El control i supervisió de processos es basa generalment en la utilització de models. Models que han de ser tan acurats com sigui possible. Processos complexes com les xarxes de distribució d'aigua no escapen d'aquesta situació. Una bona gestió d'aquest element tan necessari i cada cop més escàs en les condicions adequades és una necessitat vital.Aquesta tesi ha estat realitzada amb la col·laboració de dos grups de recerca, un més orientat a l'aplicació -xarxes d'aigua- i l'altre ala metodologia -control i supervisió -. L'experiència d'ambdós grups va generar la necessitat de la calibració de models de xarxes per tal de poder realitzar bones simulacions, optimitzacions, supervisió, detecció de fuites, etc. L'objectiu principal d'aquesta tesi és desenvolupar una metodologia per aquesta calibració.L'originalitat d'aquest treball rau tan en l'abast del problema com les tècniques emprades. Una xarxa inclou elements diversos (nodes, dipòsits, canonades, vàlvules i bombes) i la calibració requereix l'estudi detallat de cada element així com l'aplicació a sistemes immensos. S'ha parat especial atenció a als tres passos principals de la calibració: estudi d'identificabilitat, macrocalibració i microcalibració. Cada un d'aquests passos requereix tècniques específiques. En aquesta tesi s'ha aplicat tècniques poc o gens conegudes en l'àmbit de les xarxes d'aigua.L'estudi d'identificabilitat s'ha desenvolupat per diferents escenaris, des del cas simple i il·lustratiu fins a xarxes reals i grans. Els experiments més simples es van fer amb xarxes lineals i estàtiques. En general les xarxes són no lineals i l'ús de més d'un instant en el temps en les mesures millora les condicions d'dentificabilitat. La metodologia proposada permet la determinació de la identificabilitat per xarxes en general (no lineals). L'eina obtinguda ajuda en el disseny dels problemes d'identificació fent servir informació topològica de la xarxa.Quan el model es genera, s'introdueixen grans errors. Aquests errors són detectats en un primer esforç de calibració, macrocalibració. Aquest procés es realitza manualment i l'objectiu d'aquesta tesi és donar suport a aquesta feina. La metodologia emprada pels experts s'ha analitzat. S'han fet servir algorismes específics per cada tipus d'error. Per tal de detectar errors en un conjunt gran d'elements s'han fet servir algorismes de classificació. Aquests algorismes permeten la generació de coneixement a partir d'experiments simulats i l'optimització de funcions de versemblança.La sintonia de paràmetres, es tractada com un problema d'optimització. La no convexitat del problema es determina en una caracterització acurada del problema. Aquesta no convexitat mostra els problemes que els optimitzadors locals tindran per resoldre'l. Les possibilitats d'alguns optimitzadors globals s'han explorat. El cost computacional dels optimitzadors globals, especialment quan les xarxes creixen, representa una gran limitació. El filtre de Kalman estès s'ha fet servir amb resultats prometedors.Els resultats d'aquesta tesi s'han presentat en tres congressos [Per-01a], [Per-01b], [Per-03] i s'està redactant un article per a revista abans de final d'any.Process control and supervision is based mainly in the use of models, which have to be as accurate as possible. Complex processes, like water distribution networks, fall into such a situation too. Water is a necessary element and its shortage in good conditions is a major problem. Therefore, a good management of water distribution is vital. / This thesis has been carried out with the collaboration of two research groups. One is more oriented to the application -water networks- and the other one is more oriented to the technology -control and supervision-. Experience of both groups has generated the necessity of calibration of water network models in order to be able to do good simulations, optimisations, supervisions, leak detections, etc. For this reason, the main objective of this thesis is to develop a closed methodology for the calibration process of water distribution network models.The originality of this work comes both from the magnitude of the problem and the techniques used. On the one hand, a water network includes different elements (nodes, reservoirs, pipes, valves, and pumps), and its calibration requires the study of those elements in detail. On the other hand it has to be applied to huge systems. Special attention has been paid to the three main parts of calibration: identifiability study, macrocalibration and microcalibration. Each of those steps needs specific techniques. Some of the techniques used in this thesis are little known or unknown at all in the water industry.The identifiability study has been developed for different case studies, ranging from simple, illustrating case to real huge networks. The simplest experiments were performed with linear and static networks. In general, networks are non-linear and the use of more than one time-step in the measurements provides better identifiability conditions. The methodology proposed allows the determination of the extended-period identifiability for general networks (non-linear). The obtained tool helps in the design of identification problems using topological information of the network.When the model is generated, large errors are introduced. These errors are detected in a first calibration effort, macrocalibration. This process is done manually and the objective in this thesis is to give support to such work. The methodology followed by the experts has been analysed. Specific algorithms have been used in this thesis for each kind of error. In order to detect errors in huge amount of elements classification algorithms have been used. Those algorithms allow the generation of knowledge from simulation experiments and optimisation of likelihood functions.The parameter tuning, microcalibration, is treated as an optimisation problem. The non-convexity of the problem is detected by a detailed characterisation. This non-convexity shows to be a problem for the local optimisers. The capabilities of some global optimisation algorithms have been explored. The computing cost for the global optimisers, especially when huge networks are identified, represents a major limitation. The Extended Kalman Filter has been used with promising results.Results of this thesis have been presented in three Conferences [Per-01a], [Per-01b], [Per-03] and a paper is will be finished before the end of the year.

Quan analitzem el funcionament de les màquines elèctriques dubtem en l'elecció d'un o altre conjunt de variables, models o joc de paràmetres. En el treball que segueix hem trobat, molt sovint, resultats que es contradiuen amb les mesures experimentals, o temps de càlcul molt diferents segons el model escollit o el tipus de simulació realitzada.La necessitat d'una bona modelització es planteja com un requisit previ per a obtenir un bon control i un adequat dimensionat dels accionaments; amb aquest fi es planteja el treball amb el contingut i ordre que segueix.En primer lloc (Capítol 1) es fa un repàs de l'estat de l'art. Segueix l'estudi (Capítol 2) de models de màquines asíncrones amb caracterització de la saturació; podem plantejar diversos conjunts de variables que ho fan possible amb més o menys dificultat de càlcul i resolució. La línia escollida planteja un model transformat que redueix al mínim el nombre de paràmetres a estimar; en altres dels casos plantejats es redueix la càrrega de càlcul per a la seva resolució. Tanmateix es planteja l'anàlisi de sensibilitat de la resposta (Capítol 3) respecte les variacions dels paràmetres; òbviament hi haurà paràmetres que tindran poca o nul.la influència en la resposta del sistema, així com d'altres que tindran influència directa i immediata en la mateixa.Una vegada escollit el model o models a emprar s'han de trobar els paràmetres dels mateixos. Una primera aproximació es dedica a la determinació dels paràmetres mitjançant assajos fora de línia (Capítol 4). La determinació dels paràmetres mitjançant assajos en línia i tècniques d'estimació en temps real (Capítol 5), juntament amb la consideració d'observadors per a variables auxiliars, per exemple el flux, permeten tancar el tema d'estimació dels paràmetres. La determinació dels parells electromagnètics i de càrrega (Capítol 6), és l'objectiu final del treball. L'aplicació d'observadors i estimadors permet l'obtenció de les variables desitjades resultant un model més precís i exacte.A modus d'aplicació final s'ha construït un mesurador de parell en règim transitori; aspecte residual del treball que resulta força important ja que no disposem, actualment, d'un mesurador d'aquestes característiques. L'equip desenvolupat és format a partir d'una màquina de corrent continua i un sistema de control.Tanmateix es tracta la modelització del conjunt convertidor-màquina-càrrega (Capítol 7). No pretenem analitzar a fons la modelització del convertidor, això podria constituir un treball més específic; malgrat això la influència que presenta el tipus de senyal aplicat a la màquina aconsella la seva consideració a fi i efecte d'obtenir resultats més acurats que els que permeten la suposició d'una alimentació sinusoïdal.Un capítol final de discussions (Capítol 8) sobre els resultats obtinguts, als que segueixen aquelles aplicacions que s'entenen millorades, així com un recull de concussions tanca el cos central del treball.Es tanca el document amb una relació bibliogràfica rellevant (Bibliografia) i un apartat d'annexes on es troben desenvolupaments matemàtics: equacions de sensibilitat (Annex I), càlcul dels guanys de l'observador (Annex II), els assajos realitzats i les característiques de les màquines assajades (Annex III) i el mètode dels mínims quadrats. Aplicacions (Annex IV). / Al analizar el funcionamiento de las máquinas eléctricas dudamos acerca de la elección de, uno u otro, conjunto de variables, modelos, o conjunto de parámetros. En este trabajo se han encontrado, frecuentemente, resultados que contradicen lo medido experimentalmente, o tiempos de cálculo muy diversos según el modelo adoptado o el tipo de simulación realizada; cosa por otra parte lógica en un ámbito que admite aportaciones de mejora.La necesidad de una buena modelización actualmente se plantea como una premisa para obtener un mejor control y un adecuado dimensionado de los accionamientos; con este fin se aborda este trabajo determinando la secuenciación que sigue.En primer lugar (Capítulo 1) se repasan los antecedentes y estado actual. Seguidamente se ha planteado (Capítulo 2) el estudio de modelos de máquinas asíncronas con caracterización de la saturación; existen diversos modelos que lo posibilitan a costa de una mayor o menor dificultad de cálculo y resolución. La línea escogida toma un modelo transformado que reduce el número de parámetros a encontrar o estimar; en algunos de los modelos planteados se reduce la carga de cálculo necesaria para su resolución. Asimismo se plantea el análisis de sensibilidad de la respuesta (Capítulo 3) respecto a las variaciones de los parámetros; es evidente que habrá parámetros que tendrán escasa influencia en la respuesta del sistema, así como otros que influirán de forma directa e inmediata en la misma.Una vez establecido el modelo, o modelos a utilizar, deben encontrarse los parámetros de los mismos. Una primera parte se dedica a la determinación de parámetros mediante ensayos fuera de línea (Capítulo 4), lo que permite aproximarnos a la solución deseada. La determinación de parámetros mediante ensayos en línea y técnicas de estimación en tiempo real (Capítulo 5), junto con la consideración, en su caso, de observadores para variables auxiliares como el flujo, permiten cerrar el capítulo de estimación de parámetros.La determinación de variables auxiliares como los pares electromagnético y de carga (Capítulo 6), es el objetivo final del trabajo. La aplicación de observadores y estimadores permite la obtención de las variables deseadas, resultando un modelo mas preciso y exacto.A modo de aplicación se ha obtenido un medidor de par en régimen transitorio; aspecto colateral del trabajo que resulta relevante dado que no se dispone, actualmente, de un medidor de par con estas características. El equipo desarrollado se basa en un conjunto que comprende máquina de corriente continua y sistema de control.Finalmente se aborda la modelización conjunta del sistema convertidor-máquina-carga (Capítulo 7). No se pretende analizar a fondo la modelización del convertidor, ello podría ser objeto de un estudio más específico; no obstante la influencia que tiene el tipo de señal aplicada a la máquina, aconseja su consideración con el fin de obtener resultados más reales que una suposición de alimentación sinusoidal permitirían.Se finaliza con un capítulo final de discusiones (Capítulo 8) de los resultados obtenidos, a los que siguen aquellas aplicaciones que se entienden como mejoradas por este trabajo, así como las pertinentes conclusiones.Cierra el documento una relación bibliográfica (Bibliografía) relevante y un apartado de anexos donde se añaden deducciones matemáticas prolíficas tales como las de las ecuaciones de sensibilidad (Anexo I), el cálculo de las ganancias del observador (Anexo II) las características de las máquinas ensayadas (Anexo III) y .el método de los mínimos cuadrados. Aplicaciones (Anexo IV). / When analyzing the operation of the electric machines we doubt about the election of, one or other, group of variables, models, or group of parameters. In this work they have been, frequently, results that they contradict that measured experimentally, or very diverse times of calculation according to the adopted model or the type of carried out simulation; it sews logic on the other hand in an environment that admits contributions of improvement.The necessity of a good modelización at the moment thinks about like a premise to obtain a better control and an appropriate dimensionado of the drives; with this end this work is approached determining the sequence that continues.In the first place (Chapter 1) the antecedents and current state are reviewed. Subsequently he has thought about (Chapter 2) the study of models of asynchronous machines with characterization of the saturation; diverse models that facilitate it to coast of a bigger or smaller calculation difficulty and resolution exist. The line chosen taking a transformed model that it reduces the number of parameters to find or to estimate; in some of the outlined models he decreases the necessary calculation load for their resolution. Also he thinks about the analysis of sensibility of the answer (Chapter 3) regarding the variations of the parameters; it is evident that there will be parameters that will have scarce influence in the answer of the system, as well as others that will influence in a direct and immediate way in the same one.Once established the pattern, or models to use, they should be the parameters of the same ones. A first one leaves he dedicates to the determination of parameters by means of test outside of line (Chapter 4), what allows to approach to the wanted solution. The determination of parameters by means of on-line and real time test (Chapter 5), together with the consideration, in their case, of observers for auxiliary variables as the flux, they allow to close the chapter of estimate of parameters.The determination of auxiliary variables as the electromagnetic and load torque (Chapter 6), it is the final objective of the work. The application of observers and observers allow the obtaining of the wanted variables, being a model but I specify and exact.By way of application a meter has been obtained of even in transitory régime; colateral aspect of the work that is outstanding since he doesn't prepare, at the moment, of a meter of even with these characteristics. The developed team is based on a group that he understands machine of D.C. current and control system.Finally the combined modelización of the system converter-machine-load is approached (Chapter 7). It is not thoroughly sought to analyze the modelización of the converter, it could be it object of a more specific study; nevertheless the influence that has the sign type applied to the machine, advises its consideration with the purpose of obtaining realler results that a supposition of feeding sinusoidal would allow.You concludes with a final chapter of discussions (Chapter 8) of the obtained results, to those that follow those applications that understand each other as improved by this work, as well as the pertinent conclusions.He closes the document a bibliographical relationship (Bibliography) outstanding and a section of annexes where such fruitful mathematical deductions are added as those of the equations of sensibility (Annex I), the calculation of the observer's gains (Annex II) the characteristics of the tested machines (Annex III) and the method of the recursive least-squared method and applications (Annex IV).

El conocimiento del comportamiento de los sistemas con elementos flexibles es cada vez mas importante en la técnica moderna. La notable mejora de las prestaciones dinámicas que comporta la reducción de la masa de los elementos en movimiento, se encuentra compensada por la pérdida de precisión que aparece como consecuencia de la flexibilidad. Para comprender mejor los sistemas con elementos flexibles, en esta tesis se ha investigado el comportamiento particular de una viga flexible giratoria accionada mediante un servoactuador oleohidráulico, con la intención de obtener una metodología aplicable a casos similares.A continuación, se indica la estructura con la que se ha planteado esta tesis:a) estudio teórico,b) simulación,c) validación experimental, yd) estrategias de control.Estudio teóricol estudio teórico se ha iniciado considerando, en una primera aproximación, que la viga elástica es un sólido rígido. Este estudio sirve de introducción a la segunda parte en la que se considera la flexibilidad de la viga.El estudio teórico se ha iniciado de la manera mas general posible, añadiéndose hipótesis simplificadoras progresivamente, solo cuando son necesarias. En primer lugar se han planteado las ecuaciones diferenciales del movimiento considerando las hipótesis de Timoshenko, así como los efectos debidos a las fuerzas centrífugas y de Coriolis. Se ha utilizado el método de Lagrange, lo que ha permitido automatizar el planteamiento de las ecuaciones.Las ecuaciones diferenciales del movimiento son integro diferenciales en derivadas parciales.Debido a su notable complejidad se ha sustituido la hipótesis de viga de Timoshenko por la de viga de Euler-Bernoulli. Así mismo se ha considerado que la masa de la viga es mucho mas grande que la masa situada en el extremo de la viga.En la ecuación diferencial obtenida se ha justificado la existencia de un término que puede ser despreciado. Esto ha permitido integrar las ecuaciones, y obtener las frecuencias propias y las formas modales. Se han realizado diversas aplicaciones numéricas del método anterior.SimulaciónLa elección del método empleado para modelar un sistema real es una decisión compleja. Debido a que el sistema estudiado abarca varias disciplinas tecnológicas, se impone la necesidad de utilizar una escala jerárquica de submodelos encapsulables. Estos submodelos se definen explícitamente a partir de leyes físicas. De todas las alternativas contempladas se ha decido utilizar Bond Graph porque cumple con los requisitos citados y, además, es conceptualmente didáctico.La modelización de la viga flexible mediante Bond Graph seguirá un planteamiento nodal, pues no es posible garantizar a priori que las frecuencias propias de la viga flexible sean independientes del resto del sistema. El modelo nodal desarrollado es esencialmente una discretización en elementos finitos de la viga de Euler-Bernoulli.El planteamiento nodal considera la viga como un conjunto de rebanadas conectadas entre sí. La masa de las rebanadas se considera concentrada en su centro de masas. Las rebanadas están articuladas entre sí y existe un muelle entre ellas que se opone al giro.La explotación sistemática de este modelo, con pequeñas variaciones, permite observar los efectos debidos a la presión de alimentación, al área del actuador lineal, al caudal nominal de la servoválvula, al rozamiento mecánico y a las fugas en el actuador, así como a la posición del actuador con respecto a la viga.Estudio experimentalSe ha diseñado, construido y puesto a punto un banco de ensayos que ha permitido validar experimentalmente los modelos teóricos y los modelos de simulación desarrollados en esta tesis.Se ha obtenido experimentalmente una estimación de la función de transferencia del sistema viga flexible/actuador lo que ha permitido validar las frecuencias propias obtenidas mediante cálculos teóricos y mediante simulación.Estrategias de controlSe han ensayado diversas estrategias de control, tanto experimentalmente como por simulación. Finalmente se propone el siguiente enfoque: se ha creado un bucle de realimentación en el que se mide la aceleración en el extremo de la viga para intentar anularla. Como este enfoque frenaría la rampa de aceleración del sistema, solo se activará en las cercanías del punto de llegada del actuador. Esta estrategia es la que ha dado mejores resultados, consiguiendo experimentalmente la desaparición de las vibraciones en 0.5 s. / Understanding the behaviour of systems with flexible elements is increasingly important in modern day technology. Reducing the mass of machine elements leads to a remarkable improvement in dynamic performance. However, a loss of precision also occurs with such an increase in flexibility. In order to arrive at a better understanding of systems with flexible elements, this thesis investigated the particular behaviour of a hydraulic servodriven rotating flexible beam with the aim of obtaining a methodology that could be applied to similar cases.The thesis was structured in the following way:a. theoretical studyb. simulationc. experimental validation, andd. control strategiesTheoretical StudyThe first phase of the theoretical study began by considering the elastic beam as a rigid solid. This study served as a base for the second phase in which the flexibility of the beam was taken into account.The theoretical study began in a general way and continued by adding simplifying hypotheses when necessary. Firstly, the differential equations of motion were written considering the hypothesis of Timoshenko, as well as the effects due to centrifugal and Coriolis forces. The Lagrange method was used to computerise the writing of the equations. The differential equations of motion contained integral terms. Due to the remarkable complexity of the Timoshenko beam hypothesis, it was replaced by the Euler-Bernoulli beam. The mass of the beam was also considered to be of greater magnitude than the mass located at the end of the beam. Within the differential equation obtained via this hypothesis, it was shown that one of the terms was negligible. This allowed integration of the equation to find the modal frequencies and modal forms. Diverse numerical applications of the previous method were carried out.SimulationChoosing a method to model a real system is a complex decision. The studied system includes several technological disciplines therefore it is necessary to use a hierarchic scale of sub-models. These sub-models are defined explicitly from physical laws. Bond Graph was chosen as it fulfilled the mentioned requirements and, in addition, is conceptually didactic. The flexible beam Bond Graph model was nodal, because it wasn't possible to guarantee before hand that its own frequencies would be independent from the rest of the system. The developed nodal model was essentially a finite set of elements of the Euler-Bernoulli beam and considered the beam to be like a set of connected elements. The mass of the elements was assumed to be concentrated at its centre of mass. Every element was pinned to its neighbours and there was a rotational spring between them.The systematic operation of this model, with small parameter variations, made it possible to observe the effects due to:- the hydraulic pressure,- the linear actuator section,- the servovalve dimension- to the mechanical friction and losses in the actuator,- the link position between the actuator and the beam.Experimental StudyA test bank, to experimentally verify the theoretical and simulation model used in the thesis was designed and erected.An estimation of the transference function of the flexible beam/actuator system allowed the frequencies obtained via theoretical calculations and simulation to be verified.Control StrategiesSeveral control strategies were considered, both experimental and by simulation. Finally, the following approach was used: a feedback loop created using the acceleration in the end of the beam. The acceleration signal was processed and added to the set point signal which was sent to the servo actuator with the intention of reducing the beam end acceleration. As this approach restrained the system start acceleration, it was only activated in the vicinity of the actuator set point. This strategy gave the best results, achieving experimentally that the vibrations disappeared in 0.5s.

Introduction of wireless communications systems in railway communications are at the origin of this thesis. Ifercat, the company in charge of the development of Línia 9 of Barcelona Metro, decided that wireless systems were employed in order to increase efficiency and safety. For this reason, characterisation of ISM 5.8GHz band in tunnel environments for broad band wireless train communications becomes necessary. Tunnel environments constitute harsh environments due to humidity, obstacles, power systems, moving trains, curves¿ The Automatic Train Control system requires a 20MHz bandwidth for train-to-ground video transmission in order to get on-board information and surveillance. Given that Línia 9 was at the early stages of its development at the beginning of the study, a dual-polarised spectral simulator was developed first. Spectral techniques work in both spatial and spatial-frequency domain and are extremely adaptable to changes in the tunnel cross section as the wave front passes down the tunnel. Efficiency of this technique comes from the well-known properties of FFT algorithms. Spectral techniques provide good near-field predictions and can model different antenna configurations easily. On the other hand, boundary conditions present some issues that must be overcome. Long tunnels also represent a problem in terms of required memory space. The parabolic equation has been used to enhance the performance of spectral techniques far from the source. They complement each other well because parabolic conditions require smooth variations in one direction, thus far from the source, where only field components propagating parallel to the tunnel axis remain, in order to provide accurate results. Application of Leontovich boundary conditions ensures proper solution at the change of media and its low computational cost permits acceleration of predictions. These two techniques are then combined to verify the measurement campaigns developed at metro tunnels during the thesis. MIMO schemes are used to enhance the system throughput and simulation predictions are compared to measurements with good results. The work presented in this thesis consisted first on implementing both simulators and verifying their correct behaviour with theoretical analytical solutions. Secondly, predictions are compared with measurement campaigns carried out in Barcelona Metro environments. The study focuses on EM attenuation, field distribution, fading characterisation, antenna location and MIMO processing at the frequency band of interest.

This thesis is mainly devoted to the investigation of speed control methods for three phase cage induction motors with particular emphasis being given to Direct Torque Control (DTC) improved techniques.Classical Direct Torque Control has inherent disadvantages such as: problems during starting resulting from the null states, the compulsory requirement of torque and flux estimators, and torque ripple. In the classical DTC induction motor drive a voltage vector is applied for the entire period, and this causes the stator current and electromagnetic torque exceeds its reference value early during the cycle, causing a high torque ripple. Switching cycles then follows this, in which the zero switching vectors are applied in order to reduce the electromagnetic torque to reference value. This thesis suggests a technique based on applying to the inverter the selected active states just enough time to achieve the torque and flux references values. The rest of the switching period a null state is selected which won't almost change both the torque and the flux. Therefore, a duty ratio has to be determined each switching time. By means of varying the duty ratio between its extreme values (0 up to 1) it is possible to apply any voltage to the motor. The optimum duty ratio per sampling period is a non-linear function of the electromagnetic torque error, the stator flux position and the working point, which is determined by the motor speed and the electromagnetic torque. It is obvious that it is extremely difficult to model such an expression since it is a different non-linear function per working point. Therefore, this thesis is focused on performing a fuzzy-logic-based duty-ratio controller, where the optimum duty ratio is determined every switching period. Additionally, this Fuzzy Controller is adaptive and may be applied to any induction motor.A stator flux reference optimum controller is also designed, which not only helps to achieve a smaller torque ripple, but also reduces the reactive power consumption of the drive taken from the main supply. This is achieved by changing the stator flux reference value with reference being made to the correspondent torque reference value. Therefore, the stator flux reference value chosen is to be just of sufficient value to produce the desired torque Simulated results are shown in order to compare the classical DTC and the Fuzzy Logic based DTC.The control algorithms have been implemented on a PC/DSP based board that facilitates the use of parallelism in software design. A 1.5kW, three-phase induction motor drive has been designed and experimental data obtained from it in order to verify the results achieved by simulation.

La caracterización eléctrica del tejido biológico adquiere mayor relevancia cada día. En este proceso, la determinación de la conductividad y permitividad eléctrica del tejido biológico aumenta en importancia en el área de las ciencias de la vida y la salud, al intentar utilizarlas para caracterizar el tejido normal del patológico o usarla para realizar tomografía de impedancia eléctrica (TIE). Hasta ahora esta determinación se realiza con métodos basados en el contacto eléctrico.Existen estudios previos que establecen la posibilidad teórica de determinar la conductividad eléctrica de sustancias poco conductoras a través de métodos libres de contacto, basados en principios de inducción magnética. Estos estudios establecen una expresión analítica entre la conductividad, la permitividad eléctrica y la geometría de la muestra (considerada no magnética) en un caso sencillo con la razón señal-portadora (SCR). Esta última, definida como la relación entre un campo magnético B0 que llena la región donde se ubicará la muestra y el campo magnético de perturbación B que produce la muestra.En una primera fase de este trabajo se estableció la posibilidad de realizar estas determinaciones con la utilización de la instrumentación comercialmente disponible. A partir de qué frecuencias es posible y la importancia de cuidar los detalles asociados con el apantallamiento de las distintas partes del sistema.Posteriormente se desarrolló un modelo de comportamiento bajo la acción de un campo magnético, de materiales cuyas propiedades eléctricas pasivas (PEP) son similares a las del tejido biológico. Para un sistema bobina-bobina y una muestra de geometría cilíndrica, se dedujo una expresión analítica en la cual se incluye, además de la conductividad y la permitividad eléctrica, la susceptibilidad magnética del material que constituye la muestra (considerando el material débilmente magnético).Con esta expresión y la instrumentación desarrollada en la División de Instrumentación y Bioingeniería (DIB) del Departamento de Ingeniería Electrónica de la Universidad Politécnica de Cataluña, se logró verificar la posibilidad de discriminar muestras constituidas por compuestos inorgánicos (sales) con distintas conductividades y susceptibilidades magnéticas. El sistema también se utilizó en muestras de tejido hepático de algunas decenas de gramos de masa, verificándose la posibilidad de discriminar entre muestras con sobrecarga media e intensa de hierro y muestras normales o con poca sobrecarga de este metal.Finalmente se dimensionó el sistema en un intento de adecuarlo para medir la sobrecarga de hierro hepático en pacientes en los cuales se conoce su existencia o se sospecha. Se modificaron los protocolos y el software para medidas en vivo. En este punto de la investigación no se logró una diferenciación definitiva entre los individuos considerados normales y aquellos a los que se les supone distintas sobrecargas de este metal.Se concluye que, para sistemas de medida de las PEP con métodos basados en inducción magnética, es fundamental el cuidado con los apantallamiento a fin de evitar los efectos de los acoplos indeseados. Además, se determinó que es posible, con el sistema desarrollado en la DIB trabajando a una sola frecuencia y el modelo propuesto, la discriminación entre muestras con diferente conductividad eléctrica y susceptibilidad magnética en muestras inorgánicas. En tejido hepático se determinó la posibilidad de diferenciar ciertos grados de sobrecarga de hierro. En medidas en vivo no se logró la discriminación definitiva de sujetos con sobrecarga de hierro hepático y voluntarios supuestos sanos. Sin embargo, de acuerdo a los resultados obtenidos, existen fuertes indicios que permiten pensar que mejorando el procesamiento y análisis de los datos será posible esta diferenciación.

En aquesta tesi doctoral es presenta un mètode sistemàtic per a la síntesi de giradors de potència. A partir d'aquest mètode s'han generat i classificat diverses estructures giradores. Cadascun d'aquests giradors, que poden tenir característiques diferents, pot ser útil en diferents aplicacions.Des d'un punt de vista circuital, es tracta d'una estructura de dos ports que es caracteritza per algun d'aquests dos grups d'equacions: 1) I1=gV2, I2=gV1 , 2) V1=rI2, V2=rI1, on I1, V1, i I2, V2 són els valors en contínua corresponents als valors de tensió i corrent als ports d'entrada i sortida respectivament, essent g (r) la conductància (resistència) del girador.En aquesta tesi, les estructures giradores de potència s'han classificat en funció de com transformen una font d'excitació al port d'entrada en la seva representació dual al port de sortida. Segons aquesta classificació es poden distingir tres tipus de giradors: 1) girador de potència de tipus G, 2) girador de potència de tipus G amb corrent d'entrada controlada i 3) giradors de potència de tipus R. Les categories 1 i 2 són les dues possibles solucions de síntesi de les equacions (1), mentre que la categoria 3 correspon a la solució de síntesi de les equacions (2).A més a més, no existeixen estudis sistemàtics on basant-se en les equacions de definició s'arribi finalment a una verificació experimental. En aquesta tesi es presenta el disseny i anàlisi dels giradors que s'han presentat. L'anàlisi cobreix exhaustivament l'estudi tant del comportament dinàmic com estàtic dels giradors presentats. Aquests giradors es poden considerar com estructures canòniques per al processat de potència.A més a més, es presenten algunes funcions bàsiques del processat de potència realitzades amb giradors de potència. Com per exemple: conversió tensió-corrent, corrent-tensió, adaptació d'impedàncies i regulació de tensió.Les característiques de cada girador depenen no només de la topologia convertidora sinó també del funcionament del control del convertidor. S'han investigat dos tècniques de control: el control en mode lliscant i el control no lineal basat en dinàmica zero. Per tant, les estructures giradores proposades poden treballar tant a freqüència constant com a freqüència variable.Finalment s'han verificat les previsions teòriques mitjançant simulació i verificació experimental. / In this thesis, a systematic approach to the synthesis of power gyrators is presented. Based on this approach, several gyrator structures can be generated and classified. Each of these gyrators has its own features and is suitable of different applications.From a circuit standpoint, a power gyrator is a two-port structure characterized by any of the following two set of equations: 1) I1=gV2, I2=gV1 , 2) V1=rI2, V2=rI1, where I1, V1, and I2, V2 are DC values of current and voltage at input and output ports respectively and g ( r ) is the gyrator conductance ( resistance ).In this thesis, power gyrator structures are classified by the manner they transform an excitation source at the input port into its dual representation at the output port. Based on this classification, there exist three types of power gyrators: 1) power gyrators of type G, 2) power gyrators of type G with controlled input current and 3) power gyrators of type R. Categories 1 and 2 are the two possible synthesis solutions to the set of equations ( 1 ) while category 3 corresponds to the synthesis solution of ( 2 ).Thus far, no systematic works have been done starting at the definition equations and ending at the experimental verification. In this thesis, the analysis and design for the disclosed power gyrators are presented. The analysis covers exhaustingly the study of both static and dynamic behavior of the reported power gyrators. These power gyrators presented can be considered as canonical structures for power processing.Thus, some basic power processing functions done by the presented power gyrators are reported. Namely, voltage to current conversion, current to voltage conversion, impedance matching and voltage regulation.The performance characteristics of a power gyrator depend not only on the circuit topology but also depend on the converter control operation.Hence, two main control schemes are investigated, namely, sliding-mode control schemes and zero-dynamics-based PWM nonlinear control. Therefore, the proposed gyrator structures can operate indistinctly at constant or at variable switching frequency.In addition, experimental and computer simulation results of the power gyrators presented are given in order to verify the theoretical predictions.

En aquesta tesi es descriu l'electrònica i la gestió de la placa de control de l'SPD. SPD són les sigles corresponents a Scintillator Pad Detector, part del calorímetre d'LHCb de l'accelerador LHC.L'LHC és un accelerador orientat a estudiar els constituents de la matèria on LHCb n'és un dels detectors. El calorímetre és aquella part del detector destinada a mesurar l'energia de les partícules que el travessen. En el nostre cas l'SPD discrimina entre partícules carregades i no carregades contribuint així en les decisions del calorímetre.En l'electrònica de l'SPD trobareu diferenciades dues parts: l'electrònica en contacte directe amb el subdetector (Very Front End, VFE) i l'electrònica de gestió de l'SPD (la Control Board, CB). L'objectiu d'aquesta tesi és la descripció d'aquesta darrera així com la integració de l'SPD en el sistema de control del calorímetre. El VFE realitza un primer processat de les dades del detector determinant un nivell digital el qual indica si s'ha rebut una partícula carregada o no. La CB és l'encarregada en canvi de la monitorització i el control del sistema SPD: és capaç d'enviar dades de configuració als VFE i a la vegada en monitoritza el correcte funcionament.Veureu que el document es troba organitzat en 5 parts. A la primera part trobareu descrites les característiques principals del calorímetre, les seves funcions i la seva estructura. La part segona, tercera i quarta són dedicades integrament a la CB: a la part 2 tenim descrit el hardware, a la part 3 el sistema de control i a la quarta part hi trobarem comentats els diferents testos i proves realitzades tan sobre el hardware com amb el sistema de control. Finalment a la cinquena part hi trobarem resumits els objectius aconseguits amb el nostre disseny i les aportacions d'aquest en la globalitat de l'experiment. / En esta tesis se describe la electrónica y la gestión de la placa de control del SPD. SPD son las siglas correspondientes a Scintillator Pad Detector, parte del calorímetro de LHCb del acelerador LHC.LHC es un acelerador orientado al estudio de los constituyentes de la materia donde LHCb es uno de los detectores. El calorímetro es aquella parte del detector destinada a medir la energía de las partículas que lo traviesan. En nuestro caso el SPD discrimina entre partículas cargadas y neutras contribuyendo así a las decisiones del calorímetro.En la electrónica del SPD encontraréis diferenciadas dos partes: la electrónica en contacto directo con el detector (Very Front End, VFE) y la electrónica de gestión del SPD (la Control Board, CB). El objetivo de esta tesis es precisamente la descripción de esta última parte así como la integración del SPD en el sistema de control del calorímetro.El VFE realiza un primer procesado de los datos del detector determinando un nivel digital el cual indica si la partícula detectada está cargada o no. La CB es en cambio la encargada de la monitorización y el control del sistema SPD: es capaz de enviar datos de configuración a los VFE y a la vez monitorizar su correcto funcionamiento.Veréis que el documento se encuentra organizado en 5 partes. En la primera parte encontraréis descritas las características principales del calorímetro, sus funciones y su estructura. La segunda parte, la tercera y la cuarta están plenamente dedicadas a la CB: en la parte 2 tenemos descrito el hardware, en la parte 3 el sistema de control y en la cuarta encontraremos los diferentes tests y pruebas realizadas sobre el hardware y el sistema de control. Finalmente en la quinta parte tenemos resumidos los objetivos conseguidos con nuestro diseño y las aportaciones de este en la globalidad del experimento. / In this thesis you will have described the electronics and management of the SPD. SPD stands for Scintillator Pad Detector which is part of the LHCb calorimeter of the LHC accelerator.LHC is an accelerator oriented to study the matter constitution and LHCb is one of the detectors designed for this challenge. The LHCb part oriented to measure the particles energy is the calorimeter. The SPD is designed to discriminate between charged and neutral particles contributing in the calorimeter decisions.In the SPD electronics description we can distinguish between to parts: the electronics in contact with the subdetector (Very Front End, VFE) and the electronics in charge of the SPD management (the Control Board, CB). The goal of this thesis is the description of the last and also the integration of the SPD with the calorimeter control system.The VFE captures the data from the detector and makes a first digital decision depending on if the particle detected is charged or not. The CB is in charge of the monitoring and control of the SPD system: is able to send configuration data to the VFE and also monitors parameters to assure a proper behaviour.You will see that the document is divided in 5 parts. In the first, you will find described the calorimeter, its functionalities and its structure. Part 2, part 3 and part 4 are fully dedicated to the CB: in part 2 we will find the CB hardware, in part 3 the control system and finally in part 4 the different tests performed with the hardware and the control system. The document ends with part 5 where the main objectives of this work are summarized and also the contribution of the SPD design in the LHCb project.

El propósito de la presente tesis es el estudio de la disipatividad en sistemas no lineales discretos. Dicho trabajo de investigación presenta nuevas contribuciones en la teoría de control no lineal discreto basado en disipatividad y en el estudio de las propiedades de sistemas disipativos no lineales. Los resultados conseguidos se dividen en tres objetivos principales:1. La caracterización de sistemas disipativos múltiple entrada múltiple salida (MIMO) no lineales discretos de estructura general, lo que también se conoce como condiciones de Kalman-Yakubovich-Popov (KYP). Las condiciones de KYP ya existentes se extienden a una clase de sistemas disipativos discretos no lineales MIMO que son no afines en el control. La clase de sistemas disipativos estudiada se denomina disipatividad QSS. También se proporcionan condiciones necesarias y suficientes para la caracterización de sistemas conservativos QSS discretos no afines en el control.2. El problema de disipatividad por realimentación en sistemas no lineales discretos. Se proponen dos formas de abordar dicho problema:2.1. El problema de la disipatividad por realimentación a través de la relación fundamental de la disipatividad. Se da solución al problema de la disipatividad por realimentación para sistemas única entrada única salida (UEUS) discretos no lineales no afines en el control, mediante cuatro metodologías basadas en la igualdad fundamental de la disipatividad. Se proponen condiciones suficientes bajo las cuales la disipatividad por realimentación es posible.2.2. El problema de pasivización mediante las propiedades del grado relativo y la dinámica cero del sistema no pasivo original. El problema de transformarción de un sistema no pasivo a uno que lo es se resuelve mediante realimentación de estado para una clase de sistemas MIMO no lineales discretos afines en el control, usando las propiedades del grado relativo y la dinámica cero del sistema no pasivo original. Se puede considerar como una extensión al caso pasivo de los resultados ya existentes, referentes al problema de transformar un sistema que no es conservativo a uno que lo es mediante realimentación de estado.3. El problema de estabilización basado en disipatividad en sistemas no lineales discretos. El método de Moldeo de Energía e Inyección de Amortiguamiento (MEIA) se extiende a sistemas generales no lineales discretos UEUS, además de analizar algunas de las propiedades de estabilidad de una clase de sistemas disipativos y de sistemas que se pueden transformar a disipativos por realimentación. También, se establecen condiciones suficientes bajo las cuales dichos sistemas son estabilizables.Otros objetivos secundarios han sido alcanzados, como son: el estudio del grado relativo y la dinámica cero de sistemas pasivos no lineales discretos, algunas conclusiones acerca de la conservación de la pasividad bajo la interconexión por retroalimentación negativa y la interconexión paralela, algunas notas acerca de la conservación y pérdida de la disipatividad y pasividad con el muestreo, además, las propiedades en el dominio de la frecuencia de los sistemas disipativos se usan y se relacionan con algunos de los criterios de estabilidad basados en la respuesta en frecuencia más importantes. También, los métodos de control basados en disipatividad diseñados se aplican al problema de regulación de un modelo discreto con interpretación física: un convertidor buck, para el que se mejora la respuesta en lazo abierto.El hecho de haber tratado sistemas discretos generales nos ha permitido dar una serie de resultados para sistemas no lineales continuos no afines en el control. Dos problemas se han propuesto, principalmente: el estudio de la disipatividad por realimentación para sistemas no lineales no afines UEUS y el uso de los resultados de disipatividad por realimentación, con el fin de extender al caso no lineal no afín UEUS el método de estabilización de MEIA. / This dissertation is devoted to dissipativity-related concepts in the nonlinear discrete-time setting, and presents several new contributions which are not covered by the existing nonlinear discrete-time dissipativity-based control theory and the study of the properties of nonlinear discrete-time dissipative systems.The study of dissipativity given in this dissertation is concentrated in the state-space or internal description representation of systems. The results achieved are classified into three main goals or problems to solve, such as:1. The characterization of dissipative multiple-input multiple-output (MIMO) nonlinear discrete-time systems of general form, what is regarded as Kalman-Yakubovich-Popov (KYP) conditions. The KYP conditions existing in the literature are extended to a class of nonlinear MIMO dissipative discrete-time systems which are non-affine in the control input. The class of dissipativity characterized is regarded as QSS-dissipativity. Necessary and sufficient conditions for the characterization of QSS-lossless discrete-time systems which are non-affine in the control input are also given.2. The feedback dissipativity problem in the nonlinear discrete-time setting. Two approaches are proposed to deal with this topic:2.1. The feedback dissipativity problem through the fundamental dissipativity inequality. The feedback dissipativity problem is solved for single-input single-output (SISO) nonlinear discrete-time non-affine-in-the-control-input systems by means of four methodologies based on the fundamental dissipativity equality. Sufficient conditions under which feedback dissipativity is possible are proposed. 2.2. The feedback passivity problem through the properties of the relative degree and zero dynamics of the non-passive system. The problem of rendering a system passive via state feedback is solved for a class of MIMO nonlinear discrete-time systems which are affine in the control input using the properties of the relative degree and the zero dynamics of the non-passive system. It is an extension to the passivity case of the results reported in the literature for the losslessness feedback problem. 3. The dissipativity-based stabilization problem in nonlinear discrete-time systems. The dissipativity-based controller design methodology of the Energy Shaping and Damping Injection (ESDI) is extended to general nonlinear SISO discrete-time systems, in addition to, the analysis of some stability properties of a class of dissipative and feedback dissipative SISO nonlinear discrete-time systems. Furthermore, sufficient conditions under which a class of feedback dissipative systems is stabilizable are proposed.Other secondary goals in the dissipativity properties exploration in discrete-time systems are achieved, mainly: the study of the relative degree and zero dynamics of passive nonlinear discrete-time systems, some conclusions about passivity preservation under feedback and parallel interconnections, some notes on the non-preservation and preservation of dissipativity, and its special case of passivity, under sampling, in addition, dissipativity frequency-domain properties have been used and related to some of the most important frequency-based feedback stability criteria. Furthermore, the feedback dissipativity and dissipativity-based control results are applied to solve the regulation problem in a discrete-time model with physical interpretation: the DC-to-DC buck converter, whose open-loop response is improved by means of the use of some of the stabilization methods proposed.The fact of treating general discrete-time systems has allowed us to extend some dissipativity-related definitions to the case of continuous-time nonlinear non-affine-in-the-input systems. Two main problems are presented, namely: the study of the feedback dissipativity problem for nonlinear non-affine SISO systems based upon the fundamental dissipativity equality, and the use of the feedback dissipativity results in order to extend the ESDI controller design method to the case of non-affine SISO nonlinear systems.

[ES] La técnica de "Soil Nailing" es un procedimiento de refuerzo del terreno utilizado continuamente en la estabilización de taludes y cortes del terreno en proyectos de ingeniería geotécnica. Esta técnica se aplica con frecuencia en la ciudad de Quito (Ecuador) para el refuerzo del terreno, mejorando la estabilidad de los taludes, durante el proceso de excavación de varios niveles de sótanos. Estas excavaciones de gran profundidad son habituales en proyectos inmobiliarios importantes de la ciudad, en los que el "Soil Nailing" se emplea con algunas variantes que la ajusten a los recursos constructivos disponibles en el medio. Pese a lo extendido de su uso, esta técnica, que ha resultado ser efectiva para estabilizar las excavaciones durante los procesos constructivos de estructuras de sótano en los suelos de la ciudad de Quito, actualmente dispone de pocas investigaciones locales, ya sean teóricas, numéricas o experimentales, basadas en las propiedades geotécnicas de los suelos volcánicos característicos de la ciudad. Esta Tesis Doctoral que contó con el soporte del Laboratorio de Ingeniería Geotécnica y el Laboratorio de Estructuras del Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón (ICITECH) de la Universitat Politècnica de València presenta un estudio experimental y numérico del comportamiento de dos excavaciones reforzadas con la técnica de "Soil Nailing" para la construcción de las estructuras de sótano de dos importantes edificios ubicados en la zona centro-norte de la ciudad de Quito. Tanto el estudio experimental como el numérico se enfocan principalmente en la evolución de las fuerzas de tensión en las barras de acero de los "Soil Nails", el análisis de desplazamientos horizontales de las pantallas y el análisis de asentamientos en el terreno que se encuentra detrás de las pantallas y que fueron inferidos por la construcción de cada nivel de sótano. Como parte del análisis numérico a través de elementos finitos se han considerado diferentes modelos constitutivos de suelo, cuyos parámetros se determinaron detalladamente de acuerdo a los ensayos de laboratorio del estudio de caracterización geotécnica de esta investigación. Por tanto, esta Tesis Doctoral constituye una de las primeras investigaciones completas de la región encaminada a explicar el comportamiento experimental y numérico de excavaciones mediante la técnica de "Soil Nailing" y respaldada con un completo trabajo de caracterización geotécnica, llevado a cabo a propósito como parte de este estudio. / [CA] La tècnica de "Soil Nailing" és un procediment de reforç del terreny utilitzat contínuament en l'estabilització de talussos i talls del terreny en projectes d'enginyeria geotècnica. Esta tècnica s'aplica ben sovint en la ciutat de Quito (Equador) per al reforç del terreny, millorant l'estabilitat dels talussos, durant el procés d'excavació de diversos nivells de soterranis. Estes excavacions de gran profunditat són habituals en projectes immobiliaris importants de la ciutat, en els que el "Soil Nailing" s'empra amb algunes variants que l'ajusten als recursos constructius disponibles en el mig. A pesar d'allò que s'ha estés del seu ús, esta tècnica que ha resultat ser efectiva per a estabilitzar les excavacions durant els processos constructius d'estructures de soterrani en els sòls de la ciutat de Quito, actualment disposa de poques investigacions locals, ja siguen teòriques, numèriques o experimentals basades en les propietats geotècniques dels sòls volcànics característics de la ciutat. Esta Tesi Doctoral que va comptar amb el suport del Laboratori d'Enginyeria Geotècnica i el Laboratori d'Estructures de l'Institut de Ciència i Tecnologia del Formigó (ICITECH) de la Universitat Politècnica de València presenta un estudi experimental i numèric del comportament de dos excavacions reforçades amb la tècnica del "Soil Nailing" per a la construcció de les estructures de soterrani de dos importants edificis ubicats en la zona centre-nord de la ciutat de Quito. Tant l'estudi experimental com el numèric s'enfoquen principalment en l'evolució de les forces de tensió en les barres d'acer dels "Soil Nailing", l'anàlisi de desplaçaments horitzontals de les pantalles i l'anàlisi d'assentaments en el terreny que es troba darrere de les pantalles i que van ser inferits per la construcció de cada nivell de soterrani. Com a part de l'anàlisi numèrica a través d'elements finits s'han considerat diferents models constitutius de sòl, els paràmetres de la qual es van determinar detalladament d'acord amb els assajos de laboratori de l'estudi de caracterització geotècnica d'esta investigació. Per tant, esta Tesi Doctoral constituïx una de les primeres investigacions completes de la regió encaminada a explicar el comportament experimental i numèric d'excavacions per mitjà de la tècnica del "Soil Nailing" i protegida amb un complet treball de caracterització geotècnica, dut a terme a propòsit com a part d'este estudi. / [EN] The "Soil Nailing" technique is a ground reinforcement procedure used consistently to stabilize slopes and land sections in geotechnical engineering projects. This technique is frequently used in the city of Quito (Ecuador) to reinforce the ground and improve slope stability during the excavation process for various underground parking levels. Such deep excavations are common in the city's most important real estate projects, in which "Soil Nailing" is used with different variations that are adjusted in accordance with the construction resources available in the particular environment. Despite its widespread use, this technique which has proven to be so effective in stabilizing excavations during the construction of underground structures in the soils of the city of Quito, currently suffers from a lack of local theoretical, numerical or experimental research based on the geotechnical properties of the city's characteristic soils. This Doctoral Thesis was supported by the Geotechnical Engineering Laboratory and the Structures Laboratory of the Concrete Science and Technology Institute (ICITECH) of the Universitat Politècnica de València. It presents an experimental and numerical study of the behavior of two excavations reinforced with the Soil Nailing technique for the construction of the basement structures of two important buildings located in the north-central area of the city of Quito. Both the experimental and the numerical study focus mainly on the stress of tension forces exerted on the steel bars of the "Soil Nails", analysis of horizontal wall displacements and analysis of settlements of the ground behind the walls, which were induced by the construction of each underground level. As part of the numerical analysis through finite elements, different constitutive soil models were considered, the parameters of which were determined in detail in accordance with laboratory testing from the geotechnical characterization study for this research. This Doctoral Thesis, therefore, constitutes one of the first complete studies in the region aimed at explaining the experimental and numerical behavior of excavations through the Soil Nailing technique, supported by complete geotechnical characterization work which was carried out for the purpose of forming part of this study. / Capa Guachón, VE. (2021). Estudio experimental y numérico del comportamiento de excavaciones ejecutadas mediante la técnica de suelo claveteado (soil nailing) en suelos de la ciudad de Quito (Ecuador) [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/164174 / TESIS