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 present tesi doctoral correspon a l'estudi i optimització energètica d'una casa solar i bioclimàtica situada en una zona amb clima alpí, on la temperatura mínima exterior és de -12ºC. Es tracta d'un habitatge unifamiliar, situat a la població d'Engordany, al Principat d'Andorra, a 1260 metres sobre el nivell del mar.L'habitatge es va construir els anys 1999 - 2000 amb tots els critèris de sostenibilitat del moment, i s'ha habitat des de llavors.Es tracta d'un edifici solar passiu i actiu, amb col·lectors solars d'aire calent per calefacció i un sistema de terra radiant elèctric de recolzament. No te sistema de refrigeració a l'estiu ja que el propi comportament passiu i el control domòtic de les persianes en funció de la temperatura interior i de la insolació fan que no sigui necessari. La producció d'aigua calenta es fa també amb un sistema solar. S'ha tingut especial sensibilitat en la integració arquitectònica de tots aquests col·lectors.Els càlculs pel disseny passiu de l'edifici s'han fet per simulació tèrmica hora per hora de tot un any amb dades climatològiques reals de la zona.La casa té un sistema domòtic de control, que recull els paràmetres de temperatures internes i externes, funcionament de persianes, equips, enllumenat, etc. Aquestes dades són les que s'han analitzat en la present tesi doctoral per tal d'extreure'n conclusions.S'ha completat amb un estudi termogràfic fet a l'hivern, per tal de veure on hi ha pèrdues tèrmiques, confirmant els resultats de l'estudi teòric.El comportament tèrmic tant a l'estiu com a l'hivern és d'una estabilitat de temperatura interna molt gran, tot i que només funciona la calefacció en hores nocturnes (utilitza tarifa elèctrica nocturna), el que dona un confort elevat.El resultat mesurat realment dóna un consum de calefacció en línia amb l'etiqueta energètica A, de 28,8 kWh/m2·any, que traduït en termes econòmics correspon a 1,35 /m2·any (dades reals hivern 2007-08).La tesi doctoral posa en relleu els punts energèticament millorables, com són sobretot la perfileria de les finestres i les caixes de persiana.Els bons resultats de la casa ens han animat a fer un software de simulació tèrmica d'edificis que faciliti aquesta tasca, per que deixi de ser un treball excepcional per convertir-se en habitual, amb un cost d'enginyeria raonable. Aquest programari es diu www.bioclim.com. / La presente tesis doctoral, corresponde al estudio y optimización energética de una casa solar i bioclimática construida en una zona alpina con temperaturas exteriores de -12ºC. Se trata de una vivienda unifamiliar, situada en la población de Engordany, en el Principado de Andorra, a 1260 metros sobre el nivel del mar.La vivienda se construyó entre los años 1999 y 2000 con todos los criterios de sostenibilidad y ha estada habitada desde entonces.Es una casa solar pasiva y activa, con paneles solares de aire caliente para calefacción y un sistema de suelo radiante eléctrico de apoyo. No tiene sistema de refrigeración para el verano ya que el propio comportamiento pasivo y el control domótico de la persianas en función de la temperatura interior e insolación lo hace innecesario. La producción de agua caliente se hace también a través de energía solar. Se tuvo especial interés en la integración arquitectónica de todos los colectores solares.Los cálculos para el diseño pasivo de la casa se han hecho por simulación térmica hora por hora de todo un año, utilizando datos climatológicos reales de la zona.Dispone de un sistema domótico de control que además recoge los valores de todos los parámetros utilizados de temperaturas internas y externas, funcionamiento de persianas y equipos, iluminación, etc. Estos datos son los que se han utilizado y explotado para realizar la presente tesis doctoral y sacar las debidas conclusiones.Se completó con un estudio termográfico en invierno, que confirma los resultados del estudio teórico.El comportamiento térmico tanto en verano como en invierno es de una estabilidad de la temperatura interna muy grande, teniendo en cuenta que la calefacción solo funciona en horas nocturnas (usa tarifa eléctrica horaria), cosa que da un elevado confort.El resultado según mediciones reales, da un consumo de calefacción en línea con los edificios de etiqueta energética A, de 28,8 kWh/m2·año, que en términos económicos representa 1,35 /m2·año (datos reales del invierno 2007-08).La tesis doctoral pone en relieve los puntos mejorables energéticamente, como son sobretodo los perfiles de las ventanas y las cajas de persiana.Los buenos resultados de la casa nos animaron a desarrollar un software de simulación térmica de edificios, www.bioclim.com, que facilite el trabajo, con el objetivo que deje de ser una tarea excepcional para convertirse en habitual con costos de ingeniería reducidos. / This doctorate thesis is a study of getting the best out and improving of a bioclimatic, solar energy house situated in a mountain climate where the minimum outside temperature is -12ºC. It's a house situated in village called Engordany, in the Principality of Andorra, 1260 metres above the sea-level.The house was built between 1999 and 2000 with all the criterion of self maintenance available at the time and has been lived in ever since.It is a solar building that is both active and passive, with hot air collectors and a backup system of under floor heating in the form of electric wiring. In the summer, a cooling system in the form of air conditioning is totally unnecessary due to the passive action of the system. External blinds acting as shutters are automatically controlled according to sunshine and interior temperatures. The hot water production is also made by solar energy.Special care has been taken in the architectural integration of all this energy collectors.The research contributing to the passive design of the building was to use actual climatological information of the area to create a simulation of the hourly heat gains and losses during a whole year.Finalised with a thermografic study to discover where the heat losses are found, confirming the results of the theoretical study.The house has domòtic control which measures and collect internal and external temperatures, works blinds, shutters, control all electrical devicesand lighting, .These are the facts that have been analyzed in this doctoral thesis to come to the following conclusions.The thermal performance both in summer and winter means that even though the traditional heating system only works during the night hours (using the nocturnal electricity rates), the stability of the temperature interior is enormous and of great comfort.The results taken are in line with the A Energetic Label, with a consumption of 28,8 kWh/m2 a year, converted into economic terms means 1,35 per m2 a year, real figures from winter 2007-08.This doctorate thesis reveals where improvements can be made to save energy, especially windows frames and shutters (boxes of shutters).The positive results from the house have encouraged us to make software to simulate thermal buildings which make this task easier. It will no longer be an exceptional task but a usual one without the high engineering costs.This software is called www.bioclim.com. / La présente thèse doctorale correspond a l'étude d'optimisation énergétique d'une maison solaire et bioclimatique située dans une zone de climat alpin, où la température minimale extérieure est de -12ºC. Il s'agit d'une maison individuelle, située à la ville d'Engordany, dans la Principauté d'Andorre, à 1260 mètres d'altitude.La maison a été construite dans les années 1999-2000 avec tous les critères de durabilité du moment. Depuis, elle est habitée.Il s'agit d'un bâtiment solaire passif et actif, avec des collecteurs solaires d'air chaud pour chauffage et un système de plancher chauffant électrique à l'appui.A l'été, il n'y a pas de système de réfrigération puisque le propre comportement passif et le contrôle domotique des persiennes en fonction de la température intérieure et de l'insolation, font que cela ne soit pas nécessaire. La production d'eau chaude se fait aussi avec un système solaire. On a eu une sensibilité spéciale dans l'intégration architectonique de tous ces collecteurs.Les calculs pour la conception passive du bâtiment ont été faits par simulation thermique dynamique avec des données climatologiques réellesde la zone.La maison a un système domotique de contrôle, qui intègre: les températures internes et externes, le fonctionnement des persiennes, des équipes, de la mise en marche, etc. Ces données sont celles qui ont été analysées dans la thèse doctorale pour en tirer des conclusions.Il a été complété avec une étude thermographique, réalisée pendant l'hiver, pour repérer les déperditions thermiques, et confirmant les résultats de l'étude théorique.Le comportement thermique, aussi bien a l'été qu'à l'hiver, est caractérisé par une grande stabilité de température interne, faisant que le chauffage ne fonctionne que pendant des heures nocturnes (utilisation du tarif électrique nocturne), ce qui donne un confort élevé.Le résultat réellement mesuré donne une consommation de chauffage en ligne avec l'étiquette énergétique A, de 28,8 kWh/m2·année, ce qui transcrit en termes économiques correspond à 1,35 /m2·année (données réelles hiver 2007-08)La thèse doctorale met en relief les points énergétiques à améliorer, comme le sont surtout le bâti des fenêtres et les caissons d'enroulement. Les bons résultats de la maison nous ont encouragé à développer un logiciel de simulation thermique de bâtiment qui facilite cette tâche, afin qu'elle cesse d'être un travail exceptionnel pour devenir habituel, sans un coût d'ingénierie élevé. Le logiciel s'appelle www.bioclim.com.

La millora de la productivitat i la qualitat són indubtablement dues de les principals exigències del sector productiu modern i factors clau per la competitivitat i la supervivència. Dins aquest sector,la fabricació per arrancada de material juga encara avui en dia un paper protagonista tot i l'aparició de noves tècniques de conformat per addició.Indústries com l'aeronàutica, l'automobilística,la del motlle o l'energètica, depenen en bona part de les prestacions de les màquines-eina. Aquesta Tesi aborda dos aspectes rellevants quan es tracta de millorar de la productivitat i la qualitat del sector productiu: el problema del fimbrament, més conegut per la denominació anglosaxona chatter,i la monitorització de la rugositat superficial en el mecanitzat a alta velocitat. / Productivity and quality improvement are undoubtedly two of the main demands of themodern manufacturing sector and key factors for competitiveness and survival. Within this sector, material removal processes play, still nowadays, a principal role despite the emergence of additive manufacturing techniques. Industries such as aerospace, automotive, molds and dies or energy largely depend on machine tools performance for improved productivity and quality. This Thesis is focused on two important aspects when it comes to improving productivity and quality of the manufacturing sector: chatter problem, and surface roughness monitoring in high speed milling.

La Màquina de Boltzmann (MB) és una xarxa neuronal estocàstica amb l'habilitat tant d'aprendre com d'extrapolar distribucions de probabilitat. Malgrat això, mai ha arribat a ser tant emprada com d'altres models de xarxa neuronal, com ara el perceptró, degut a la complexitat tan del procés de simulació com d'aprenentatge: les quantitats que es necessiten al llarg del procés d'aprenentatge són normalment estimades mitjançant tècniques Monte Carlo (MC), a través de l'algorisme del Temprat Simulat (SA). Això ha portat a una situació on la MB és més ben aviat considerada o bé com una extensió de la xarxa de Hopfield o bé com una implementació paral·lela del SA. Malgrat aquesta relativa manca d'èxit, la comunitat científica de l'àmbit de les xarxes neuronals ha mantingut un cert interès amb el model. Una de les extensions més rellevants a la MB és la Màquina de Boltzmann d'Alt Ordre (HOBM), on els pesos poden connectar més de dues neurones simultàniament. Encara que les capacitats d'aprenentatge d'aquest model han estat analitzades per d'altres autors, no s'ha pogut establir una equivalència formal entre els pesos d'una MB i els pesos d'alt ordre de la HOBM. En aquest treball s'analitza l'equivalència entre una MB i una HOBM a través de l'extensió del mètode conegut com a decimació. Decimació és una eina emprada a física estadística que es pot també aplicar a cert tipus de MB, obtenint expressions analítiques per a calcular les correlacions necessàries per a dur a terme el procés d'aprenentatge. Per tant, la decimació evita l'ús del costós algorisme del SA. Malgrat això, en la seva forma original, la decimació podia tan sols ser aplicada a cert tipus de topologies molt poc densament connectades. La extensió que es defineix en aquest treball permet calcular aquests valors independentment de la topologia de la xarxa neuronal; aquest model es basa en afegir prou pesos d'alt ordre a una MB estàndard com per a assegurar que les equacions de la decimació es poden solucionar. Després, s'estableix una equivalència directa entre els pesos d'un model d'alt ordre, la distribució de probabilitat que pot aprendre i les matrius de Hadamard: les propietats d'aquestes matrius es poden emprar per a calcular fàcilment els pesos del sistema. Finalment, es defineix una MB estàndard amb una topologia específica que permet entendre millor la equivalència exacta entre unitats ocultes de la MB i els pesos d'alt ordre de la HOBM. / La Máquina de Boltzmann (MB) es una red neuronal estocástica con la habilidad de aprender y extrapolar distribuciones de probabilidad. Sin embargo, nunca ha llegado a ser tan popular como otros modelos de redes neuronals como, por ejemplo, el perceptrón. Esto es debido a la complejidad tanto del proceso de simulación como de aprendizaje: las cantidades que se necesitan a lo largo del proceso de aprendizaje se estiman mediante el uso de técnicas Monte Carlo (MC), a través del algoritmo del Temple Simulado (SA). En definitiva, la MB es generalmente considerada o bien una extensión de la red de Hopfield o bien como una implementación paralela del algoritmo del SA. Pese a esta relativa falta de éxito, la comunidad científica del ámbito de las redes neuronales ha mantenido un cierto interés en el modelo. Una importante extensión es la Màquina de Boltzmann de Alto Orden (HOBM), en la que los pesos pueden conectar más de dos neuronas a la vez. Pese a que este modelo ha sido analizado en profundidad por otros autores, todavía no se ha descrito una equivalencia formal entre los pesos de una MB i las conexiones de alto orden de una HOBM. En este trabajo se ha analizado la equivalencia entre una MB i una HOBM, a través de la extensión del método conocido como decimación. La decimación es una herramienta propia de la física estadística que también puede ser aplicada a ciertos modelos de MB, obteniendo expresiones analíticas para el cálculo de las cantidades necesarias en el algoritmo de aprendizaje. Por lo tanto, la decimación evita el alto coste computacional asociado al al uso del costoso algoritmo del SA. Pese a esto, en su forma original la decimación tan solo podía ser aplicada a ciertas topologías de MB, distinguidas por ser poco densamente conectadas. La extensión definida en este trabajo permite calcular estos valores independientemente de la topología de la red neuronal: este modelo se basa en añadir suficientes pesos de alto orden a una MB estándar como para asegurar que las ecuaciones de decimación pueden solucionarse. Más adelante, se establece una equivalencia directa entre los pesos de un modelo de alto orden, la distribución de probabilidad que puede aprender y las matrices tipo Hadamard. Las propiedades de este tipo de matrices se pueden usar para calcular fácilmente los pesos del sistema. Finalmente, se define una BM estándar con una topología específica que permite entender mejor la equivalencia exacta entre neuronas ocultas en la MB y los pesos de alto orden de la HOBM. / The Boltzmann Machine (BM) is a stochastic neural network with the ability of both learning and extrapolating probability distributions. However, it has never been as widely used as other neural networks such as the perceptron, due to the complexity of both the learning and recalling algorithms, and to the high computational cost required in the learning process: the quantities that are needed at the learning stage are usually estimated by Monte Carlo (MC) through the Simulated Annealing (SA) algorithm. This has led to a situation where the BM is rather considered as an evolution of the Hopfield Neural Network or as a parallel implementation of the Simulated Annealing algorithm. Despite this relative lack of success, the neural network community has continued to progress in the analysis of the dynamics of the model. One remarkable extension is the High Order Boltzmann Machine (HOBM), where weights can connect more than two neurons at a time. Although the learning capabilities of this model have already been discussed by other authors, a formal equivalence between the weights in a standard BM and the high order weights in a HOBM has not yet been established. We analyze this latter equivalence between a second order BM and a HOBM by proposing an extension of the method known as decimation. Decimation is a common tool in statistical physics that may be applied to some kind of BMs, that can be used to obtain analytical expressions for the n-unit correlation elements required in the learning process. In this way, decimation avoids using the time consuming Simulated Annealing algorithm. However, as it was first conceived, it could only deal with sparsely connected neural networks. The extension that we define in this thesis allows computing the same quantities irrespective of the topology of the network. This method is based on adding enough high order weights to a standard BM to guarantee that the system can be solved. Next, we establish a direct equivalence between the weights of a HOBM model, the probability distribution to be learnt and Hadamard matrices. The properties of these matrices can be used to easily calculate the value of the weights of the system. Finally, we define a standard BM with a very specific topology that helps us better understand the exact equivalence between hidden units in a BM and high order weights in a HOBM.

El propòsit d'aquesta tesi és examinar les aportacions a l'estudi de la predicció de la taxa de canvi basada en l'ús de tècniques d'aprenentatge automàtic. Aquestes aportacions es veuen facilitades i millorades per l'ús de variables econòmiques, indicadors tècnics i variables de tipus ‘business and consumer survey’. Aquesta investigació s’organitza entorn d’una recopilació de quatre articles. L'objectiu de cadascun dels quatre treballs de recerca d'aquesta tesi és el de contribuir a l'avanç del coneixement sobre els efectes i mecanismes mitjançant els quals l'ús de variables econòmiques, indicadors tècnics, variables de tipus ‘business and consumer survey’, i la selecció dels paràmetres de models predictius són capaços de millorar les prediccions de la taxa de canvi. Fent ús d'una tècnica de predicció no lineal, el primer article d'aquesta tesi es centra majoritàriament en l'impacte que tenen l'ús de variables econòmiques i la selecció dels paràmetres dels models en les prediccions de la taxa de canvi per a dos països. L'últim experiment d'aquest primer article fa ús de la taxa de canvi del període anterior i d'indicadors econòmics com a variables d'entrada en els models predictius. El segon article d'aquesta tesi analitza com la combinació de mitjanes mòbils, variables de tipus ‘business and consumer survey’ i la selecció dels paràmetres dels models milloren les prediccions del canvi per a dos països. A diferència del primer article, aquest segon treball de recerca afegeix mitjanes mòbils i variables de tipus ‘business and consumer survey’ com a variables d'entrada en els models predictius, i descarta l'ús de variables econòmiques. Un dels objectius d'aquest segon article és determinar el possible impacte de les variables de tipus ‘business and consumer survey’ en les taxes de canvi. El tercer article d'aquesta tesi té els mateixos objectius que el segon, però amb l'excepció que l'anàlisi abasta les taxes de canvi de set països. El quart article de la tesi compta amb els mateixos objectius que l'article anterior, però amb la diferència que fa ús d'un sol indicador tècnic. En general, l'enfocament d'aquesta tesi pretén examinar diferents alternatives per a millorar les prediccions del tipus de canvi a través de l'ús de màquines de suport vectorial. Una combinació de variables i la selecció dels paràmetres dels models predictius ajudaran a aconseguir aquest propòsit. / El propósito de esta tesis es examinar las aportaciones al estudio de la predicción de la tasa de cambio basada en el uso de técnicas de aprendizaje automático. Dichas aportaciones se ven facilitadas y mejoradas por el uso de variables económicas, indicadores técnicos y variables de tipo ‘business and consumer survey’. Esta investigación está organizada en un compendio de cuatro artículos. El objetivo de cada uno de los cuatro trabajos de investigación de esta tesis es el de contribuir al avance del conocimiento sobre los efectos y mecanismos mediante los cuales el uso de variables económicas, indicadores técnicos, variables de tipo ‘business and consumer survey’, y la selección de los parámetros de modelos predictivos son capaces de mejorar las predicciones de la tasa de cambio. Haciendo uso de una técnica de predicción no lineal, el primer artículo de esta tesis se centra mayoritariamente en el impacto que tienen el uso de variables económicas y la selección de los parámetros de los modelos en las predicciones de la tasa de cambio para dos países. El último experimento de este primer artículo hace uso de la tasa de cambio del periodo anterior y de indicadores económicos como variables de entrada en los modelos predictivos. El segundo artículo de esta tesis analiza cómo la combinación de medias móviles, variables de tipo ‘business and consumer survey’ y la selección de los parámetros de los modelos mejoran las predicciones del cambio para dos países. A diferencia del primer artículo, este segundo trabajo de investigación añade medias móviles y variables de tipo ‘business and consumer survey’ como variables de entrada en los modelos predictivos, y descarta el uso de variables económicas. Uno de los objetivos de este segundo artículo es determinar el posible impacto de las variables de tipo ‘business and consumer survey’ en las tasas de cambio. El tercer artículo de esta tesis tiene los mismos objetivos que el segundo, pero con la salvedad de que el análisis abarca las tasas de cambio de siete países. El cuarto artículo de esta tesis cuenta con los mismos objetivos que el artículo anterior, pero con la diferencia de que hace uso de un solo indicador técnico. En general, el enfoque de esta tesis pretende examinar diferentes alternativas para mejorar las predicciones del tipo de cambio a través del uso de máquinas de soporte vectorial. Una combinación de variables y la selección de los parámetros de los modelos predictivos ayudarán a conseguir este propósito. / The purpose of this thesis is to examine the contribution made by machine learning techniques on exchange rate forecasting. Such contributions are facilitated and enhanced by the use of fundamental economic variables, technical indicators and business and consumer survey variables as inputs in the forecasting models selected. This research has been organized in a compendium of four articles. The aim of each of these four articles is to contribute to advance our knowledge on the effects and means by which the use of fundamental economic variables, technical indicators, business and consumer surveys, and a model’s free-parameters selection is capable of improving exchange rate predictions. Through the use of a non-linear forecasting technique, one research paper examines the effect of fundamental economic variables and a model’s parameters selection on exchange rate forecasts, whereas the other three articles concentrate on the effect of technical indicators, a model’s parameters selection and business and consumer surveys variables on exchange rate forecasting. The first paper of this thesis has the objective of examining fundamental economic variables and a forecasting model’s parameters in an effort to understand the possible advantages or disadvantages these variables may bring to the exchange rate predictions in terms of forecasting performance and accuracy. The second paper of this thesis analyses how the combination of moving averages, business and consumer surveys and a forecasting model’s parameters improves exchange rate predictions. Compared to the first paper, this second paper adds moving averages and business and consumer surveys variables as inputs to the forecasting model, and disregards the use of fundamental economic variables. One of the goals of this paper is to determine the possible effects of business and consumer surveys on exchange rates. The third paper of this thesis has the same objectives as the second paper, but its analysis is expanded by taking into account the exchange rates of 7 countries. The fourth paper in this thesis takes a similar approach as the second and third papers, but makes use of a single technical indicator. In general, this thesis focuses on the improvement of exchange rate predictions through the use of support vector machines. A combination of variables and a model’s parameters selection enhances the way to achieve this purpose.