Uso de Herramientas de Simulación Electrónica como Apoyo Docente en Electrónica de Potencia

El objetivo de este trabajo es el mostrar cómo las herramientas de simulación electrónica pueden apoyar didácticamente al profesor en la enseñanza de asignaturas relacionadas con la electrónica de potencia. Se va a presentar un ejemplo guiado de uso de este tipo de herramientas en para el diseño del circuito de control de un convertidor CC/CC para una aplicación de alimentación dual en el entorno del automóvil. Para diseñar el circuito de control es necesario determinar en primer lugar la respuesta en frecuencia del convertidor. Se va a hacer uso del programa Simplorer con la biblioteca SMPS Library como herramienta de simulación para este ejemplo. Existen modelos en dicha biblioteca que permiten obtener la respuesta en frecuencia del circuito de forma directa. Este artículo explica los pasos que deben seguirse para diseñar el circuito de control de un convertidor Buck multi-fase usando tanto modelos promediados como modelos conmutados.

PV self-consumption optimization with storage and Active DSM for the residential sector

With the rising prices of the retail electricity and the decreasing cost of the PV technology, grid parity with commercial electricity will soon become a reality in Europe. This fact, together with less attractive PV feed-in-tariffs in the near future and incentives to promote self-consumption suggest, that new operation modes for the PV Distributed Generation should be explored; differently from the traditional approach which is only based on maximizing the exported electricity to the grid. The smart metering is experiencing a growth in Europe and the United States but the possibilities of its use are still uncertain, in our system we propose their use to manage the storage and to allow the user to know their electrical power and energy balances. The ADSM has many benefits studied previously but also it has important challenges, in this paper we can observe and ADSM implementation example where we propose a solution to these challenges. In this paper we study the effects of the Active Demand-Side Management (ADSM) and storage systems in the amount of consumed local electrical energy. It has been developed on a prototype of a self-sufficient solar house called “MagicBox” equipped with grid connection, PV generation, lead–acid batteries, controllable appliances and smart metering. We carried out simulations for long-time experiments (yearly studies) and real measures for short and mid-time experiments (daily and weekly studies). Results show the relationship between the electricity flows and the storage capacity, which is not linear and becomes an important design criterion.

On-board and Ground Visual Pose Estimation Techniques for UAV Control

In this paper, two techniques to control UAVs (Unmanned Aerial Vehicles), based on visual information are presented. The first one is based on the detection and tracking of planar structures from an on-board camera, while the second one is based on the detection and 3D reconstruction of the position of the UAV based on an external camera system. Both strategies are tested with a VTOL (Vertical take-off and landing) UAV, and results show good behavior of the visual systems (precision in the estimation and frame rate) when estimating the helicopter¿s position and using the extracted information to control the UAV.

Dynamique des structures. Vulnérabilité aux bâtiments. Construction parasismique

La leçon s'addresse à la comprehension du comportement des bâtiments soumis à l'accéleration séismique, et présente une introduction au comportement dynamique de oscillateurs (un ou plusieurs dégrés de liberté), du comportément hystérétique des structures (selon modes de dissipation) et aux paramètres séismiques relevants à la conception parasismique, notamment aux spectres de réponse et de démande, et sa relation avec la capacité de la structure (courbe de capacité) où on peut identifier les niveaux de dommage -ou les critères de performance- pour des intensités séismique prévues au projet. Elle considère aussi les méthodes de définition et détermination de la vulnérabilité, façe aux séismes, des différentes typologies constructives, avec l'inclusion finale des typologies pour les sistèmes de contreventement et recomandations visées à éviter aux mêmes la concentration de dommage d'origine séismique. Lecture's goal focuses in the understanding of the behaviour of buildings under seismic excitation. It presents an introduction of dynamics (single or multiple degrees of freedom oscillators) and the hysteretic behaviour of ductile structures, introducing the seismic parameters relevant to the structural design, mostly in the context of response and demand spectra and their relations with capacity curves of structures. On the capacity curve obtained in pushover analysis, points representing the design objectives in terms of performance levels can be identified and related with seismic demand. Lecture deals also with methods on vulnerability analysis for building construction typologies and the behaviour (and related recommendations) of seismic resistant structural typologies, having the distribution of dissipative energy and damage in mind.

Évaluation de l’aléa et du risque sismique en Haïti dirigée vers la conception parasismique

Après le séisme qui eut lieu en Haïti le 12 janvier 2010, dont l’épicentre a été localisé non loin de la capitale, Port-au-Prince (25 km en direction sud-est), d’une magnitude Mw 7.0 et à une profondeur de 13 km, le pays s’est retrouvé dans une situation catastrophique et d’extrême pauvreté, avec des graves carences en matière de santé, nutrition, éducation et logement. Les effets du tremblement de terre ont été dévastateurs pour la population : on compte plus de 300.000 morts, presque autant de blessés et 1,3 millions de sans-abri logès dans des campements « provisoires ». Quant aux conséquences matérielles, le séisme a totalement détruit près de 100.000 maisons et endommagé près de 200.000 (source : USGS). Ce tremblement de terre a été le plus fort enregistré dans la zone depuis 1770. De plus le séisme fut perceptible dans des pays voisins comme Cuba, la Jamaïque et la République Dominicaine, où il a provoqué l’alarme et des évacuations préventives. La reconstruction du pays reste un sujet prioritaire pour la coopération internationale. Le présent projet, SISMO-HAITÍ, a été développé dans le but d’apporter la connaissance et l’information nécessaires afin de faciliter la prise de mesures préventives face au risque sismique existant, afin d’éviter qu’un éventuel futur séisme ne déclenche une nouvelle catastrophe. Dans le cas d’Haïti, aucune institution n’était chargée d’assurer une surveillance sismique, mais un contact direct a été établi avec l’Observatoire National de l’Environnement et de la Vulnérabilité (ONEV) en Haïti à travers son directeur Dwinel Belizaire Ing. M. Sc., qui est précisément celui qui a sollicité l’aide qui a motivé la présente proposition. Le but ultime de ce projet est l’étude des mesures d’atténuation du risque élevé qui demeure, contribuant ainsi au développement durable de la région. Dans cette optique, la menace sismique en Haïti a été évaluée, constituant la base sur laquelle on prétend élaborer des critères de conception parasismique pour la reconstruction du pays qui pourront être inclus dans la première version de la norme antisismique, ainsi que le risque sismique à Port-au-Prince, dont les résultats serviront de base pour élaborer les plans d’urgence face à ce risque naturel. Les objectifs spécifiques atteints sont : • Évaluation de l'aléa sismique en Haïti. On en obtient des cartes de différents paramètres de mouvement pour différentes probabilités de dépassement (ce qui suppose connaître la probabilité associée aux mouvements dus à des tremblements futurs). • Évaluation de l'effet local à Port-au-Prince et élaboration d'une carte de microzonage de la ville. • Étude de la vulnérabilité sismique locale à Port-au-Prince. • Estimation du risque sismique à Port-au-Prince. • Mesures d'atténuation du risque et de conception parasismique. Ce rapport résume les activités et les résultats obtenus a cours de l'année 2011 lors de la mise en œuvre de ce projet. Le groupe de travail est une équipe multidisciplinaire composée de chercheurs de différents établissements universitaires et de recherche (Université Polytechnique de Madrid-UPM-, Conseil Supérieur de la Recherche Scientifique (CSIC) ; U. Complutense de Madrid-UCM-, U-UA-Alicante, Almeria-UAL-U., U. Autonome de Saint-Domingue, UASD et Université de Porto Rico Mayagüez--UPRM) experts dans les diverses matières impliquées dans le projet: géologie, sismologie, génie parasismique, architecture et gestion de l'information géographique. Tous les membres de cette équipe ont travaillé ensemble tout au long de l'année, en réalisant des réunions, des ateliers de travail, des vidéoconférences, en plus d'une visite à Port-au-Prince en Juillet 2011 afin de procéder à la première collecte de données.

Evaluación de la peligrosidad y el riesgo sísmico en Haití y aplicación al diseño sismorresistente

Tras el terremoto ocurrido en Haití el 12 de enero de 2010, con un epicentro próximo a la capital, Puerto Príncipe (25 km), de magnitud Mw 7,0 y profundidad de 13 km, el país ha quedado en una situación catastrófica y de extrema pobreza, con necesidades básicas de salud, nutrición, educación y habitabilidad. Los efectos del terremoto han sido devastadores en la población, con más de 300.000 personas que han perdido la vida, otras tantas que han resultado heridas y 1,3 millones de personas que han quedado sin hogar y viviendo en campamentos. En cuanto a los efectos materiales, el sismo ha dejado cerca de 100.000 residencias totalmente destruidas y casi 200.000 dañadas fuertemente (fuente: USGS). Este terremoto ha sido el más fuerte registrado en la zona desde el acontecido en 1770. Además, el sismo fue perceptible en países cercanos como Cuba, Jamaica y República Dominicana, donde provocó temor y evacuaciones preventivas. La reconstrucción del país es un tema prioritario en el marco de la cooperación internacional y el presente proyecto, SISMO-HAITÍ, se ha desarrollado con el fin de aportar conocimiento e información para facilitar la toma de medidas preventivas ante el riesgo sísmico existente, tratando de evitar que un terremoto futuro en el país produzca una catástrofe como el recientemente vivido. En el caso de Haití, no existía ninguna institución responsable del monitoreo sísmico, pero se ha establecido contacto directo con el Observatorio Nacional de Medio Ambiente y Vulnerabilidad de Haití (ONEV) a través de su director Dwinel Belizaire Ing. M. Sc. Director, que es precisamente quien ha solicitado la ayuda que ha motivado la presente propuesta. El fin último de este proyecto es el estudio de acciones de mitigación del elevado riesgo existente, contribuyendo al desarrollo sostenible de la región. Para ello, se ha evaluado la amenaza sísmica en Haití, en base a la cual se pretenden establecer criterios de diseño sismorresistente para la reconstrucción del país, que se podrán recoger en la primera normativa antisísmica, así como el riesgo sísmico en Puerto Príncipe, cuyos resultados servirán de base para elaborar los planes de emergencia ante este riesgo natural. Los objetivos específicos alcanzados son: • Evaluación de amenaza sísmica en Haití, resultando mapas de distintos parámetros de movimiento para diferentes probabilidades de excedencia (lo que supone conocer la probabilidad asociada a movimientos por futuros terremotos). • Evaluación del efecto local en Puerto Príncipe y elaboración de un mapa de microzonación de la ciudad. • Estudio de vulnerabilidad sísmica a escala local en Puerto Príncipe • Estimación del riesgo sísmico en Puerto Príncipe • Medidas de mitigación del riesgo y de diseño sismorresistente En este informe se resumen las actividades desarrolladas y los resultados obtenidos a lo largo del año 2011 durante la ejecución del presente proyecto. El grupo de trabajo es un equipo multidisciplinar, compuesto por investigadores de diferentes universidades (Universidad Politécnica de Madrid- UPM-, U. Complutense de Madrid -UCM-, U. Alicante -UA-, U. Almería -UAL-, U. Autónoma de Santo Domingo -UASD- y U. de Mayagüez de Puerto Rico -UPRM-) que cubren todas las ramas involucradas en la ejecución del proyecto: geología, sismología, ingeniería sísmica, arquitectura y gestión de geoinformación. Todos los miembros de este equipo han trabajado conjuntamente durante todo el año, manteniendo reuniones, jornadas de trabajo y videoconferencias, además de realizar una visita a Puerto Príncipe en julio de 2011 para llevar a cabo la primera toma de datos.

On the practical uselessness of structural designs derived from some theoretical optimal solutions

A recent study by Pichugin et al. recall the Hemp’s solution for uniform load of 1974, showing that if allowable tensile and compressive stresses are unequal then the Hemp’s arch is optimal provided the ratio of stresses falls within a certain interval. This work is undoubtedly an important pass forward to find an optimal solution for the mathematical problem stated by Hemp. Furthermore, the Authors suggest that their optimal solutions are potentially reasonable from a practical perspective for materials with more allowable compressive stress than tensile one, as this kind of materials used to be not too much expensive. In this paper we profoundly analyse the solutions of the Authors from this practical perspective finding that the original Hemp’s solution —albeit sub-optimal for the mathematical problem— leads to real designs that are more efficient than the theoretic optimal solutions of the Authors.We show that the reasons for this shocking fact has to do with the class of problems considered by Hemp and the Authors.

Estudio de la funcionalización de secciones eficaces nodales en multigrupos para cálculos 3D neutrónicos-termohidráulicos para núcleos PWR

El objetivo del proyecto ha sido desarrollar una funcionalización de las secciones eficaces nodales en multigrupos para códigos tridimensionales de núcleos de agua a presión. Se ha estudiado la dependencia de las secciones eficaces con las condiciones locales de operación: temperatura del combustible, temperatura del moderador, densidad del moderador y concentración de boro. Y se ha desarrollado un modelo que permite determinar las secciones eficaces en función de dichas variables operacionales. De esta forma, pueden reproducirse en el cálculo nodal 3D valores precisos de las secciones eficaces para la resolución de la ecuación de difusión en multigrupos. Se consigue así evitar el uso de ingentes librerías de secciones eficaces pregeneradas para todas las posibles combinaciones de condiciones de operación. Este estudio se ha realizado a nivel de elemento combustible, analizando las diferencias y similitudes con la funcionalización requerida a nivel de celda, estudiándose igualmente condensaciones en distintos números de grupos de energía para obtener una librería de tamaño óptimo. Las actividades desarrolladas han sido: i) utilización de un código de transporte determinista para obtener secciones eficaces homogeneizadas a nivel de elemento; ii) desarrollo de un procedimiento para la generación de todos los parámetros al cambiar las condiciones de operación y análisis de la variación de las secciones eficaces al cambiar dichas condiciones, estudiando los posibles efectos cruzados; iii) una vez finalizado el estudio de la funcionalización de los parámetros con las variables locales, se ha valorado esta librería mediante cálculos con el código de difusión 3D COBAYA3.

El proyecto cubista: de Le Corbusier a Stirling :estudio del proceso de creación de la arquitectura

A Le Corbusier le hubiera gustado que le recordaran también como pintor. Igual que su compatriota E. L. Boullée, devoto como él de las formas más puras de la geometría, hubiera escrito gustoso, bajo el título de cualquiera de sus libros de Arquitectura, aquella frase: “Yo también soy pintor”. Para él, como para el ilustrado, la Arquitectura comparte una dimensión artística con la Pintura (y con la Escultura, la Música, la Poesía...etc.) que se pone de manifiesto en el proceso creativo y que está encaminada a emocionar al espectador que participa y se involucra en la obra. Arquitectura y Pintura se convierten de este modo en caminos diferentes para llegar a los mismos objetivos. Esta Tesis trata sobre el proceso de creación en la arquitectura de Le Corbusier y de cómo en él se producen continuas incursiones en el mundo de la pintura cubista. Asumiendo que es un tema sobre el que ya se ha escrito mucho ( las bibliografías de Le Corbusier y de Picasso son sin duda las más numerosas entre los artistas de sus respectivos campos) creemos que es posible ofrecer una nueva visión sobre los mecanismos que, tanto el arquitecto como el pintor, utilizaban en su trabajo. Lo que buscamos es desvelar un modo de creación, común entre ambas disciplinas, basado en el análisis de ciertos componentes artísticos capaces de ser ensamblados en composiciones sintéticas siempre nuevas, que inviten al espectador a participar del hecho creativo en una continua actividad cognoscitiva. El proyecto cubista, tanto para Le Corbusier como para Picasso, se alcanza al final de un largo camino como resultado de un profundo estudio de la realidad (en la Arquitectura, social, cultural y económica, y en la Pintura la realidad cotidiana), en el que el motivo, ya sea objeto, espacio ó luz, intenta ser “conocido” en su totalidad a través del filtro personal del artista. Es por lo tanto, algo a lo que se llega, y cuyo resultado, a priori, es desconocido. En cualquier caso, forma parte de una investigación, de un proceso continuo que intencionadamente supera la circunstancia concreta de cada ocasión. Es la coincidencia en los procesos de proyecto lo que unificará arquitecturas en principio tan dispares como la Capilla de Ronchamp, el Tribunal de Justicia de Chandigarh, o el Hospital de Venecia, y son esos procesos los que aquí, a través de varias obras concretas vamos a intentar desvelar. Es cierto que el proyecto presentado al concurso del Palacio de los Soviets de Moscú es un ejercicio brillante de Constructivismo, pero este resultado no se anunciaba al principio. Si analizamos el proceso de proyecto encontramos que inicialmente la propuesta no era muy diferente a la del Centorsoyuz, o incluso a la de la Cité de Refuge o a la del Pavillon Suisse de París. La solución final sólo se alcanzaría después de mover muchísimas veces, las piezas preseleccionadas en el solar. Cuando entendemos el Convento de la Tourette como una versión actualizada del monasterio dominico tradicional estamos haciendo una lectura parcial y engañosa de la idea de proyecto del arquitecto. En los croquis previos del archivo de la Fondation Le Corbusier encontramos otra vez las mismas ideas que en la vieja Cité de Refuge, ahora actualizadas y adaptadas al nuevo fin. Con la Asamblea de Chandigarh las similitudes son obvias e incluso aparece el mismo cubo al que se superpone una pirámide como techo, avanzando hacia el espacio central pero aquí aparece un gran hiperboloide en un interior cerrado. Este hiperboloide fue en el inicio del proyecto un cubo, y después un cilindro. Sólo al final encontró su forma óptima en un volumen de geometría reglada que en su idoneidad podría también valer para otros edificios, por ejemplo para una Iglesia. La comparación que se ha hecho de este volumen con las torres de refrigeración de Ahmedabad es puramente anecdótica pues, como veremos, esta forma se alcanza desde la lógica proyectual que sigue el pensamiento plástico de Le Corbusier, en este caso, en la adaptación del espacio cilíndrico a la luz, pero no como inspiración en las preexistencias. En todas sus obras los mecanismos que se despliegan son, en muchas ocasiones pictóricos (fragmentación analítica del objeto y del espacio, ensamblaje multidimensional, tramas subyacentes de soporte, escenografía intencionada ...etc.) y el programa en cada caso, como el motivo de los cubistas, no es más que una ocasión más para investigar una nueva forma de hacer y de entender, la Arquitectura. Cualquier proyecto del pintor-arquitecto cubista es en realidad un trabajo continuo desarrollado a lo largo de toda su vida, en el que se utilizan, una y otra vez, las mismas palabras de su vocabulario particular y personal. aunque con diferente protagonismo en cada ocasión. Se trata de alcanzar, desde ellas mismas, una perfección que las valide universalmente. Los mismos objetos, los mismos mecanismos, las mismas constantes manipulaciones del espacio y de la luz, se desplegarán, como ingredientes previos con los que trabajar, sobre el tablero de dibujo coincidiendo con el inicio de cada proyecto, para desde aquí hacer que el motivo que se trata de construir emerja, aunque a veces sea de manera incierta e inesperada, como resultado alcanzado al final. Con muchas dudas, a partir de la primera hipótesis planteada, se confirma, se añade o se elimina cada elemento según van apareciendo en el tiempo los condicionantes del solar, del programa o incluso a veces de obsesiones propias del arquitecto. El trabajo que presentamos utiliza un método inductivo que va desde los ejemplos hasta los conceptos. Empezaremos por investigar el proceso de proyecto en una obra concreta y con los mecanismos que en él se utilizan plantearemos una síntesis que los generalice y nos permitan extenderlos al entendimiento de la totalidad de su obra. Se trata en realidad de un método que en sí mismo es cubista: desde la fragmentación del objeto-proyecto procedemos a su análisis desde diversos puntos de vista, para alcanzar después su recomposición en una nueva estructura sintética. Cada mecanismo se analiza de forma independiente siguiendo un cierto orden que correspondería, supuestamente, al trabajo del arquitecto: manipulación del objeto, método compositivo, entendimiento del soporte (lienzo o espacio) y de su geometría implícita, relación con el observador, concepto y materialidad del espacio y de la luz ..etc. recurriendo a la teoría sólo en la medida en que necesitemos de ella para aclarar el exacto sentido con el que son utilizados. En nuestra incursión en el mundo de la pintura, hemos decidido acotar el Cubismo a lo que fue en realidad su periodo heroico y original, que discurrió entre 1907 y 1914, periodo en el que desarrollado casi exclusivamente por los que habían sido sus creadores, Picasso y Braque. Solo en alguna ocasión entraremos en la pintura del “tercer cubista”, Juan Gris para entender el tránsito de los mecanismos de los primeros hasta la pintura purista, pero no es nuestra intención desviar las cuestiones planteadas de un ámbito puramente arquitectónico Resulta difícil hablar del cubismo de Pablo Picasso sin hacerlo comparativamente con el de Georges Braque (para algunos especialistas es éste incluso el auténtico creador de la Vanguardia), siendo necesario enfrentar los mecanismos de ambos pintores para obtener un exacto entendimiento de lo que supuso la Vanguardia. Por eso nos parece interesante estudiar la obra de Le Corbusier en paralelo con la de otro arquitecto de tal manera que los conceptos aparezcan como polaridades entre las que situar los posibles estados intermedios. En este sentido hemos recurrido a James Stirling. Su deuda es clara con Le Corbusier, y sobre todo con el Cubismo, y como vamos a ver, los mecanismos que utiliza en su obra, siendo similares, difieren significativamente. La Tesis adquiere un sentido comparativo y aparecen así atractivas comparaciones Picasso-Le Corbusier, Braque-Stirling que se suman a las ya establecidas Picasso-Braque y Le Corbusier-Stirling. Desde ellas podemos entender mejor lo que supone trabajar con mecanismos cubistas en Arquitectura. Por último, en relación a los dibujos creados expresamente para esta Tesis, hemos de indicar que las manipulaciones que se han hecho de los originales les convierten en elementos analíticos añadidos que aclaran determinadas ideas expresadas en los croquis de sus autores. Algunos están basados en croquis del archivo de la Fondation Le Corbusier (se indican con el número del plano) y otros se han hecho nuevos para explicar gráficamente determinadas ideas. Se completa la parte gráfica con las fotografías de las obras pictóricas, los planos originales e imágenes de los edificios construidos, extraídos de los documentos de la bibliografía citada al final. Nos disponemos pues, a indagar en las obras del Cubismo, en una búsqueda de los mecanismos con los que hacía su arquitectura Le Corbusier.

SISMO-HAÏTI: Projet de coopération pour le calcul de l´aléa et le risque sismique en Haïti

La presentación contiene un resumen de los resultados del proyecto SISMO-HAITI. Se trata de un proyecto de cooperación financiado por la Universidad Politécnica de Madrid (UPM), y llevado a cabo por un grupo de Universidades españolas, La Universidad de Kanagawa (Japón),los institutos sismológicos de República Dominicana y Puerto Rico y el Observatorio Nacional de Medioambiente y Vulnerabilidad de Haití. Fue coordinado por el Grupo de Investigación en Ingeniería Sísmica de la E.T.S.I. Topografía, Geodesia y Cartografía de la UPM. El objetivo del proyecto fue estimar la peligrosidad sísmica de la Isla de La Española de cara a la implementación del primer código sismorresistente de Haití, y la evaluación del riesgo sísmico en Puerto Príncipe (capital de Haití) como base para elaborar los planes de emergencias ante este riesgo.

Estudio de los robledales de Q. pedunculata Ehrh., Q. sessiliflora Salisb., zona de Asturias

El presente proyecto comprende el estudio de los montes siguientes: -" Monte de Pomar y San Félix de las Montañas" -" Monte de Fuentes de l a s Montañas" -“Monte de Monasterio de Goto" -" Monte de Vega de Orreo" -" Monte de Combo" -“Monte de Valde buoyes" -" Monte' de M u ñ i d l o s" -" Monte del Pueblo de Rengos" -“Montes de Larony La Viliella " -" Montes de Degaña y Cerredo" -" Monte de Monasterio de Hermo" de los cuales los diez primeros están poblados por roble y el ultimo por haya.

Novel Inductor‐less Conversion Strategy Based on Multiphase Transformer‐Coupled Converters: Analysis, Design and Applications

There are many the requirements that modern power converters should fulfill. Most of the applications where these converters are used, demand smaller converters with high efficiency, improved power density and a fast dynamic response. For instance, loads like microprocessors demand aggressive current steps with very high slew rates (100A/mus and higher); besides, during these load steps, the supply voltage of the microprocessor should be kept within tight limits in order to ensure its correct performance. The accomplishment of these requirements is not an easy task; complex solutions like advanced topologies - such as multiphase converters- as well as advanced control strategies are often needed. Besides, it is also necessary to operate the converter at high switching frequencies and to use capacitors with high capacitance and low ESR. Improving the dynamic response of power converters does not rely only on the control strategy but also the power topology should be suited to enable a fast dynamic response. Moreover, in later years, a fast dynamic response does not only mean accomplishing fast load steps but output voltage steps are gaining importance as well. At least, two applications that require fast voltage changes can be named: Low power microprocessors. In these devices, the voltage supply is changed according to the workload and the operating frequency of the microprocessor is changed at the same time. An important reduction in voltage dependent losses can be achieved with such changes. This technique is known as Dynamic Voltage Scaling (DVS). Another application where important energy savings can be achieved by means of changing the supply voltage are Radio Frequency Power Amplifiers. For example, RF architectures based on ‘Envelope Tracking’ and ‘Envelope Elimination and Restoration’ techniques can take advantage of voltage supply modulation and accomplish important energy savings in the power amplifier. However, in order to achieve these efficiency improvements, a power converter with high efficiency and high enough bandwidth (hundreds of kHz or even tens of MHz) is necessary in order to ensure an adequate supply voltage. The main objective of this Thesis is to improve the dynamic response of DC-DC converters from the point of view of the power topology. And the term dynamic response refers both to the load steps and the voltage steps; it is also interesting to modulate the output voltage of the converter with a specific bandwidth. In order to accomplish this, the question of what is it that limits the dynamic response of power converters should be answered. Analyzing this question leads to the conclusion that the dynamic response is limited by the power topology and specifically, by the filter inductance of the converter which is found in series between the input and the output of the converter. The series inductance is the one that determines the gain of the converter and provides the regulation capability. Although the energy stored in the filter inductance enables the regulation and the capability of filtering the output voltage, it imposes a limitation which is the concern of this Thesis. The series inductance stores energy and prevents the current from changing in a fast way, limiting the slew rate of the current through this inductor. Different solutions are proposed in the literature in order to reduce the limit imposed by the filter inductor. Many publications proposing new topologies and improvements to known topologies can be found in the literature. Also, complex control strategies are proposed with the objective of improving the dynamic response in power converters. In the proposed topologies, the energy stored in the series inductor is reduced; examples of these topologies are Multiphase converters, Buck converter operating at very high frequency or adding a low impedance path in parallel with the series inductance. Control techniques proposed in the literature, focus on adjusting the output voltage as fast as allowed by the power stage; examples of these control techniques are: hysteresis control, V 2 control, and minimum time control. In some of the proposed topologies, a reduction in the value of the series inductance is achieved and with this, the energy stored in this magnetic element is reduced; less stored energy means a faster dynamic response. However, in some cases (as in the high frequency Buck converter), the dynamic response is improved at the cost of worsening the efficiency. In this Thesis, a drastic solution is proposed: to completely eliminate the series inductance of the converter. This is a more radical solution when compared to those proposed in the literature. If the series inductance is eliminated, the regulation capability of the converter is limited which can make it difficult to use the topology in one-converter solutions; however, this topology is suitable for power architectures where the energy conversion is done by more than one converter. When the series inductor is eliminated from the converter, the current slew rate is no longer limited and it can be said that the dynamic response of the converter is independent from the switching frequency. This is the main advantage of eliminating the series inductor. The main objective, is to propose an energy conversion strategy that is done without series inductance. Without series inductance, no energy is stored between the input and the output of the converter and the dynamic response would be instantaneous if all the devices were ideal. If the energy transfer from the input to the output of the converter is done instantaneously when a load step occurs, conceptually it would not be necessary to store energy at the output of the converter (no output capacitor COUT would be needed) and if the input source is ideal, the input capacitor CIN would not be necessary. This last feature (no CIN with ideal VIN) is common to all power converters. However, when the concept is actually implemented, parasitic inductances such as leakage inductance of the transformer and the parasitic inductance of the PCB, cannot be avoided because they are inherent to the implementation of the converter. These parasitic elements do not affect significantly to the proposed concept. In this Thesis, it is proposed to operate the converter without series inductance in order to improve the dynamic response of the converter; however, on the other side, the continuous regulation capability of the converter is lost. It is said continuous because, as it will be explained throughout the Thesis, it is indeed possible to achieve discrete regulation; a converter without filter inductance and without energy stored in the magnetic element, is capable to achieve a limited number of output voltages. The changes between these output voltage levels are achieved in a fast way. The proposed energy conversion strategy is implemented by means of a multiphase converter where the coupling of the phases is done by discrete two-winding transformers instead of coupledinductors since transformers are, ideally, no energy storing elements. This idea is the main contribution of this Thesis. The feasibility of this energy conversion strategy is first analyzed and then verified by simulation and by the implementation of experimental prototypes. Once the strategy is proved valid, different options to implement the magnetic structure are analyzed. Three different discrete transformer arrangements are studied and implemented. A converter based on this energy conversion strategy would be designed with a different approach than the one used to design classic converters since an additional design degree of freedom is available. The switching frequency can be chosen according to the design specifications without penalizing the dynamic response or the efficiency. Low operating frequencies can be chosen in order to favor the efficiency; on the other hand, high operating frequencies (MHz) can be chosen in order to favor the size of the converter. For this reason, a particular design procedure is proposed for the ‘inductorless’ conversion strategy. Finally, applications where the features of the proposed conversion strategy (high efficiency with fast dynamic response) are advantageus, are proposed. For example, in two-stage power architectures where a high efficiency converter is needed as the first stage and there is a second stage that provides the fine regulation. Another example are RF power amplifiers where the voltage is modulated following an envelope reference in order to save power; in this application, a high efficiency converter, capable of achieving fast voltage steps is required. The main contributions of this Thesis are the following: The proposal of a conversion strategy that is done, ideally, without storing energy in the magnetic element. The validation and the implementation of the proposed energy conversion strategy. The study of different magnetic structures based on discrete transformers for the implementation of the proposed energy conversion strategy. To elaborate and validate a design procedure. To identify and validate applications for the proposed energy conversion strategy. It is important to remark that this work is done in collaboration with Intel. The particular features of the proposed conversion strategy enable the possibility of solving the problems related to microprocessor powering in a different way. For example, the high efficiency achieved with the proposed conversion strategy enables it as a good candidate to be used for power conditioning, as a first stage in a two-stage power architecture for powering microprocessors.

Soft-computing based visual control for unmanned vehicles

El objetivo principal de esta Tesis es extender la utilización del “Soft- Computing” para el control de vehículos sin piloto utilizando visión. Este trabajo va más allá de los típicos sistemas de control utilizados en entornos altamente controlados, demonstrando la fuerza y versatilidad de la lógica difusa (Fuzzy Logic) para controlar vehículos aéreos y terrestres en un abanico de applicaciones diferentes. Para esta Tesis se ha realizado un gran número de pruebas reales en las cuales los controladores difusos han manejado una plataforma visual “pan-and-tilt”, un helicoptero, un coche comercial y hasta dos tipos de quadrirotores. El uso del método de optimización “Cross-Entropy” ha sido utilizado para mejorar el comportamiento de algunos de los controladores borrosos. Todos los controladores difusos presentados en ésta Tesis han sido implementados utilizando un código desarrollado por el candidato para tal efecto, llamado MOFS (Miguel Olivares’ Fuzzy Software). Diferentes algoritmos visuales han sido utilizados para adquirir la informaci´on visual del entorno, “Cmashift”, descomposición de la homografía y detección de marcas de realidad aumentada, entre otros. Dicha información visual ha sido utilizada como entrada de los controladores difusos para comandar los vehículos en las diferentes applicaciones autonomas. El volante de un vehículo comercial ha sido controlado para realizar pruebas de conducción autónoma en condiciones de tráfico similares a las de una ciudad. El sistema ha llegado a completar con éxito pruebas de más de 6 km sin ninguna interacción humana, mediante el seguimiento de una línea pintada en el suelo. El limitado campo visual del sistema no ha sido impedimento para alcanzar velocidades de hasta 48 km/h y ser guiado autonomamente en curvas de radio reducido. Objetos estáticos y móviles han sido seguidos desde un helicoptero no tripulado, mediante el control de una plataforma visual “pan-and-tilt”. ´Éste mismo helicoptero ha sido controlado completamente para su aterrizaje autonomo, mediante el control del movimiento lateral (roll), horizontal (pitch) y de altitud. El seguimiento de objetos volantes ha sido resulto mediante el control horizontal (pitch) y de orientación (heading) de un quadrirotor. Para tareas de evitación de obstáculos se ha implementado un controlador difuso para el manejo de la orientación (heading) de un quadrirotor. En el campo de la optimización de controladores se ha aportado al estado del arte una extensión del uso del método “Cross-Entropy”. Está Tesis presenta una novedosa implementación de dicho método para la optimización de las ganancias, la posición y medida de los conjuntos de las funciones de pertenecia y el peso de las reglas para mejorar el comportamiento de un controlador difuso. Dichos procesos de optimización se han realizado utilizando “ROS” y “Matlab Simulink” para obtener mejores resultados para la evitación de colisiones con vehículos aéreos no tripulados. Ésta Tesis demuestra que los controladores implementados con lógica difusa son altamente capaces de controlador sistemas sin tener en cuenta el modelo del vehículo a controlador en entornos altamente perturbables con un sensor de bajo coste como es una cámara. El ruido presentes causado por los cambios de iluminación en la adquisición de imágenes y la alta incertidumbre en la detección visual han sido manejados satisfactoriamente por ésta técnica de de “Soft-Computing” para distintas aplicaciones tanto con vehículos aéreos como terrestres.

Refined second law of thermodynamics for fast random processes

We establish a refined version of the Second Law of Thermodynamics for Langevin stochastic processes describing mesoscopic systems driven by conservative or non-conservative forces and interacting with thermal noise. The refinement is based on the Monge-Kantorovich optimal mass transport and becomes relevant for processes far from quasi-stationary regime. General discussion is illustrated by numerical analysis of the optimal memory erasure protocol for a model for micron-size particle manipulated by optical tweezers.

Nonequlibrium particle and energy currents in quantum chains connected to mesoscopic Fermi reservoirs

We propose a model of nonequilibrium quantum transport of particles and energy in a system connected to mesoscopic Fermi reservoirs (mesoreservoir). The mesoreservoirs are in turn thermalized to prescribed temperatures and chemical potentials by a simple dissipative mechanism described by the Lindblad equation. As an example, we study transport in monoatomic and diatomic chains of noninteracting spinless fermions. We show numerically the breakdown of the Onsager reciprocity relation due to the dissipative terms of the model.