No description available.

El presente trabajo es una contribución al estudio de la estabilidad de un convertidor reductor de dos celdas utilizando diferentes estrategias de control. En el capítulo 1 se hace una introducción general de la electrónica de potencia y sus diferentes aplicaciones en el manejo eficiente de la energía eléctrica. A continuación se nombran las topologías típicas de los convertidores conmutados DC/DC, y sus principales estrategias de modulación. En el capítulo 2 se hace un estudio general de los convertidores multicelulares, explicando porque son útiles para aplicaciones de alta tensión. Seguidamente se muestran las diferentes topologías que se pueden desarrollar. En el capítulo 3 se exponen tres formas de modelar un convertidor, empezando por el modelo natural que es el modelo conmutado, desde el cual se deduce el modelo promediado que es el más utilizado para diseños en tiempo continúo. Seguidamente, se expone el modelo discreto obtenido desde una sección de Poincaré del modelo conmutado. Por último se presenta el modelo en fasores dinámicos del convertidor. Al final de este capítulo se comparan las formas de onda en transitorio y en estado estacionario que proporcionan cada uno de los modelos. En el capítulo 4 se hace un estudio del convertidor con el modelo promediado y el discreto en lazo cerrado para los controladores Proporcional (P) y Proporcional Integral (PI). Se hace un estudio analítico de cada uno de los modelos definiendo el espacio de parámetros estable. En el capítulo 5 se utiliza sólo el modelo discreto del convertidor reductor de dos celdas y se proponen dos algoritmos de control con el fin de estabilizar el sistema para ampliar el rango de parámetros estable. El control TDFC permite ampliar el espacio de parámetros estable pero tiene un error de estado estacionario. El GTDFC también permite estabilizar un rango de parámetros, y tiene la ventaja de tener un error de estado estacionario nulo. En ambos casos se hace un estudio analítico con su respectivo espacio de parámetros estable. En el capítulo 6 se presentan las conclusiones y los trabajos futuros. Finalmente, en el apéndice A se da una descripción de la implementación de un convertidor reductor de dos celdas. prototype of a DC-DC two-cell buck converter. / This work is a contribution to the study of the stability of a DC-DC two-cell buck converter using different control strategies. Chapter 1 provides a general introduction to power electronics and its different applications in the efficient management of electrical energy. Then, some typical topologies of DC-DC switched converters and their main modulation strategies are presented. Chapter 2 gives an overview of multi-cell converters, explaining why they are useful for high voltage applications. Below, the different kind of topologies of multi-cell converters that can be developed are shown. Chapter 3 presents three ways of modeling a DC-DC switched-mode two-cell converter, starting with the natural switched model from which the widely used averaged model is derived. Next, we discuss the discrete-time model obtained from the Poincaré section technique. Finally the dynamic phasor model of the converter is presented. At the end of this chapter a comparison, among the waveforms of the system obtained from each model in transient and in steady state, is carried out. Chapter 4 presents a study of the converter using the averaged model and the discrete-time mode under proportional (P) and Proportional Integral (PI) controllers. An analytical study of the system using each model is carried out defining the stable region in the parameter space. Chapter 5 uses only the discrete-time model of a two-cell buck converter and proposes two control algorithms able to stabilize the system and to expand the range of working parameters with a stable behavior. These algorithms are: TDFC control that can extend the parameter space but has a stable steady-state error and the GTDFC which also can stabilize the system over a wide range of parameter space, and has the advantage of obtaining a zero steady state error. In both cases, an analytical study is performed determining the stable region in the parameter space. Chapter 6 presents some concluding remarks and future works. Finally, an Appendix is added at the final of the document to present an implemented prototype of a DC-DC two-cell buck converter.

This work presents different proposals to deal with common problems in robot visual servoing based on the application of discontinuous control methods. The feasibility and effectiveness of the proposed approaches are substantiated by simulation results and real experiments using a 6R industrial manipulator. The main contributions are: - Geometric invariance using sliding mode control (Chapter 3): the defined higher-order invariance is used by the proposed approaches to tackle problems in visual servoing. Proofs of invariance condition are presented. - Fulfillment of constraints in visual servoing (Chapter 4): the proposal uses sliding mode methods to satisfy mechanical and visual constraints in visual servoing, while a secondary task is considered to properly track the target object. The main advantages of the proposed approach are: low computational cost, robustness and fully utilization of the allowed space for the constraints. - Robust auto tool change for industrial robots using visual servoing (Chapter 4): visual servoing and the proposed method for constraints fulfillment are applied to an automated solution for tool changing in industrial robots. The robustness of the proposed method is due to the control law of the visual servoing, which uses the information acquired by the vision system to close a feedback control loop. Furthermore, sliding mode control is simultaneously used in a prioritized level to satisfy the aforementioned constraints. Thus, the global control accurately places the tool in the warehouse, but satisfying the robot constraints. - Sliding mode controller for reference tracking (Chapter 5): an approach based on sliding mode control is proposed for reference tracking in robot visual servoing using industrial robot manipulators. The novelty of the proposal is the introduction of a sliding mode controller that uses a high-order discontinuous control signal, i.e., joint accelerations or joint jerks, in order to obtain a smoother behavior and ensure the robot system stability, which is demonstrated with a theoretical proof. - PWM and PFM for visual servoing in fully decoupled approaches (Chapter 6): discontinuous control based on pulse width and pulse frequency modulation is proposed for fully decoupled position based visual servoing approaches, in order to get the same convergence time for camera translation and rotation. Moreover, other results obtained in visual servoing applications are also described. / Este trabajo presenta diferentes propuestas para tratar problemas habituales en el control de robots por realimentación visual, basadas en la aplicación de métodos de control discontinuos. La viabilidad y eficacia de las propuestas se fundamenta con resultados en simulación y con experimentos reales utilizando un robot manipulador industrial 6R. Las principales contribuciones son: - Invariancia geométrica utilizando control en modo deslizante (Capítulo 3): la invariancia de alto orden definida aquí es utilizada después por los métodos propuestos, para tratar problemas en control por realimentación visual. Se apuertan pruebas teóricas de la condición de invariancia. - Cumplimiento de restricciones en control por realimentación visual (Capítulo 4): esta propuesta utiliza métodos de control en modo deslizante para satisfacer restricciones mecánicas y visuales en control por realimentación visual, mientras una tarea secundaria se encarga del seguimiento del objeto. Las principales ventajas de la propuesta son: bajo coste computacional, robustez y plena utilización del espacio disponible para las restricciones. - Cambio de herramienta robusto para un robot industrial mediante control por realimentación visual (Capítulo 4): el control por realimentación visual y el método propuesto para el cumplimiento de las restricciones se aplican a una solución automatizada para el cambio de herramienta en robots industriales. La robustez de la propuesta radica en el uso del control por realimentación visual, que utiliza información del sistema de visión para cerrar el lazo de control. Además, el control en modo deslizante se utiliza simultáneamente en un nivel de prioridad superior para satisfacer las restricciones. Así pues, el control es capaz de dejar la herramienta en el intercambiador de herramientas de forma precisa, a la par que satisface las restricciones del robot. - Controlador en modo deslizante para seguimiento de referencia (Capítulo 5): se propone un enfoque basado en el control en modo deslizante para seguimiento de referencia en robots manipuladores industriales controlados por realimentación visual. La novedad de la propuesta radica en la introducción de un controlador en modo deslizante que utiliza la señal de control discontinua de alto orden, i.e. aceleraciones o jerks de las articulaciones, para obtener un comportamiento más suave y asegurar la estabilidad del sistema robótico, lo que se demuestra con una prueba teórica. - Control por realimentación visual mediante PWM y PFM en métodos completamente desacoplados (Capítulo 6): se propone un control discontinuo basado en modulación del ancho y frecuencia del pulso para métodos completamente desacoplados de control por realimentación visual basados en posición, con el objetivo de conseguir el mismo tiempo de convergencia para los movimientos de rotación y traslación de la cámara . Además, se presentan también otros resultados obtenidos en aplicaciones de control por realimentación visual. / Aquest treball presenta diferents propostes per a tractar problemes habituals en el control de robots per realimentació visual, basades en l'aplicació de mètodes de control discontinus. La viabilitat i eficàcia de les propostes es fonamenta amb resultats en simulació i amb experiments reals utilitzant un robot manipulador industrial 6R. Les principals contribucions són: - Invariància geomètrica utilitzant control en mode lliscant (Capítol 3): la invariància d'alt ordre definida ací és utilitzada després pels mètodes proposats, per a tractar problemes en control per realimentació visual. S'aporten proves teòriques de la condició d'invariància. - Compliment de restriccions en control per realimentació visual (Capítol 4): aquesta proposta utilitza mètodes de control en mode lliscant per a satisfer restriccions mecàniques i visuals en control per realimentació visual, mentre una tasca secundària s'encarrega del seguiment de l'objecte. Els principals avantatges de la proposta són: baix cost computacional, robustesa i plena utilització de l'espai disponible per a les restriccions. - Canvi de ferramenta robust per a un robot industrial mitjançant control per realimentació visual (Capítol 4): el control per realimentació visual i el mètode proposat per al compliment de les restriccions s'apliquen a una solució automatitzada per al canvi de ferramenta en robots industrials. La robustesa de la proposta radica en l'ús del control per realimentació visual, que utilitza informació del sistema de visió per a tancar el llaç de control. A més, el control en mode lliscant s'utilitza simultàniament en un nivell de prioritat superior per a satisfer les restriccions. Així doncs, el control és capaç de deixar la ferramenta en l'intercanviador de ferramentes de forma precisa, a la vegada que satisfà les restriccions del robot. - Controlador en mode lliscant per a seguiment de referència (Capítol 5): es proposa un enfocament basat en el control en mode lliscant per a seguiment de referència en robots manipuladors industrials controlats per realimentació visual. La novetat de la proposta radica en la introducció d'un controlador en mode lliscant que utilitza senyal de control discontínua d'alt ordre, i.e. acceleracions o jerks de les articulacions, per a obtindre un comportament més suau i assegurar l'estabilitat del sistema robòtic, la qual cosa es demostra amb una prova teòrica. - Control per realimentació visual mitjançant PWM i PFM en mètodes completament desacoblats (Capítol 6): es proposa un control discontinu basat en modulació de l'ample i la freqüència del pols per a mètodes completament desacoblats de control per realimentació visual basats en posició, amb l'objectiu d'aconseguir el mateix temps de convergència per als moviments de rotació i translació de la càmera. A més, es presenten també altres resultats obtinguts en aplicacions de control per realimentació visual. / Muñoz Benavent, P. (2017). Robot Visual Servoing Using Discontinuous Control [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/90430

The essential idea of this thesis is to present a sufficiently general technique for the synthesis of control laws based on the passivity property. The fundamental ideal is properly exploit the exact tracking error dynamics in the feedback of the passive output. The proposed controllers are able of solving the tracking problem and hence the relative stabilization at constant values (regulation). The technique is approached from both, theoretical and practical point of view perspective so that the results are complementary. This approach allows to demonstrate its validity, reliability and applicability in the field of power electronics and the development of power converters. For this purpose there are various chapters on the contributions and results that were achieved with the use of technology and implementation of power converter circuits. The first chapter presents a general representation model for power converters, which is used to introduce the general technique called Exact Tracking Error Dynamics Passive Output Feedback, ETEDPOF. It is demostrate that the synthesized control law makes the system globally asymptotically stable, provided that certain conditions of matching. The particular case of the Boost converter is the studied controller is synthesized and used in the analysis of stability and its physical implementation. When we implementing the theoretical results in the laboratory find a significant difference in behavior of the controlled system with simulation results. This merits a special study of modeling that we presented in the second chapter. In the second chapter the objective is to reduce the resulting error in the implementation of the laboratory prototype using the control law proposed in the first chapter. This introduces an equivalent model for converters, under the premises that should be simple, efficient and aplicable. This is accomplished through the inclusion of losses as heat by the Joule effect, getting a new model called Joule Equivalent Model (JEM). Controller is synthesized with the new model, the converter is implemented and the results analyzed. It is shown that the control law in combination with the equivalent model can reduce the error between simulated and measured results, during either the transisent respond or and the steady state. We obtain sufficiently accurate results without need to introduce robustness. The third chapter attacts the problem of robustness. First the behavior of the converter when it is pertubed with load variations, is studied. It is demostrated that in close loop and in a span of load, the converter is globally stable and bounded. Also shows the behavior, qualitatively, of the trajectories to changes in the load, represented by means of phase diagrams (atlas). Second, it introduces an integrator of error output and stability is studied through an extended system, being able to demonstrate that there is an operating range where the system is locally stable. Finally, using a parametric identification technique, with which it does detect load variations and reconfigure the control law. In the fourth chapter the tracking issue is considered taking. Advantage of the general technique, trajectories are planned that achieve a balance to balance transfers for the Boost converter and made sinusoidal trajectories tracking with Boost-Boost topology with float load. Including synthesis of controllers, stability analysis, simulations and implementations in laboratory prototypes. Lloc / La idea esencial de este trabajo es la presentación de una técnica suficientemente general para la síntesis de leyes de control basada en la propiedad de pasividad. La base fundamental consiste en explotar adecuadamente la dinámica exacta del error de seguimiento en la realimentación de la salida pasiva. Los controladores propuestos son capaces de resolver el problema de seguimiento de trayectorias y, por ende, los relativos a la estabilización a valores constantes (regulación). La técnica es abordada desde el punto de vista teórico y práctico de manera que los resultados se complementen; esto permite demostrar su validez, confiabilidad y aplicabilidad en el campo de la electrónica de potencia y en el desarrollo de convertidores de potencia. Con esta finalidad se presentan diversos capítulos que versan sobre las aportaciones y resultados que fueron logrados con la utilización de la técnica y la implementación de circuitos convertidores de potencia. El primer capítulo plantea un modelo de representación general para los convertidores de potencia, el cual es utilizado para introducir la técnica general denominada Realimentación de la Salida Pasiva de la Dinámica Exacta del Error de Seguimiento, denominada ETEDPOF por sus siglas en ingles. Se demuestra que la ley de control sintetizada hace al sistema asintóticamente globalmente estable, siempre que se cumpla cierta condición de acoplamiento. Se estudia el caso particular del convertidor Boost; para ello se sintetiza el controlador y se realiza el análisis de estabilidad y su implementación física. En el momento de implementar los resultados teóricos en el laboratorio se encuentra una diferencia significativa del comportamiento del sistema controlado con los resultados de simulación. Esto amerita un estudio especial de modelado que se presenta en el segundo capítulo. En el segundo capítulo el objetivo es lograr una manera de reducir el error resultante en la implementación del prototipo de laboratorio del convertidor bajo la ley de control propuesta en el primer capítulo. Para ello se introduce un modelo equivalente para convertidores, bajo las premisas de que debe ser sencillo, eficiente y aplicable. Esto se consigue a través de la inclusión de las pérdidas en forma de calor por el efecto Joule, obteniendo un nuevo modelo que denominamos Modelo Equivalente Joule (MEJ). Se sintetiza el controlador con el nuevo modelo, se implementa el convertidor y se analizan los resultados. Se demuestra que la ley de control en combinación con el modelo equivalente permiten reducir el error entre los resultados simulados y los medidos, tanto en el transitorio producido en los estados de sistema como en el valor estacionario. Se logra así, sin necesidad de introducir conceptos de robustez, resultados suficientemente precisos. El tercer capítulo aborda el problema de robustez. En primer lugar se estudia el comportamiento del convertidor ante el supuesto de variaciones de la carga y se logra demostrar que el convertidor, en lazo cerrado, dentro de un rango de la carga, es globalmente estable y acotado en todo el rango de variaciones de la carga. Además se muestran los comportamientos, en forma cualitativa, de las trayectorias ante las variaciones de la carga; representándolas por medio de diagramas de fases (atlas). En segundo lugar se introduce un integrador del error de la salida y se estudia la estabilidad a través de un sistema extendido; pudiéndose demostrar que existe un rango de operación donde el sistema es localmente estable. Finalmente, se utiliza una técnica de identificación paramétrica, con la que se hace detección de cambios de la carga del sistema y se reconfigura la ley de control. En el cuarto capítulo se resuelve el problema de seguimiento. Aprovechando que la técnica general fue estructurada con esta finalidad, se planifican trayectorias que logran transferencias de equilibrio a equilibrio para el convertidor Boost y se realiza seguimiento de trayectorias senoidales con un convertidor de topología Boost-Boost con la carga flotante. Incluyendo síntesis de los controladores, análisis de estabilidad, simulaciones e implementaciones en los prototipos de laboratorio. Lloc i

No description available.

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] Mucha gente en el mundo se ve afectada por la pérdida de una extremidad (las predicciones estiman que en 2050 habrá más de 3 millones de personas afectadas únicamente en los Estados Unidos de América). A pesar de la continua mejora en las técnicas de amputación y la prostética, vivir sin una extremidad sigue limitando las actividades de los afectados en su vida diaria, provocando una disminución en su calidad de vida. En este trabajo nos centramos en los casos de amputaciones de extremidades superiores, entendiendo por ello la pérdida de cualquier parte del brazo o antebrazo. Esta tesis trata sobre el control mioeléctrico (potenciales eléctricos superficiales generados por la contracción de los músculos) de prótesis de extremidades superiores. Los estudios en este campo han crecido exponencialmente en las últimas décadas intentando reducir el hueco entre la parte investigadora más dinámica y propensa a los cambios e innovación (por ejemplo, usando técnicas como la inteligencia artificial) y la industria prostética, con una gran inercia y poco propensa a introducir cambios en sus controladores y dispositivos. El principal objetivo de esta tesis es desarrollar un nuevo controlador implementable basado en filtros adaptativos que supere los principales problemas del estado del arte. Desde el punto de vista teórico, podríamos considerar dos contribuciones principales. Primero, proponemos un nuevo sistema para modelar la relación entre los patrones de la señales mioélectricas y los movimientos deseados; este nuevo modelo tiene en cuenta a la hora de estimar la posición actual el valor de los estados pasados generando una nueva sinergia entre máquina y ser humano. En segundo lugar, introducimos un nuevo paradigma de entrenamiento más eficiente y personalizado autónomamente, el cual puede aplicarse no sólo a nuestro nuevo controlador, sino a otros regresores disponibles en la literatura. Como consecuencia de este nuevo protocolo, la estructura humano-máquina difiere con respecto del actual estado del arte en dos características: el proceso de aprendizaje del controlador y la estrategia para la generación de las señales de entrada. Como consecuencia directa de todo esto, el diseño de la fase experimental resulta mucho más complejo que con los controladores tradicionales. La dependencia de la posición actual de la prótesis con respecto a estados pasados fuerza a la realización de todos los experimentos de validación del nuevo controlador en tiempo real, algo costoso en recursos tanto humanos como de tiempo. Por lo tanto, una gran parte de esta tesis está dedicada al trabajo de campo necesario para validar el nuevo modelo y estrategia de entrenamiento. Como el objetivo final es proveer un nuevo controlador implementable, la última parte de la tesis está destinada a testear los métodos propuestos en casos reales, tanto en entornos simulados para validar su robustez ante rutinas diarias, como su uso en dispositivos prostéticos comerciales. Como conclusión, este trabajo propone un nuevo paradigma de control mioélectrico para prótesis que puede ser implementado en una prótesis real. Una vez se ha demostrado la viabilidad del sistema, la tesis propone futuras líneas de investigación, mostrando algunos resultados iniciales. / [CA] Molta gent en el món es veu afectada per la pèrdua d'una extremitat (les prediccions estimen que en 2050 hi haurà més de 3 milions de persones afectades únicament als Estats Units d'Amèrica). Malgrat la contínua millora en les tècniques d'amputació i la prostètica, viure sense una extremitat continua limitant les activitats dels afectats en la seua vida diària, provocant una disminució en la seua qualitat de vida. En aquest treball ens centrem en els casos d'amputacions d'extremitats superiors, entenent per això la pèrdua de qualsevol part del braç o avantbraç. Aquesta tesi tracta sobre el control mioelèctric (potencials elèctrics superficials generats per la contracció dels músculs) de pròtesis d'extremitats superiors. Els estudis en aquest camp han crescut exponencialment en les últimes dècades intentant reduir el buit entre la part investigadora més dinàmica i propensa als canvis i innovació (per exemple, usant tècniques com la intel·ligència artificial) i la indústria prostètica, amb una gran inèrcia i poc propensa a introduir canvis en els seus controladors i dispositius. Aquesta tesi contribueix a la investigació des de diversos punts de vista. El principal objectiu és desenvolupar un nou controlador basat en filtres adaptatius que supere els principals problemes de l'estat de l'art. Des del punt de vista teòric, podríem considerar dues contribucions principals. Primer, proposem un nou sistema per a modelar la relació entre els patrons de la senyals mioelèctrics i els moviments desitjats; aquest nou model té en compte a l'hora d'estimar la posició actual el valor dels estats passats generant una nova sinergia entre màquina i ésser humà. En segon lloc, introduïm un nou paradigma d'entrenament més eficient i personalitzat autònomament, el qual pot aplicar-se no sols al nostre nou controlador, sinó a uns altres regresors disponibles en la literatura. Com a conseqüència d'aquest nou protocol, l'estructura humà-màquina difereix respecte a l'actual estat de l'art en dues característiques: el procés d'aprenentatge del controlador i l'estratègia per a la generació dels senyals d'entrada. Com a conseqüència directa de tot això, el disseny de la fase experimental resulta molt més complex que amb els controladors tradicionals. La dependència de la posició actual de la pròtesi respecte a estats passats força a la realització de tots els experiments de validació del nou controlador en temps real, una cosa costosa en recursos tant humans com de temps. Per tant, una gran part d'aquesta tesi està dedicada al treball de camp necessari per a validar el nou model i estratègia d'entrenament. Com l'objectiu final és proveir un nou controlador implementable, l'última part de la tesi està destinada a testar els mètodes proposats en casos reals, tant en entorns simulats per a validar la seua robustesa davant rutines diàries, com el seu ús en dispositius prostètics comercials. Com a conclusió, aquest treball proposa un nou paradigma de control mioelèctric per a pròtesi que pot ser implementat en una pròtesi real. Una vegada s'ha demostrat la viabilitat del sistema, la tesi proposa futures línies d'investigació, mostrant alguns resultats inicials. / [EN] Many people in the world suffer from the loss of a limb (predictions estimate more than 3 million people by 2050 only in the USA). In spite of the continuous improvement in the amputation rehabilitation and prosthetic restoration, living without a limb keeps limiting the daily life activities leading to a lower quality of life. In this work, we focus in the upper limb amputation case, i.e., the removal of any part of the arm or forearm. This thesis is about upper limb prosthesis control using electromyographic signals (the superficial electric potentials generated during muscle contractions). Studies in this field have grown exponentially in the past decades trying to reduce the gap between a fast growing prosthetic research field, with the introduction of machine learning, and a slower prosthetic industry and limited manufacturing innovation. This thesis contributes to the field from different perspectives. The main goal is to provide and implementable new controller based on adaptive filtering that overcomes the most common state of the art concerns. From the theoretical point of view, there are two main contributions. First, we propose a new system to model the relationship between electromyographic signals and the desired prosthesis movements; this new model takes into account previous states for the estimation of the current position generating a new human-machine synergy. Second, we introduce a new and more efficient autonomously personalized training paradigm, which can benefit not only to our new proposed controller but also other state of the art regressors. As a consequence of this new protocol, the human-machine structure differs with respect to current state of the art in two features: the controller learning process and the input signal generation strategy. As a direct aftereffect of all of this, the experimental phase design results more complex than with traditional controllers. The current state dependency on past states forces the experimentation to be in real time, a very high demanding task in human and time resources. Therefore, a major part of this thesis is the associated fieldwork needed to validate the new model and training strategy. Since the final goal is to provide an implementable new controller, the last part of the thesis is devoted to test the proposed methods in real cases, not only analyzing the robustness and reliability of the controller in real life situations but in real prosthetic devices. As a conclusion, this work provides a new paradigm for the myoelectric prosthetic control that can be implemented in a real device. Once the thesis has proven the system's viability, future work should continue with the development of a physical device where all these ideas are deployed and used by final patients in a daily basis. / The work of Carles Igual Bañó to carry out this research and elaborate this dissertation has been supported by the Ministerio de Educación, Cultura y Deporte under the FPU Grant FPU15/02870. One visiting research fellowships (EST18/00544) was also funded by the Ministerio de Educación, Cultura y Deporte of Spain. / Igual Bañó, C. (2021). Co-adaptive myoelectric control for upper limb prostheses [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/168192

The birth of the knowledge and information society has been made possible mainly by the development of the optical fiber communications. The optical fiber characteristics, as a very low loss and very high capacity transmission medium, have let to meet until recent dates the increasing demand of data transmission by using simple communications systems from the point of view of signal theory. The overall aim of this thesis consists in applying more advanced signal transmission techniques to several scenarios of optical fiber communications to increase their potential capabilities. The studied scenarios share a common feature consisting in that the light propagates under multimodal condition. Moreover, numerical simulations have been employed when evaluating the proposals in this dissertation, to study a greater range of fiber conditions and thus, more general conclusions can be obtained. Firstly, it has been studied the ability of Orthogonal Frequency-Division Multiplexing (OFDM) to compensate the modal dispersion in MMF links at 1550 nm. It has been shown how the classical scheme with cyclic prefix (CP-OFDM) has deficient performance in detecting the received signal when channel conditions generate strong frequency selectivity. To overcome this limitation, it has been proposed as a novelty the use of zero padding OFDM (ZP-OFDM), which can make use of several receiving schemes. Furthermore, it has been proposed for the first time a low-complexity combined receiver scheme (OLA+V-BLAST). Secondly, equalization techniques for amplitude modulated signals have been used to improve the reception in intensity-modulated and direct-detected (IM/DD) optical systems over standard single-mode fiber (SSMF) at 850nm, by using Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers (VCSEL's) as optical source. The simulation results over a numerical model constructed from experimental measures, which includes a statistical distribution of fiber misalignment due to optical connectors, allow to assert that the bidirectional DFE schemes (BiDFE) fit properly to this scenario, increasing noticeably the maximum reach achieved by the optical links. Finally, Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) processing has been applied in systems with Mode-Division Multiplexing (MDM) over SSMF at 850~nm. This is the first time that these structures have been applied for the reception of MDM signals in this framework with bimodal propagation. By means of numerical simulations, the DFE-based MIMO receivers have been evaluated in their ability to compensate the mutual interference between the transmitted signals, which is generated in both the elements that carry out the multiplexation/demultiplexation (MUX/DEMUX) and the optical connectors in the SSMF installation. The results obtained show the good performance of the proposed MIMO receivers: the MIMO-DFE BiDFE with Linear Combining (MIMO LC-BiDFE), and the Fully Connected with Ordered Succesive Interference Cancellation MIMO-DFE (MIMO-DFE FC-OSIC). / El nacimiento de la sociedad de la información y el conocimiento ha sido posible en buena medida gracias al desarrollo de las comunicaciones sobre fibra óptica. Las características de la fibra, como medio de transmisión de muy bajas pérdidas y elevada capacidad, han permitido hasta fechas recientes cubrir la demanda siempre creciente en la transmisión de datos por medio de sistemas de comunicación sencillos desde el punto de vista de la teoría de la señal en comunicaciones. El enfoque de esta tesis consiste en aplicar técnicas de transmisión de señal más avanzadas en varios escenarios de comunicaciones sobre fibra con el fin de aumentar las capacidades potenciales de los mismos. Además, los escenarios estudiados en este trabajo comparten una característica común que consiste en que la transmisión de la luz en la fibra se produce en condiciones de propagación multimodal. Además, a la hora de evaluar las distintas propuestas, se han empleado simulaciones numéricas con el fin de estudiar la mayor gama de condiciones posibles que la fibra puede experimentar y obtener así unas conclusiones más generales. En primer lugar, se ha estudiado la capacidad de multiplexación por división en frecuencia ortogonal (OFDM) de compensar la dispersión modal en enlaces de fibra multimodo (MMF) a 1550 nm. Se ha mostrado cómo la implementación clásica con prefijo cíclico (CP-OFDM) tiene un pobre rendimiento en cuanto a la detección de las señales recibidas en condiciones de fuerte selectividad frecuencial del canal. Para superar esta limitación, se ha propuesto de manera novedosa la utilización del esquema OFDM con postfijo de ceros (ZP-OFDM). Además, se ha propuesto por primera vez un esquema de recepción ZP-OFDM combinado (OLA+V-BLAST) de baja complejidad. En segundo lugar, se han utilizado técnicas de igualación para mejorar la recepción en sistemas ópticos con modulación de intensidad y detección directa (IM/DD) sobre fibra monomodo estándar (SSMF) a la longitud de onda de 850 nm, utilizando láseres de cavidad vertical y emisión superficial (VCSEL) como fuentes ópticas. Los resultados de las simulaciones sobre un modelo numérico construido a partir de medidas experimentales, incluyendo una distribución estadística de la desalineación entre fibras debido a conectores ópticos, permiten afirmar que los esquemas de igualación DFE bidireccionales se ajustan adecuadamente a este escenario, permitiendo aumentar de forma notable el alcance máximo de los enlaces. Finalmente, se ha aplicado el procesado de señal de entrada múltiple y salida múltiple (MIMO) en un sistema con multiplexación por división modal (MDM) sobre SSMF a 850 nm. Esta es la primera vez que se aplican estas estructuras para la recepción de señales con MDM en este escenario de propagación bimodal. Por medio de simulaciones numéricas, los distintos receptores propuestos, basados en el esquema de igualación DFE, han sido evaluados en su capacidad de compensar la interferencia entre las distintas señales transmitidas, debida a los elementos que permiten la multiplexación/de-multiplexación (MUX/DEMUX) y a los conectores que pueda incluir el enlace de SSMF con alta dispersión modal. Los resultados obtenidos muestran el buen rendimiento de los dos esquemas MIMO propuestos: el esquema BiDFE con combinación lineal (MIMO LC-BiDFE), y el esquema MIMO-DFE con cancelación sucesiva de interferencia ordenada (MIMO-DFE FC-OSIC). / El naixement de la societat de la informació i el coneixement ha sigut possible, en bona mesura, gràcies al desenvolupament de les comunicacions sobre fibra òptica. Les característiques de la fibra, com a mitjà de transmissió de molt baixes pèrdues i alta capacitat, han permès fins a dates recents cobrir la demanda sempre creixent en la transmissió de dades per mitjà de sistemes de comunicació senzills des del punt de vista de la teoria del senyal en comunicacions. L'enfocament d'aquesta tesi consisteix en aplicar tècniques de transmissió més avançades en diversos escenaris en les comunicacions sobre fibra amb el propòsit d'augmentar les capacitats potencials dels mateixos. Els escenaris estudiats comparteixen una característica comuna que consisteix que la transmissió de la llum a la fibra es produeix en condicions de propagació multimodal. A l'hora d'avaluar les distintes propostes, s'hi han emprat simulacions numèriques per tal d'estudiar la major gamma de condicions possibles que la fibra puga experimentar i obtenir així unes conclusions més generals. En primer lloc, s'ha estudiat la capacitat de la multiplexació per divisió en freqüència ortogonal (OFDM) de compensar la dispersió modal en enllaços de MMF a 1550 nm. S'hi ha mostrat com la implementació clàssica amb prefix cíclic (CP-OFDM) té un rendiment pobre en quant a la detecció dels senyals rebuts en condicions de forta selectivitat freqüencial del canal. Per superar aquesta limitació, s'hi ha proposat de manera innovadora la utilització de l'esquema OFDM amb postfix de ceros (ZP-OFDM). Amés, s'hi ha proposat per primera vegada una esquema de recepció combinat (OLA+V~-BLAST) de baixa complexitat. En segon lloc, s'han utilitzat tècniques d'igualació de senyals modulades en amplitud per millorar la recepció en sistemes òptics amb modulació d'intensitat i detecció directa (IM/DD) sobre fibra monomode estàndard (SSMF) a la longitud d'ona de 850 nm emprant làsers de cavitat superficial i emissió vertical (VCSEL) com a fonts òptiques. Els resultats de les simulacions sobre un model numèric construït a partir de mesures experimentals, incloent hi una distribució estadística del desalineament entre fibres deguda a connectors òptics, han permès afirmar que els esquemes d'igualació DFE bidireccionals (BiDFE) s'ajusten de manera adequada en aquest escenari, permetent augmentar de forma notable l'abast màxim dels enllaços. Finalment, s'hi ha aplicat el processat d'entrada múltiple i eixida múltiple (MIMO) en un sistema amb multiplexació per divisió modal (MDM) sobre SSMF a 850 nm. Aquesta és la primera vegada que s'apliquen aquestes estructures per a la recepció de senyals amb MDM en aquest escenari de propagació bimodal. Per mitjà de simulacions numèriques, els distints receptors proposats, basats en l'esquema de igualació DFE, han sigut avaluats en la seua capacitat de compensar la interferència entre els distints senyals transmesos, deguda als elements de multiplexació/de-multiplexació (MUX/DEMUX) i als connectors que pot incloure l'enllaç de SSMF amb alta dispersió modal. Els resultats obtinguts mostren el bon rendiment dels dos esquemes MIMO proposats: l'esquema BiDFE amb combinació lineal (MIMO LC-BiDFE), i l'esquema MIMO-DFE amb cancel·lació successiva d'interferència ordenada (MIMO-DFE FC-OSIC). / Medina Sevila, P. (2017). Técnicas de transmisión sobre fibra óptica con dispersión modal [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/90414