Modeling and control of electromechanical systems

The material presented in the these notes covers the sessions Modelling of electromechanical systems, Passive control theory I and Passive control theory II of the II EURON/GEOPLEX Summer School on Modelling and Control of Complex Dynamical Systems.We start with a general description of what an electromechanical system is from a network modelling point of view. Next, a general formulation in terms of PHDS is introduced, and some of the previous electromechanical systems are rewritten in this formalism. Power converters, which are variable structure systems (VSS), can also be given a PHDS form.We conclude the modelling part of these lectures with a rather complex example, showing the interconnection of subsystems from several domains, namely an arrangement to temporally store the surplus energy in a section of a metropolitan transportation system based on dc motor vehicles, using either arrays of supercapacitors or an electric poweredflywheel. The second part of the lectures addresses control of PHD systems. We first present the idea of control as power connection of a plant and a controller. Next we discuss how to circumvent this obstacle and present the basic ideas of Interconnection and Damping Assignment (IDA) passivity-based control of PHD systems.

Scale effect in hazard assessment - application to daily rainfall

Daily precipitation is recorded as the total amount of water collected by a rain-gauge in 24h. Events are modelled as a Poisson process and the 24h precipitation by a Generalized Pareto Distribution (GPD) of excesses. Hazard assessment is complete when estimates of the Poisson rate and the distribution parameters, together with a measure of their uncertainty, are obtained. The shape parameter of the GPD determines the support of the variable: Weibull domain of attraction (DA) corresponds to finite support variables, as should be for natural phenomena. However, Fréchet DA has been reported for daily precipitation, which implies an infinite support and a heavy-tailed distribution. We use the fact that a log-scale is better suited to the type of variable analyzed to overcome this inconsistency, thus showing that using the appropriate natural scale can be extremely important for proper hazard assessment. The approach is illustrated with precipitation data from the Eastern coast of the Iberian Peninsula affected by severe convective precipitation. The estimation is carried out by using Bayesian techniques

Analysis of sensitivity with respect to a compositional parameter : A comment on 'Local sensitivity analysis for compositional data with application to soil texture in hydrologic modelling' by L. Loosvelt and co-authors

A comment about the article “Local sensitivity analysis for compositional data with application to soil texture in hydrologic modelling” writen by L. Loosvelt and co-authors. The present comment is centered in three specific points. The first one is related to the fact that the authors avoid the use of ilr-coordinates. The second one refers to some generalization of sensitivity analysis when input parameters are compositional. The third tries to show that the role of the Dirichlet distribution in the sensitivity analysis is irrelevant

Técnicas composicionales para concentraciones geoquímicas por debajo del límite de detección

In most geochemical analyses log-ratio techniques are required to analyse compositional data sets. When a chemical element is present at a low concentration in is usally identified as a value below the detection límit and added to the data set either as zero or simply by attaching a less-than label. In any case, the occirrence of such concentration prevents us from applying the log-ratio approach. We review here the tehoretical bases of the most recent proposals for dealing with these types of observation, give some advice on their practical application and illustrate their performance throgh some examples using geochemical data

Comments on "On the relationship between fractal dimension and the performance of multi-resonant dipole antennas using Koch curves"

Comentaris referits a l'article següent: K. J. Vinoy, J. K. Abraham, and V. K. Varadan, “On the relationshipbetween fractal dimension and the performance of multi-resonant dipoleantennas using Koch curves,” IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 2003, vol. 51, p. 2296–2303.

Hybrid model of a double-fed induction machine and back-to-back converter

This report details the port interconnection of two subsystems: a power electronics subsystem (a back-to-back AC/AC converter (B2B), coupled to a phase of the power grid), and an electromechanical subsystem (a doubly-fed induction machine (DFIM), coupled mechanically to a flywheel and electrically to the power grid and to a local varying load). Both subsystems have been essentially described in previous reports (deliverables D 0.5 and D 4.3.1), although some previously unpublished details are presented here. The B2B is a variable structure system (VSS), due to the presence of control-actuated switches: however from a modelling and simulation, as well as a control-design, point of view, it is sensible to consider modulated transformers (MTF in the bond-graph language) instead of the pairs of complementary switches. The port-Hamiltonian models of both subsystems are presents and coupled through a power-preserving interconnection, and the Hamiltonian description of the whole system is obtained; detailed bond-graphs of all the subsystems and the complete system are provided.

Power supply noise and logic error probability

Voltage fluctuations caused by parasitic impedances in the power supply rails of modern ICs are a major concern in nowadays ICs. The voltage fluctuations are spread out to the diverse nodes of the internal sections causing two effects: a degradation of performances mainly impacting gate delays anda noisy contamination of the quiescent levels of the logic that drives the node. Both effects are presented together, in thispaper, showing than both are a cause of errors in modern and future digital circuits. The paper groups both error mechanismsand shows how the global error rate is related with the voltage deviation and the period of the clock of the digital system.

A non-extensive maximum entropy based regulations method for bad conditioned inverse problems

A regularization method based on the non-extensive maximum entropy principle is devised. Special emphasis is given to the q=1/2 case. We show that, when the residual principle is considered as constraint, the q=1/2 generalized distribution of Tsallis yields a regularized solution for bad-conditioned problems. The so devised regularized distribution is endowed with a component which corresponds to the well known regularized solution of Tikhonov (1977).

Frames: a maximum entropy statistical estimate of the inverse problem

A maximum entropy statistical treatment of an inverse problem concerning frame theory is presented. The problem arises from the fact that a frame is an overcomplete set of vectors that defines a mapping with no unique inverse. Although any vector in the concomitant space can be expressed as a linear combination of frame elements, the coefficients of the expansion are not unique. Frame theory guarantees the existence of a set of coefficients which is “optimal” in a minimum norm sense. We show here that these coefficients are also “optimal” from a maximum entropy viewpoint.

Règims d'humitat dels sòls: interès i problemàtica en l'aplicació als sòls de Catalunya

El règim d'humitat d'un sòl constitueix un condicionant pel seu us agrícola, paisatgístic o forestal. Aquest fet ha portat a voler considerar aquesta informació a l'hora de dominar un sòl, per tal que els usuaris de mapes de sòls es puguin situar immediatament en consultar la llegenda d'un mapa concret. La determinació del règim d'humitat dels sòls planteja seriosos problemes per manca de mesures referents a perfils hídrics al llarg de l'any, mesures gens habituals als observatoris meteorològics. En el present treball s'analitza el model de Newhall per estimar el règim d'humitat dels sòls, i es discuteixen les seves deficiències quan s'aplica a una zona amb règim de pluges de tipus mediterrani. Finalment, s'estableixen les bases per modificar l'esmentat model, que han servit per desenvolupar el model Newhall-Jarauta.

Dinámica erosiva y aplicabilidad de modelos físicos de erosión en una cuenca de montaña mediterránea (Ribera Salada, Cuenca del Segre, Lleida, España)

Se estudia la dinámica de erosión por escorrentía superficial en unas laderas montañosas de la cabecera de la Ribera Salada (cuenca del Sagre), distinguiendo tres usos de suelo: (1) sotobosque de quejigo, (2) terrazas agrícolas y (3) márgenes de matorral. Se analiza la aplicabilidad de los modelos Erosion2D y EUROSEM. En cuanto al diseño experimental, durante seis meses se controlaron episodios naturales mediante un pluviógrafo y quince parcelas con canales Gerlach. Se realizaron, asimismo, seis simulaciones de lluvia que permitieron estudiar episodios de alta intensidad. De manera complementaria se llevaron a cabo las mediciones topográficas, los muestreos y las experimentaciones necesarias para caracterizar hidrológicamente la zona y aplicar los modelos de erosión. Como principales conclusiones se pueden señalar las siguientes: a) las tasas de escorrentía y erosión registradas fueron muy bajas, y se constató la importancia de procesos diferentes al flujo hortoniano, lo cual condiciona el uso de estos modelos, b) el modelo E2D no permite estudiar episodios de baja magnitud como los registrados, y su aplicación se debería restringir a terrenos menos porosos, c) la aplicación directa del modelo EUROSEM origina errores importantes; se ha calibrado un parámetro para reducir el error en el cálculo de la escorrentía, y d) el estudio de la variabilidad de la humedad precedente del suelo resulta de gran importancia para la modelización de estos procesos.

Fórmulas estadísticas de resistencia al flujo para hidráulica fluvial

El empleo en hidráulica en lámina libre de las ecuaciones de resistencia al flujo de Gauckler-Manning o Darcy-Weisbach requiere la determinación de un coeficiente de resistencia; determinación que si bien es suficientemente precisa con un reducido esfuerzo y coste en cauces artificiales, resulta mucho más difícil y cara en ríos. Con objeto de eliminar la necesidad de una estimación independiente del coeficiente de resistencia se han desarrollado estadísticamente una serie de ecuaciones para flujo permanente y uniforme en ríos, en las que se prescinde de dicho coeficiente. El presente artículo pretende ser una revisión de las fórmulas de este último tipo más difundidas en la práctica de la hidráulica fluvial.

Influencia de la información territorial en la simulación hidrológica. Aplicación a la cuenca de Canalda (El Solsonés)

La modelización hidrológica de cuencas requiere datos del territorio para hacer una correcta parametrización del modelo. La escala de entrada (grado de generalización) de los datos influirá en los cálculos de la escorrentía superficial realizados en la simulación. HEC-1 es un modelo empírico de simulación hidrológica de cuencas de amplia difusión. En la actualidad, se encuentra disponible conjuntamente con el programa informático WMS (Watershed Modeling System), que dispone de diferentes herramientas que facilitan el procesamiento de los datos del territorio. El modelo HEC-1 se ha aplicado a la cuenca de Canalda de 66 km2 (El Solsonés, Lleida) para conocer la influencia de generalizar los parámetros de entrada (usos y tipos de suelos y división en subcuencas) en el cálculo de la escorrentía superficial. Para aplicar el modelo ha sido necesario hacer un reconocimiento y estudio de los suelos de la cuenca, con énfasis especial en las propiedades físicas, la distribución y extensión de los suelos, obteniendo el mapa de suelos de la cuenca a escala 1:50.000. El proceso de generalización de los datos de entrada se ha efectuado con la escala base 1:50.000, realizando otras simulaciones a las escalas 1:100.000 y 1:200.000. En las simulaciones practicadas se obseva que el grado de generalización de los datos de entrada tiene efecto en el hidrograma de salida de la cuenca; al generalizar los datos a las escalas mencionadas se aprecia un retardo en el hidrograma y una reducción de la aportación total y del caudal punta.

Is the matching function Cobb-Douglas?

[cat] Estudiem les propietats teòriques que una funció d.emparellament ha de satisfer per tal de representar un mercat laboral amb friccions dins d'un model d'equilibri general amb emparellament aleatori. Analitzem el cas Cobb-Douglas, CES i altres formes funcionals per a la funció d.emparellament. Els nostres resultats estableixen restriccions sobre els paràmetres d'aquests formes funcionals per assegurar que l.equilibri és interior. Aquestes restriccions aporten raons teòriques per escollir entre diverses formes funcionals i permeten dissenyar tests d'error d'especificació de model en els treballs empírics.

Is the matching function Cobb-Douglas?

[cat] Estudiem les propietats teòriques que una funció d.emparellament ha de satisfer per tal de representar un mercat laboral amb friccions dins d'un model d'equilibri general amb emparellament aleatori. Analitzem el cas Cobb-Douglas, CES i altres formes funcionals per a la funció d.emparellament. Els nostres resultats estableixen restriccions sobre els paràmetres d'aquests formes funcionals per assegurar que l.equilibri és interior. Aquestes restriccions aporten raons teòriques per escollir entre diverses formes funcionals i permeten dissenyar tests d'error d'especificació de model en els treballs empírics.