzades sobre díodes de potència (capítol 4) i IGBTs (capítol 5). En ambdós capítols, es justifica la funcionalitat del sistema desenvolupat comparant dispositius amb un temps de vida localment alterat. Concretament, en el capítol 4 es compara la densitat de portadors mesurada en la regió de deriva de díodes irradiat i no irradiats. El capítol 5 conté les mesures realitzades en un PT-IGBTs irradiats i no irradiats amb una regió de deriva estreta, contrastant i analitzat el comportament tèrmic mesurat. / The characterisation of semiconductor devices has an important role in Microelectronics; especially in the case of power semiconductor devices, where the thermo-electrical characterisation is an essential aspect to study their behaviour. In several Power Electronics applications, electrothermal phenomena have the same relevance as functional and electrical response of such devices. In all of them, the internal self-heating generates an internal temperature rise, changing their nominal electrical parameters. In this framework, this PhD thesis covers the development of an experimental rig for temperature and free-carrier concentration measurement in power devices, based on internal IR-laser deflection (IIR-LD) technique. IIR-LD allows a complete characterisation of power devices, extracting from the device its temperature gradient and free-carrier concentration.This thesis is organized in two main parts. The first one details the physical insights of IIR-LD, developed equipment (chapter 2) and followed thermal calibration procedure based on a thermal test chip (chapter 3). By contrast, the second part reports measurements performed with the IIR-LD equipment on power diodes (chapter 4) and IGBTs (chapter 5). In both chapters, the difference in behaviour between unirradiated and irradiated devices is used to demonstrate the functionality of the developed apparatus. Concretely, chapter 4 compares the measured free-carrier concentration between unirradiated and irradiated power diodes, and chapter 5 shows measurements performed in a very thin region inside an irradiated and unirradiated PT-IGBT, where the thermal behaviour is also contrasted and analysed.

El objetivo de la tesis es el desarrollo de métodos para el análisis tanto in vivo como in vitro de la composición y estructura de los tejidos biológicos mediante técnicas basadas en la medida a distintas frecuencias de la impedancia eléctrica, uniendo los campos de la espectroscopia y tomografía de impedancia mediante la representación de las imágenes paramétricas y validando la posibilidad de la aplicación médica de los diversos equipos y métodos de medida empleados.Para conseguir este objetivo se ha dividido la tesis en tres fases diferentes. En la primera fase se han realizado los estudios teóricos de las dos técnicas de medida de impedancia utilizados. En espectroscopia se han estudiado los requerimientos necesarios para realizar las medidas en nuestra banda frecuencial de interés, de 100 Hz a 1 MHz, acotando y reduciendo las principales fuentes de errores, y realizando la modelización de los datos medidos. En tomografía de impedancia eléctrica se han estudiado los problemas directo e inverso. El primer estudio nos ha permitido hallar la estrategia de inyección óptima y comparar los límites teóricos en tomogafía con las diferentes inyecciones, mientras que con el estudio del problema inverso se han presentado los errores que los algoritmos de reconstrucción imponen en la cuantificación de los cambios de impedancia. El último punto ha sido la obtención de los algoritmos a aplicar a las imágenes multifrecuencia para la obtención de las paramétricas.La segunda fase es propiamente la de diseño y validación del sistema de medida. En la fase de diseño, el estudio más profundo se ha realizado sobre la demodulación de la señal.La tercera fase es la aplicación de los sistemas y métodos desarrollados en la obtención de resultados experimentales que permitan su validación. Con las medidas de espectroscopia se han caracterizado diferentes tejidos de un modelo porcino, destacando el estudio realizado sobre el tejido miocárdico. En tomografía el objetivo es obtener imágenes paramétricas in vivo.Como conclusión es posible decir que con los equipos y métodos desarrollados en espectroscopia de impedancia eléctrica se ha podido caracterizar con medidas in-vivo los diferentes tejidos, comprobándose cuál es la velocidad en la evolución de su isquemia, y su influencia en los diferentes parámetros de los modelos aplicados sobre las medidas. Así mismo, estos resultados nos han permitido comprobar las limitaciones de las medidas in-vitro para la caracterización de tejidos in-vivo. Estas medidas, así como las realizadas sobre el tejido miocárdico, nos inducen a pensar en el gran interés de la aplicabilidad de los métodos empleados en el campo de la medicina, ya sea en operaciones de transplantes de órganos, como en el estudio de cardiopatías en pacientes. Las imágenes paramétricas obtenidas han permitido la distinción cualitativa de los tejidos medidos, pero se ha comprobado no cuantificacan correctamente los valores de los parámetros representados. Esta limitación viene dada principalmente por la influencia, en la cuantificación de los cambios de impedancia, de los errores del sistema de adquisición y del algoritmo de reconstrucción. Es por ello que las líneas de trabajo futuro pasan por la solución de estos problemas, y por el estudio de nuevas estrategias de inyección que permitan focalizar las medidas de impedancia en zonas concretas. La solución de estos problemas haría esta técnica atractiva en ámbientes hospitalarios en aplicaciones como puede ser la distinción del tejido miocárdico sano, isquémico y cicatricial.

Esta tesis trata de la aplicación del control adaptativo con modelo de referencia en paralelo para la linealización de un amplificador de potencia y del uso de la propiedad de la pasividad (hiperestabilidad) en el diseño de la ley de adaptación correspondiente. Como resultado de nuestra investigación diseñamos un linealizador de complejidad comparable o inferior a la de otros esquemas de linealización actualmente en uso que está en grado de reducir la distorsión AM/AM y AM/PM con una prestación comparable o superior.Si bien el concepto de pasividad ha sido estudiado en el campo de la Teoría de Control, no había sido realizado hasta ahora un estudio en detalle para su aplicación concreta en la linealización de amplificadores de potencia en radiofrecuencias (RF), considerando tanto la distorsión de fase como la de amplitud.Nuestra aportación es, ciertamente, haber aplicado la teoría del control adaptativo y el concepto de la pasividad en forma Cartesiana a la solución del problema de la linealización de amplificadores de potencia operando en RF, asunto en el que tal aplicación resulta inédita, y haber obtenido un linealizador novedoso con unas prestaciones elevadas en comparación con otras técnicas de linealización bien afianzadas.Esta tesis está dividida en 7 capítulos. En el primer capítulo se presenta una perspectiva general del problema y se establecen los objetivos general y específicos de la investigación.En el capítulo 2 caracterizamos formalmente las señales de entrada y salida del amplificador de potencia, describimos los formatos de modulación digital que conciernen al problema y tratamos el asunto del modelo de las alinealidades de un amplificador de potencia. En el capítulo 3 presentamos los antecedentes del problema: describimos en modo suscinto las diferentes técnicas de linealización que han sido desarrolladas hasta la fecha: anticipativo (feedforward), predistorsión, realimentación (feedback), EE&R, LINC y CALLUM.En el capítulo 4 desarrollamos los conceptos teóricos relativos a los sistemas analógicos disipativos, y al subconjunto de sistemas pasivos, sin pérdidas (hiperestables) y estrictamente pasivos (asintóticamente hiperestables). Definimos, también, el problema de los sistemas de control adaptativo con modelo de referencia.En el capítulo 5 aplicamos los conceptos teóricos presentados en el capítulo 4 y diseñamos un linealizador para amplificadores de potencia. En este capítulo probamos con diferentes combinaciones de leyes de adaptación para linealizar un amplificador de potencia que presenta distorsión de amplitud y, luego, distorsión de fase. Finalmente proponemos varias estructuras para la implementación física del linealizador. De entre estas estructura una es analizada en detalle.En el capítulo 6, usando como banco de pruebas (benchmark) los datos experimentales de un amplificador de potencia para aplicaciones en 28 GHz, sometemos a prueba nuestro linealizador y lo contrastamos con otros esquemas de linealización (cartesian feedback} y feedforward), en el mismo escenario, y comprobamos que el rendimiento del linealizador diseñado es superior. En el capítulo 7, finalmente, presentamos nuestras conclusiones y ofrecemos algunas alternativas para futuras investigaciones en esta área. / This thesis deals with the use of the parallel model reference adaptive control to the RF power amplifier's linearization problem, by exploiting the use of the passivity (hyperstability) property in the design of the corresponding adaptation law.As a result of our investigation, we obtain a linearizer structure with comparable or inferior complexity to that of other linearization techniques currently in use, and which is capable of reducing the AM/AM and AM/PM distortion with a comparable or superior performance.Although the concept of passivity has been studied in the field of the Control Theory, up to now it had not been carried out a detailed study for its application to the linearization of power amplifiers (PA) at radio frequencies (RF), considering both the phase and the amplitude distortions.Our contribution is the study of the application of the Adaptive Control Theory and the concept of the Passivity in Cartesian form to the solution of the RF power amplifier linearization problem, matter up to day unpublished, and the proposal of a novel linearizer with high performance in comparison with other well consolidated linearization techniques.This thesis is divided in 7 Chapters. In the first Chapter it is presented a general perspective of the problem, and both the global and the specific objectives of the investigation are settled down.In Chapter 2 we characterize the power amplifier input and output signals formally, we describe the digital modulation formats that concern to the problem and we treat the matter of the PA nonlinearities modelling.In Chapter 3 we present the problem antecedents: we describe in concise way some different linearization techniques that have been developed so far: feedforward, predistortion, feedback, EE&R, LINC and CALLUM.In the chapter 4 we develop the theoretical concepts relative to analog dissipative systems, and to the subset of passive systems, lossless (hyperstables) and strictly passive (asymptotically hyperstables). We define, also, the problem of the model reference adaptive control systems.In Chapter 5 we apply the theoretical concepts presented in Chapter 4 and we design a power amplifier linearizer. In this chapter we prove different adaptation laws combinations for linearizing a PA that exhibits amplitude distortion and, moreover, phase distortion. Finally, we propose several structures for the physical implementation of the linearizer. Among these structures one is analyzed in detail.In Chapter 6, using as benchmark the experimental data of a power amplifier for applications at 28 GHz, we test our linearizer and we contrast it with other linearization schemes (Cartesian feedback and feedforward), at the same scenario, and we check theperformance of the designed linearizer. In Chapter 7, finally, we present our conclusions and we offer some alternatives for future investigations in this area.

El objetivo de la tesis es realizar aportaciones en el campo de las estrategias de test basadas en la vigilancia del consumo quiescente de los circuitos integrados CMOS y de los sensores utilizados para dicho fin (test de corriente o test iddq). Para ello se analiza en primer lugar el estado del arte en el diseño de sensores para el test IDDQ y se extraen criterios para la evaluacion de la calidad de dichos sensores. En la tesis se propone un nuevo tipo de sensor integrado (proportional built-in current sensor) que utiliza como elemento transductor un transistor bipolar compatible con la tecnologia CMOS. Se caracteriza tambien su comportamiento estetico y dinamico y se realizan pruebas con circuitos experimentales para validar los analisis realizados.En la tesis se proponen dos metodos originales para el test IDDQ mediante sensores externos al circuito que se este verificando (cut): el primero se basa en la desconexion de la alimentacion del cut y en la observacion del comportamiento de sus salidas. El segundo metodo se basa en el analisis de la evolucion de la tension en el nodo de alimentacion de un CUT cuando se le aplica un conjunto de vectores de test estando el circuito alimentado por un condensador. Ambos metodos propuestos requieren un interruptor para la alimentacion del CUT con unas caracteristicas especiales. Por ello, se ha diseñado un nuevo tipo de interruptor que cumple con las especificaciones de baja resistencia en estado de conduccion y baja inyeccion de carga en el paso del estado de no conduccion al de conduccion. Finalmente, los metodos propuestos se han validado experimentalmente al ser implementados en una maquina de test convencional verificandose su efectividad en la deteccion de los defectos de multiples circuitos integrados.

En aquest treball s'ha abordat el problema de l'optimització dels cultius de cèl·lules animals, més específicament dels hibridomes, des de l'estudi de l'aplicació de diferents estratègies de cultiu, com les operacions en discontinu, discontinu alimentat, i continu amb perfusió. Aquestes estratègies de cultiu s'han realitzat en un bioreactor de tanc agitat amb l'ajut d'eines de monitoratge i control que genèricament s'han utilitzat per obtenir informació i poder actuar, en els casos que ha estat necessari, sobre l'entorn cel·lular. En l'estratègia en discontinu s'han validat les mesures de concentració cel·lular i d'activitat cel·lular, utilitzades per obtenir informació en línia de l'estat del cultiu, i s'ha optimitzat l'operació mitjançant la fortificació del medi de cultiu. Tot i que aquest és el sistema d'operació més estès des del punt de vista industrial, bàsicament per la seva simplicitat, es demostra que és clarament subòptim, ja que les cèl·lules es troben sotmeses sempre a un ambient canviant en què les condicions de cultiu són poc favorables. Mitjançant l'operació en discontinu alimentat s'ha intentat donar solució als problemes de l'operació en discontinu, tot canviant el metabolisme cel·lular fixant els substrats majoritaris a baixos nivells de concentració, i així poder reduir la producció de subproductes inhibitoris i, per tant, augmentar la concentració cel·lular i perllongar la vida del cultiu. Per a tal propòsit, s'ha fet necessari l'ús de diferents esquemes de control de nutrients amb l'ajut de les mesures implementades en línia i del disseny d'una solució concentrada d'addició. En concret, les estratègies desenvolupades graviten sobre dues mesures en línia, la de la concentració cel·lular i la del consum d'oxigen, indicativa de l'activitat cel·lular. De totes formes, encara que els subproductes es redueixen i la concentració cel·lular augmenta, no ho fa en prou quantia respecte al cultiu amb medi fortificat i, per tant, la productivitat augmenta molt lleument. Per eliminar els problemes tant de l'operació en discontinu com de l'operació en discontinu alimentat, les cèl·lules són retingudes a l'interior del reactor mitjançant un mòdul de microfiltració extern i són cultivades amb una aportació constant de medi, de manera que es garanteix una presència dels diferents nutrients essencials a unes concentracions adequades per a les cèl·lules i s'aconsegueix eliminar els diferents subproductes cel·lulars que podrien esdevenir tòxics, aconseguint així unes condicions el més semblants possibles a les que tindria la cèl·lula in vivo. A partir dels resultats obtinguts s'ha pogut constatar que aquesta estratègia de cultiu permet obtenir elevades concentracions cel·lulars durant períodes de temps superiors als de les altres dues estratègies estudiades, incrementant-se també tant la productivitat com la concentració final d'anticòs monoclonal. / In this thesis the problem of the mammalian cells culture optimisation, more specifically of hybridomas, has been undertaken from the study of application of different cultivation strategies, as the operations in batch, fed-batch, and continuous perfusion. These cultivation strategies have been carried out in a well agitated bioreactor with the aid of monitoring and control tools that they have been utilised to obtain information and to be able to act upon the cellular environment, in the cases that has been necessary. In batch strategy it has been validated the measurements of cellular concentration and cellular activity, utilised to obtain on-line information of the culture state, and the operation has been optimised fortifying the growth medium. Although this is the most extended operation system from industrial point of view, basically by their simplicity, is shown that is clearly sub-optimised, since the cells have been always submitted to a changing environment where culture conditions are unfavourable. Fed-bath strategy has tried to give solution to batch operation problems, changing the cellular metabolism setting the major substrates to low concentration levels, and thus to be able to reduce the production of inhibitors by-products and, therefore, to increase cellular concentration and to extend cell culture life. For this purpose, it is done necessary the use of different nutrients scheme control with the aid of the implemented on-line measurements and the design of concentrated addition solutions. In concrete, the strategies developed gravitate upon two on-line measurements: cellular concentration and oxygen consumption rate, indicative of cellular activity. Nevertheless, although by-products production are reduced and cellular concentration is increased, does not do it in sufficient amount regarding the cell culture made with fortified growth medium and, therefore, the productivity is increased very lightly. To eliminate the problems of batch and fed-batch strategies, the mammalian cells are retained inside of bioreactor by means of an external microfiltration module (hollow fiber) and they are cultivated with a constant medium contribution. By means this strategy the presence of different essential nutrients is guaranteed to adequate concentrations for the cells and is obtained to eliminate the different cellular by-products that would be able toxic, being reached thus similar conditions that would have the cells in vivo. The obtained results has been able to confirm that this cultivation strategy permits to obtain high cell concentrations during long time periods over the other two strategies studied, being increased also so much the productivity as the final monoclonal antibody concentration.

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

El objetivo de este trabajo es estudiar la viabilidad de utilizar, en la práctica clínica, métodos de medida mínimamente invasivos y no invasivos para contribuir al diagnóstico del infarto de miocardio y del rechazo de transplante, a partir de la medida de espectroscopia de impedancia eléctrica (EIE) obteniendo un estimador cuantitativo que nos permita conocer el estado del tejido de miocardio.Para conseguir este objetivo, la tesis se ha dividido en tres fases dependiendo del grado de invasividad del método de medida empleado. La primera fase consistió en obtener las características eléctricas pasivas del tejido de miocardio, en tres estados: sano, isquemia aguda y cicatriz, a partir de medidas invasivas no transmurales, método a 4 electrodos con electrodos de aguja, y medidas invasivas transmurales, método a 3 electrodos con un catéter intracavitario. Estableciendo las diferencias entre cada estado del tejido de miocardio para cada uno de los métodos de medida. A partir de estas medidas, y conociendo que era viable utilizar un método transmural para diferenciar el estado del tejido de miocardio, pasamos a la segunda fase. En esta fase construimos un modelo 3D de elementos finitos (EF) de una sección del tórax, que nos predijera la magnitud de los cambios que se podían esperar debido a la presencia de una cicatriz o de una isquemia aguda, además del efecto de movimiento y desplazamiento del catéter dentro de la cavidad. Así mismo, establecer las especificaciones del equipo de medida a utilizar. Para validar las simulaciones se realizaron experimentos in vitro tanto con solución salina-agar y tejido de miocardio. Una aplicación en la práctica clínica fue realizar medidas de EIE en un grupo de pacientes sanos y otro grupo de pacientes con transplante de corazón, para establecer la viabilidad de la técnica en la detección del rechazo de transplante agudo. En la tercera fase, se ha utilizado el modelo 3D de EF del tórax para optimizar la posición de 4 electrodos superficiales para la detección de una isquemia aguda. El modelo se simuló con una inyección de corriente detección de tensión adyacente-adyacente para una configuración de 16 electrodos que permitiera obtener las matrices de transimpedancia correspondientes y aplicar un algoritmo de optimización.A partir de todos los resultados obtenidos, podemos establecer que las medidas de impedancia eléctrica, y principalmente su fase, es una herramienta que permite monitorizar eventos fisiológicos y caracterizar estados fisiopatológicos del tejido como la isquemia aguda, la cicatriz e incluso el rechazo en corazones transplantados. Esta caracterización es más fácil con medidas invasivas pero también es posible mediante medidas mínimamente invasivas utilizando catéteres intracavitarios siempre que se realice una calibración adecuada que permita reducir los artefactos presentes en las medidas. El estudio con modelos matemáticos de las técnicas no invasivas ha demostrado que, con cuatro electrodos superficiales, la caracterización del tejido con isquemia aguda requeriría unas prestaciones que no son factibles con la tecnología disponible actualmente. Por lo tanto, las líneas de trabajo futuro deben enfocarse en diseñar un sistema cuya resolución y precisión permita realizar medidas de caracterización y monitorización del estado del tejido de miocardio on line. Y de esta forma tener una técnica atractiva en el ambiente hospitalario para monitorizar el tejido en la evolución del infarto de miocardio, en los procesos de ablación y en las biopsias endomiocárdicas de transplante de corazón. / The aim of this work is to study the viability to use minimally invasive and non invasive measurement methods, in the clinical environment, to contribute to the diagnosis of myocardium infarct and transplant rejection. We have used electrical impedance spectroscopy (EIS) measurements in order to obtain a quantitative estimator to know the state of the myocardium tissue. In order to achieve this objective, the thesis has been divided in three phases depending on the degree of invasivity of the measurement method used.The first stage consists on obtaining the passive electrical characteristics of the myocardium tissue, in three states: healthy, acute ischemia and scar. The invasive measurements are non transmural and transmural. The non transmural measurements are done with the 4 electrode method using needle electrodes, and transmural measurements are done with the 3 electrode method using an intracavitary catheter. It has been established in this stage the differences between each tissue state of the myocardium and for each measurement method. The second stage started with the viability of the transmural method results of the first stage to differentiate the myocardium tissue state. In this stage we constructed a 3D finite element model of a thorax section. This model was used to predict the changes in magnitude that could be expected due to the presence of an acute ischemia or scar, including the effect of movement and displacement of the catheter within the cavity. Also, it has been established the specifications of the measuring equipment to use. In order to validate the simulations, in vitro experiments with saline solution-agar and myocardium tissue were made. It has been also done measurements in a group of healthy patients and another group of patients with heart transplant, in a clinical environment, to establish the viability of the technique in the detection of the rejection of acute transplant. In the third stage, the 3D thorax model has been used to optimize the position of 4 superficial electrodes for the detection of acute ischemia. The model was simulated with a current-injection and voltage-detection with the adjacent-adjacent technique, for a configuration of 16 electrodes that allowed to obtain the transimpedance matrices and to apply an optimization algorithm. From all the obtained results, we can establish that the measurements of electrical impedance, and mainly its phase angle, is an estimator for monitoring physiological events and to characterize physiopatological states of the tissue as acute ischemia, scar and even the rejection in transplanted hearts. This characterization is easier with invasive measurements but also it is possible by means of minimally invasive measurements using intracavitary catheters whenever a suitable calibration is made to reduce the artefacts present in the measurements. The study with mathematical models of the noninvasive techniques has demonstrated that, with four superficial electrodes, the characterization of the acute ischemia tissue would require performances that are not feasible with the technology available at this moment. Therefore, the lines of future work must focus on designing a system whose resolution and precision allows us to make measurements to characterize and monitor the myocardium tissue state on line. It would be possible to have an attractive technique, in the hospital environment, to monitor the evolution of the tissue in a myocardium infarct, in ablation processes and in endomyocardial biopsies of heart transplant.

El objetivo principal de la tesis es la aplicación del método de control directo del par para un motor de inducción utilizando inversores de diferentes estructuras que parecen ofrecer algunas ventajas, bajo ciertas condiciones, y que aún no han sido utilizados para el desarrollo de esta técnica de control.La idea y el tema de la tesis surgieron de la gran importancia del método control directo del par (DTC), que últimamente se planteó como estrategia alternativa del control vectorial debido a ciertas ventajas frente a este último. Por este motivo, y animados por el éxito logrado por el DTC, se quiere contribuir a un aumento del mismo utilizando varias topologías de inversores que amplíen o extiendan el área de aplicación de los accionamientos basados en el mismo en un rango que vaya desde bajas potencias hasta las potencias medianas. Aunque los objetivos principales de aplicar el DTC son obtener un accionamiento de comportamiento dinámico alto y buen funcionamiento durante el régimen estático, no obstante los requisitos de funcionamiento en el rango de las bajas potencias no son los mismos que aquellos de potencias medianas. En el rango de las bajas potencias, el coste total del conjunto del accionamiento (inversor - motor - circuitos de control) es un factor muy importante. Especialmente con las normas europeas que obligan a los fabricantes de inversores a mejorar la utilización de la red por ejemplo, limitando la tasa de distorsión armónica, y mejorando el factor de potencia, con lo cual se sustituyen el rectificador pasivo (diodos) por un rectificador activo (transistores), lo que aumenta el coste del accionamiento. Evidentemente, cualquier ahorro en el coste del inversor y los sensores permitirá la aplicación del DTC en gran escala. Por tanto, se ha elegido un inversor de cuatro interruptores (B4) que permite disminuir el coste del inversor y su circuito de control. Reduciendo también el número de sensores utilizados en el sistema. Esta técnica es nueva para este tipo de inversor, ya que el DTC nunca se había realizado basado en este esquema de inversor. Los estudios realizados en esta tesis mediante la simulación y sus validaciones experimentales han probado el buen comportamiento dinámico y estático del accionamiento.De otro parte, en el rango de potencia mediana (10 kW-100 kW) la aplicación del DTC esta limitada por la frecuencia de conmutación. La exigencia de una frecuencia de conmutación elevada hace aumentar las pérdidas de conmutación a través los interruptores del inversor. Los problemas generados por la conmutación rígida impiden subir la frecuencia de conmutación por encima de unos pocos cientos de hertz. Por ello, si el algoritmo del DTC se aplica teniendo en cuenta la limitación de la frecuencia de conmutación a estos pequeños valores, su comportamiento será bastante malo generando una distorsión en las formas de las ondas del par y del flujo, lo que a su vez se refleja en la velocidad y en las corrientes del motor. Para evitar estos problemas sería más conveniente utilizar un inversor resonante, pero también éste tiene algunos inconvenientes. En la tesis, se propone utilizar un inversor de tipo cuasi-resonante que tiene las ventajas de inversor resonante y las ventajas del inversor de conmutación dura. En tal caso, se conmutan los interruptores bajo la condición de cero tensión (ZVS) bajando al mínimo las pérdidas de conmutación lo que finalmente permite aumentar la frecuencia de conmutación hasta valores elevados del orden de 10 kHz. Además, la utilización de este tipo de inversor ofrece algunas ventajas como:- Limitar la dv/dt de la tensión que alimenta el motor, por tanto las corrientes de fugas parásitas se disminuyen, reduciendo la degradación o el envejecimiento de los aislantes de los devanados y de los cojinetes de la máquina, prolongando su vida útil.- Bajar el nivel de las interferencias electromagnéticas.- Reducir el tamaño de los radiadores de calor necesarios.Se ha diseñado y construido un inversor cuasi-resonante con los correspondientes circuitos de control para aplicar el DTC a los accionamientos de baja potencia. Además, se han desarrollado dos circuitos de resonancia. Los resultados obtenidos por simulación y los ensayos experimentales han probado el buen comportamiento de estos circuitos. En cuanto a la escritura de la tesis, esta estructurada en los ocho capítulos siguientes:Capítulo 1: Presenta el estado del arte relacionado al tema de la tesis.Capítulo 2: Estudio introductorio en el que se presenta el control directo del par mostrando sus respectivas, ventajas e inconvenientes. Capítulo 3: Se hace un repaso de las estrategias de control utilizadas en el caso de un inversor de cuatro interruptores, empezando con las estrategias básicas hasta llegar a la estrategia del DTC propuesta en esta tesis. Además, se muestran los resultados de las simulaciones con las diferentes estrategias de control.Capítulo 4: Se explica el funcionamiento del inversor cuasi-resonante, mediante un ejemplo de circuito de resonancia. Además se plantea otro circuito que se ha modificado para mejorar la respuesta y el funcionamiento del inversor. También, se presenta el sistema del DTC basado en este tipo de inversor. Capítulo 5: Se estudia el efecto del cambio de la resistencia del estator sobre el comportamiento del DTC. Además, se presentan algunos métodos para estimar el valor actual de la resistencia del estator durante el arranque y también durante el funcionamiento en régimen permanente.Capítulo 6: Se muestran los resultados experimentales obtenidos del desarrollo de los sistemas propuestos bajo varias condiciones de funcionamiento.Capítulo 7: Se presentan y discuten las conclusiones, y se proponen trabajos a realizar en el futuro.Capítulo 8: Incluye la bibliografía.

El desarrollo de esta tesis se centra en el estudio del sincronizado de actuadores lineales oleohidráulicos mediante válvulas divisoras de caudal.La mayoría de los estudios dedicados al análisis del comportamiento dinámico de una válvula divisora plantean las ecuaciones de estado (sistema de ecuaciones diferenciales no lineales) y las integran aplicando un método clásico de integración, tal como, Runge-Kutta. Otros utilizan programas comerciales de simulación, tales como el Bathfp, Simulink, etc. En cualquier caso, el objetivo de todos ellos es demostrar la viabilidad de determinados métodos y códigos para la modelización. En ninguno de ellos se profundiza en la evaluación de parámetros o variables de diseño.Acorde con todo lo anterior, los objetivos básicos de esta tesis se han centrado en la simulación mediante bond graph del comportamiento dinámico de las válvulas divisoras de caudal de doble funcionalidad con sistema antibloqueo al final de carrera de los actuadores, atendiendo al estudio de la influencia de las variables de diseño más importantes.Con esta metodología, se dispuso de una valiosa herramienta para simular, evaluar, predecir y plantear nuevos diseños de válvulas divisoras de caudal. Para la explotación sistemática de los modelos propuestos ha sido necesario desarrollar toda una serie de actividades experimentales con la finalidad de validarlos.Las conclusiones más destacadas son:La disposición de orificios en serie es la mejor configuración posible para el diseño de las válvulas divisoras/integradoras de caudal. El modelo de simulación desarrollado para la válvula divisora de caudal permite contemplar en un solo bond graph los dos modos de funcionamiento (unidad divisora/integradora), acoplable como submodelo a cualquier modelo jerárquicamente superior que represente un circuito real. Para valorar la precisión de las válvulas divisoras/integradoras de caudal se requiere considerar dos aspectos: el comportamiento dinámico del compensador de carga y el papel de las tolerancias de fabricación de las piezas con movimiento relativo, no solo en valor absoluto, sino también en valor relativo, es decir, nivel de simetría real del prototipo una vez fabricado.El dimensionado de los orificios principales fijos (chicles) definen el caudal nominal de la válvula, o rango útil de caudales. El nivel de precisión es directamente proporcional a la sección efectiva de estos chicles. Sin embargo reducir estas secciones impide mantener una aceptable caída de presión dentro del intervalo de caudales para el cual ha sido diseñada la válvula.El nivel de precisión es inversamente proporcional al cuadrado del diámetro de la corredera del compensador de carga, y se ve afectado ligeramente por el tamaño de los orificios de amortiguación.Para cargas simétricas, si el nivel de fugas es idéntico en ambas ramas, se produce un error de división de caudal nulo. Y el error absoluto entre desplazamientos de los cilindros, también, es nulo.Si los niveles de fugas son significativos y diferentes en ambas ramas, el error de división de caudal es apreciable y en consecuencia, el error absoluto entre desplazamientos de los actuadores aumenta con el tiempo.Para cargas asimétricas, si el nivel de fugas es idéntico en ambas ramas el error de división de caudal se compensa al cabo de un tiempo, y el error absoluto entre desplazamientos de los cilindros se mantiene constante (error caudal), una vez compensado el error de división de caudal. Sin embargo, la magnitud del error absoluto entre desplazamientos es proporcional al nivel de las fugas.Si el nivel de fugas es diferente en ambas ramas, el error de división de caudal tiende a compensarse, pero la influencia de la magnitud de las fugas en combinación con el estado de las cargas puede favorecer o desfavorecer el error absoluto de desplazamientos de los cilindros. / The development of this thesis is centered on the study of synchronization of hydraulic linear actuators by means of proportional flow divider-combiner valves.Most of the studies dedicated to the analysis of the dynamic behaviour of a flow divider valve raise the equations of state (system of nonlinear differential equations) and integrate them by applying a classic method of integration, such as, Runge-Kutta. Others use commercial simulation programs, such as the Bathfp, Simulink, etc. Even though the objective of all of them is to demonstrate the viability of certain methods and codes for their modelling, none of them deepen the evaluation of parameters or design variables.In agreement with the above, the basic objectives of this thesis have been centered on the simulation by means of the Bond graph method, of the dynamic behaviour of the flow divider-combiner valves of double functionality with system antiblockade at the end of the stroke of the actuators.With this methodology, it was a valuable tool to simulate, evaluate, predict and raise new designs for flow divider valves.For the systematic operation of the proposed models it has been necessary to develop a series of experimental activities with the purpose of validating them. The most outstanding conclusions are:The disposition of orifices in series is the best possible configuration for the design of the flow divider-combiner valves.The simulation model developed for the flow divider-combiner valve allows the analysis in a single Bond graph of both ways of operation (divider-combiner unit). It can be connected as a submodel to any hierarchically superior model that represents a real circuit.In order to value the precision of the flow divider-combiner valve it is necessary to consider two aspects: the dynamic behaviour of the load compensator and the influence of the manufacturing tolerances of the pieces with relative movement. However, both the single movements in absolute and relative valves must be considered.The sizing of the fixed primary holes defines the nominal flow rate of the valve, or the useful range of flows. The level of precision is directly proportional to the effective section of these holes. Nevertheless, reducing these sections prevents an acceptable drop in pressure within the interval of flow rate for which the valve has been designed.The level of precision is inversely proportional to the square of the diameter of the track of the load compensator, and it is affected slightly by the size of the damping orifices.For symmetrical loads, if the level of leakage is identical in both directions, a division error of zero flow takes place. The absolute error between displacements of the cylinders is also zero.If the leakage levels are significant and different in both directions, the flow error of the flow division is considerable and consequently, the absolute error between displacements of the actuators increases with time.For asymmetric loads, if the level of leakage is identical in both directions, the flow division error is compensated after a time and the absolute error between displacements of the cylinders stays constant (error of great flow), once flow division error is compensated. Nevertheless, the magnitude of the absolute error between displacements is proportional to the level of the leakage.If the level of leakage is different in both directions, the flow division error tends to be compensated, but the influence of the magnitude of the leakage in combination with the state of the loads can favour or work against the absolute error of displacements of the cylinders.

Las centrales hidroeléctricas, como sistemas reales, tienen un comportamiento no lineal. Con el objetivo de diseñar controladores para turbinas, fue una práctica normal en el pasado considerar o simplificar estos comportamientos no lineales linealizando en un punto de operación las ecuaciones diferenciales que representan la dinámica de la central hidroeléctrica. La principal motivación de esta tesis nace como consecuencia y la necesidad de mejorar y optimizar las respuestas dinámicas de las plantas hidroeléctricas, considerando estos comportamientos no lineales, conduciendo a modelos dinámicos más realistas del sistema de la turbina hidráulica, además, desarrollar y diseñar controladores más eficientes. Esta tesis considera en general el caso de sistemas de operación aislados, este es el caso de una central hidroeléctrica alimentando una carga aislada. En esta tesis se cubren dos objetivos principales: 1) Profundizar el Conocimiento de los Modelos de Sistemas Hidroeléctricos, 2) Diseñar Controladores a Partir de Modelos Probados.Profundizar el Conocimiento de los Modelos de Sistemas HidroeléctricosEste objetivo consiste en desarrollar un análisis comparativo de diferentes modelos de centrales hidroeléctricas aplicados al control de la velocidad de giro de la turbina, y proponer nuevos modelos. Con este propósito se utilizan parámetros tomados de diferentes centrales hidroeléctricas referenciadas en la bibliografía. Además, se propone la identificación de la central hidroeléctrica de Susqueda (Río Ter, Girona) usando estos modelos previamente refinados. Un paso previo muy importante para el diseño de un controlador es obtener un modelo dinámico de un sistema hidráulico confiable.Diseñar Controladores a Partir de Modelos ProbadosEl segundo objetivo es el desarrollo y diseño de controladores de la frecuencia (velocidad de giro) para centrales hidroeléctricas usando técnicas de control no lineal basadas en técnicas de la geometría diferencial y de la función de Lyapunov. En ambos casos los controladores son diseñados a partir de modelos de sistemas hidráulicos no lineales. Los resultados demuestran que usando dos funciones de coste, los controladores no lineales mejoran el comportamiento dado por los clásicos controladores PID entre un veinte y un doce por ciento, y con respecto a un controlador Gain Scheduling la mejora es entre un quince y un doce por ciento. / Hydroelectric power plants, like real systems, have nonlinear behaviour. In order to design turbine controllers, it was normal practice in the past to consider or simplify these nonlinear behaviours by linearizing at an operating point the differential equations that represent the dynamics of the hydroelectric plant. The main motivation of this dissertation was born as a consequence and necessity of improving and optimising the dynamic responses of hydroelectric plants, by taking into account these nonlinear behaviours, leading to more realistic dynamic models of the hydraulic turbine system and to the development and design of more efficient controllers. This dissertation considers in general the case of isolated system operations; it is therefore the case of a hydroelectric power plant supplying an isolated load. Two objectives are covered in this dissertation: 1) To Deepen the Knowledge of Hydroelectric System Models, 2) To Design Controllers from Well Proven Models.To Deepen the Knowledge of Hydroelectric System ModelsThis objective consists of performing a detailed comparative analysis of different existent hydroelectric models applied to speed control and propose new ones. For this purpose real parameters taken from many hydroelectric power plants referenced in the bibliography are utilised. Moreover, the identification of a hydroelectric power plant on the Ter River (Susqueda) is proposed by using these previously refined models. To obtain a reliable dynamic model of hydraulic turbine systems is an important step prior to the controller design. To Design Controllers from Well Proven ModelsThe second objective is the development and design of frequency (speed) controllers for hydroelectric power plants by using nonlinear control techniques based on differential geometry and on the Lyapunov function. For both cases the controllers are designed from nonlinear dynamic models of hydraulic turbine systems. The results demonstrate that using two cost functions the nonlinear controllers improve the behaviour given by classical PID controllers between a twenty and a twelve per cent, and with respect a Gain Scheduling controller the improvement is between a fifteen and a twelve per cent.