Generaci��n y Gesti��n Optimizadas de la Base de Datos de un Visual para su Implementaci��n en un Simulador de Formaci��n

Los Sistemas de Informaci��n Geogr��fica est��n desarrollados para gestionar grandes vol��menes de datos, y disponen de numerosas funcionalidades orientadas a la captura, almacenamiento, edici��n, organizaci��n, procesado, an��lisis, o a la representaci��n de informaci��n geogr��ficamente referenciada. Por otro lado, los simuladores industriales para entrenamiento en tareas de conducci��n son aplicaciones en tiempo real que necesitan de un entorno virtual, ya sea geoespec��fico, geogen��rico, o combinaci��n de ambos tipos, sobre el cual se ejecutar��n los programas propios de la simulaci��n. Este entorno, en ��ltima instancia, constituye un lugar geogr��fico, con sus caracter��sticas espec��ficas geom��tricas, de aspecto, funcionales, topol��gicas, etc. Al conjunto de elementos que permiten la creaci��n del entorno virtual de simulaci��n dentro del cual se puede mover el usuario del simulador se denomina habitualmente Base de Datos del Visual (BDV). La idea principal del trabajo que se desarrolla aborda un tema del m��ximo inter��s en el campo de los simuladores industriales de formaci��n, como es el problema que presenta el an��lisis, la estructuraci��n, y la descripci��n de los entornos virtuales a emplear en los grandes simuladores de conducci��n. En este art��culo se propone una metodolog��a de trabajo en la que se aprovechan las capacidades y ventajas de los Sistemas de Informaci��n Geogr��fica para organizar, optimizar y gestionar la base de datos visual del simulador, y para mejorar la calidad y el rendimiento del simulador en general. ABSTRACT Geographic Information Systems are developed to handle enormous volumes of data and are equipped with numerous functionalities intended to capture, store, edit, organise, process and analyse or represent the geographically referenced information. On the other hand, industrial simulators for driver training are real-time applications that require a virtual environment, either geospecific, geogeneric or a combination of the two, over which the simulation programs will be run. In the final instance, this environment constitutes a geographic location with its specific characteristics of geometry, appearance, functionality, topography, etc. The set of elements that enables the virtual simulation environment to be created and in which the simulator user can move, is usually called the Visual Database (VDB). The main idea behind the work being developed approaches a topic that is of major interest in the field of industrial training simulators, which is the problem of analysing, structuring and describing the virtual environments to be used in large driving simulators. This paper sets out a methodology that uses the capabilities and benefits of Geographic Information Systems for organising, optimising and managing the visual Database of the simulator and for generally enhancing the quality and performance of the simulator.

Optimizing three-phase planar transformer construction

A three-phase transformer with flat conductor layers is proposed in this article. This arrangement is used for high current density transformers. Cost effectiveness in planar magnetic are related with the optimization in the number of layers in each winding. This fact takes more relevance for the medium and high power three-phase transformers where the number of parallels to achieve the required DCR is increased. The proposed method allows the use of off-the-shell core shapes that are used for single phase transformers. Cost impact is significant and design implications become more flexible. The proposed solution has been validated and compared using the conventional and the proposed methodologies to design a high power (20 kW) transformer.

Estudio de redes WSN y su aplicaci��n a la ingenier��a civil

Las redes inal��mbricas est��n experimentando un gran crecimiento en el campo de la instrumentaci��n electr��nica. En concreto las redes de sensores inal��mbricas (WSN de Wireless Sensor Network) suponen la opci��n m��s ventajosa para su empleo en la instrumentaci��n electr��nica ya que sus principales caracter��sticas se acoplan perfectamente a las necesidades. Las WSN permiten la utilizaci��n de un n��mero relativamente alto de nodos, est��n orientadas a sistemas de bajo consumo y funcionamiento con bater��as y poseen un ancho de banda adecuado para las necesidades de la instrumentaci��n electr��nica. En este proyecto fin de carrera se ha realizado un estudio de las tecnolog��as inal��mbricas disponibles, se han comparado y se ha elegido la tecnolog��a ZigBeeTM por considerarse la m��s adecuada y la que m��s se ajusta a las necesidades descritas. En el desarrollo de mi vida profesional se han conectado dos campos te��ricamente distantes como son la instrumentaci��n electr��nica y la ingenier��a civil. En este proyecto se hace una descripci��n de la instrumentaci��n que se utiliza para controlar estructuras como presas, t��neles y puentes y se proponen casos pr��cticos en los que las redes WSN aportan valor a��adido a instrumentaci��n actual y a los sistemas de comunicaciones utilizados. Se definen tanto los sistemas de comunicaciones utilizados actualmente como una serie de sensores utilizados para medir los principales par��metros a controlar en una obra civil. Por ��ltimo se ha desarrollado una aplicaci��n de prueba de una red ZigBeeTM basada en equipos comerciales del fabricante Digi. consiste en una aplicaci��n desarrollada en entorno web que maneja de forma remota, a trav��s de Internet, las entradas y salidas digitales y anal��gicas de los nodos que forman la red. Se forma una red ZigBeeTM con un coordinador, un router y un dispositivo final. El Coordinador est�� integrado en un Gateway que permite acceder a la red ZigBeeTM a trav��s de internet y conocer el estado de los nodos que forman la red. Con los comandos adecuados se puede leer el estado de las entradas y salidas anal��gicas y digitales y cambiar el estado de una salida digital. ABSTRACT. Wireless networks are experiencing tremendous growth in the field of electronic instrumentation. In particular wireless sensor networks represent the most advantageous for use in electronic instrumentation since its main characteristics fit perfectly to the needs. The WSN allow the use of a relatively large number of nodes, are aimed at low-power systems and battery operation and have an adequate bandwidth for the needs of electronic instrumentation. In this project has made a study of available wireless technologies have been compared and chosen ZigBeeTM technology was considered the most appropriate to the needs described. In the course of my professional life have connected two fields are theoretically distant as electronic instrumentation and civil engineering. In this project, there is a description of the instrumentation used to control structures such as dams, tunnels and bridges and proposes practical cases in which WSN networks add value to current instrumentation and communications systems used. There are defined as communications systems now being used as a set of sensors used to measure the main parameters to be controlled in a civil structure. Finally, I have developed a test application based ZigBeeTM networking equipment maker Digi trading. It consists of a Web-based application developed to manage remotely, via the Internet, the digital and analog inputs and outputs nodes forming the network. ZigBeeTM It forms a network with a coordinator, router and end device. The Coordinator is built into a gateway that allows access to the ZigBeeTM network through internet and know the status of the nodes forming the network. With the appropriate command can read the status of the digital inputs and outputs and change the state of a digital output.

Electrodynamic Tethers For Planetary And De-orbiting Missions

Nuevas aplicaciones tecnol��gicas y cient��ficas mediante amarras electrodin��micas son analizadas para misiones planetarias. i) Primero, se considera un conjunto de amarras cil��ndricas en paralelo (veleros electrosolares) para una misi��n interplanetaria. Los iones provenientes del viento solar son repelidos por el alto potencial de dichas amarras generando empuje sobre el velero. Para conocer el intercambio de momento que provocan los iones sobre las amarras se ha considerado un modelo de potencial estacionario. Se ha analizado la transferencia orbital de la Tierra a J��piter siguiendo un m��todo de optimizaci��n de trayectoria indirecto. ii) Una vez que el velero se encuentra cerca de J��piter, se ha considerado el despliegue de una amarra para diferentes objetivos cient��ficos. iia) Una amarra podr��a ser utilizada para diagn��stico de plasmas, al ser una fuente efectiva de ondas, y tambi��n como un generador de auroras artificiales. Una amarra conductora que orbite en la magnetosfera jovial es capaz de producir ondas. Se han analizado las diferentes ondas radiadas por un conductor por el que circula una corriente constante que sigue una ��rbita polar de alta excentricidad y bajo apo��pside, como ocurre en la misi��n Juno de la NASA. iib) Adem��s, se ha estudiado una misi��n tentativa que sigue una ��rbita ecuatorial (LJO) por debajo de los intensos cinturones de radiaci��n. Ambas misiones requiren potencia el��ctrica para los sistemas de comunicaci��n e instrumentos cient��ficos. Las amarras pueden generar potencia de manera m��s eficiente que otros sistemas que utlizan paneles solares o sistemas de potencia de radiois��topos (RPS). La impedancia de radiaci��n es necesaria para determinar la corriente que circula por todo el circuito de la amarra. En un modelo de plasma fr��o, la radiaci��n ocurre principalmente en los modos de Alfven y magnetos��nica r��pida, mostrando un elevado ��ndice de refracci��n. Se ha estudiado la impedancia de radiaci��n en amarras con recubrimiento aislante para los dos modos de radiaci��n y cada una de las misiones. A diferencia del caso ionosf��rico terrestre, la baja densidad y el intenso campo magn��tico que aparecen en el entorno de J��piter consiguen que la girofrecuencia de los electrones sea mucho mayor que la frecuencia del plasma; esto hace que el espectro de potencia para cada modo se modifique substancialmente, aumentando la velocidad de Alfven. Se ha estimado tambi��n la impedancia de radiaci��n para amarras sin aislante conductor. En la misi��n LJO, un veh��culo espacial bajando lentamente la altitud de su ��rbita permitir��a estudiar la estructura del campo magn��tico y composici��n atmosf��rica para entender la formaci��n, evoluci��n, y estructura de J��piter. Adicionalmente, si el contactor (c��todo) se apaga, se dice que la amarra flota el��ctricamente, permitiendo emisi��n de haz de electrones que generan auroras. El continuo apagado y encendido produce pulsos de corriente dando lugar a emisiones de se��ales, que pueden ser utilizadas para diagn��stico del plasma jovial. En ��rbita Baja Jovial, los iones que impactan contra una amarra polarizada negativamente producen electrones secundarios, que, viajando helicoidalmente sobre las l��neas de campo magn��tico de J��piter, son capaces de alcanzar su atm��sfera m��s alta, y, de esta manera, generar auroras. Se han identificado cu��les son las regiones donde la amarra ser��a m��s eficiente para producir auroras. iic) Otra aplicaci��n cient��fica sugerida para la misi��n LJO es la detecci��n de granos cargados que orbitan cerca de J��piter. Los electrones de alta energ��a en este ambiente pueden ser modelados por una distribucci��n no Maxwelliana conocida como distribuci��n kappa. En escenarios con plasmas complejos, donde los campos el��ctricos en J��piter pueden acelerar las cargas hasta velocidades que superen la velocidad t��rmica, este tipo de distribuciones son muy ��tiles. En este caso las colas de las distribuciones de electrones siguen una ley de potencias. Se han estudiado las fluctuaciones de granos cargados para funciones de distribuci��n kappa. iii) La tesis concluye con el an��lisis para deorbitar sat��lites con amarras electrodin��micas que siguen una ��rbita Baja Terrestre (LEO). Una amarra debe presentar una baja probabilidad de corte por peque��o debris y adem��s debe ser suficientemente ligero para que el cociente entre la masa de la amarra y el sat��lite sea muy peque��o. En este trabajo se estiman las medidas de la longitud, anchura y espesor que debe tener una amarra para minimizar el producto de la probabilidad de corte por el cociente entre las masas de la amarra y el sat��lite. Se presentan resultados preliminares del dise��o de una amarra con forma de cinta para deorbitar sat��lites relativamente ligeros como Cryosat y pesados como Envisat. Las misiones espaciales a planetas exteriores y en el ��mbito terrestre plantean importantes retos cient��fico-tecnol��gicos que deben ser abordados y solucionados. Por ello, desde el inicio de la era espacial se han dise��ando novedosos m��todos propulsivos, sistemas de guiado, navegaci��n y control m��s robustos, y nuevos materiales para mejorar el rendimiento de los veh��culos espaciales (SC). En un gran n��mero de misiones interplanetarias y en todas las misiones a planetas exteriores se han empleado sistemas de radiois��topos (RPS) para generar potencia el��ctrica en los veh��culos espaciales y en los rovers de exploraci��n. Estos sistemas emplean como fuente de energ��a el escaso y costoso plutonio-238. La NASA, por medio de un informe de la National Academy of Science (5 de Mayo del 2009), expres�� una profunda preocupaci��n por la baja cantidad de plutonio almacenado, insuficiente para desarrollar todas las misiones de exploraci��n planetaria planeadas en el futuro [81, 91]. Esta circustancia ha llevado a dicha Agencia tomar la decisi��n de limitar el uso de estos sistemas RPS en algunas misiones de especial inter��s cient��fico y una recomendaci��n de alta prioridad para que el Congreso de los EEUU apruebe el reestablecimiento de la producci��n de plutonio-238, -son necesarios cerca de 5 kg de este material radiactivo al a��o-, para salvaguardar las misiones que requieran dichos sistemas de potencia a partir del a��o 2018. Por otro lado, la Agencia estadounidense ha estado considerando el uso de fuentes de energ��a alternativa; como la fisi��n nuclear a trav��s del ambicioso proyecto Prometheus, para llevar a cabo una misi��n de exploraci��n en el sistema jovial (JIMO). Finalmente, dicha misi��n fue desestimada por su elevado coste. Recientemente se han estado desarrollando sistemas que consigan energ��a a trav��s de los recursos naturales que nos aporta el Sol, mediante paneles solares -poco eficientes para misiones a planetas alejados de la luz solar-. En este contexto, la misi��n JUNO del programa Nuevas Fronteras de la NASA, cuyo lanzamiento fue realizado con ��xito en Agosto de 2011, va a ser la primera misi��n equipada con paneles solares que sobrevolar�� J��piter en el 2015 siguiendo una ��rbita polar. Anteriormente se hab��an empleado los antes mencionados RPS para las misiones Pioneer 10,11, Voyager 1,2, Ulysses, Cassini-Huygens y Galileo (todas sobrevuelos excepto Galileo). Dicha misi��n seguir�� una ��rbita el��ptica de alta excentricidad con un peri��pside muy cercano a J��piter, y apo��pside lejano, evitando que los intensos cinturones de radiaci��n puedan da��ar los instrumentos de navegaci��n y cient��ficos. Un tether o amarra electrodin��mica es capaz de operar como sistema propulsivo o generador de potencia, pero tambi��n puede ser considerado como soluci��n cient��ficotecnol��gica en misiones espaciales tanto en LEO (��rbita Baja Terrestre) como en planetas exteriores. Siguiendo una perspectiva hist��rica, durante las misiones terrestres TSS-1 (1992) y TSS-1R (1996) se emplearon amarras estandard con recubrimiento aislante en toda su longitud, aplicando como terminal an��dico pasivo un colector esf��rico para captar electrones. En una geometr��a alternativa, propuesta por J. R. Sanmart��n et al. (1993) [93], se consider�� dejar la amarra sin recubrimiento aislante (���bare tether���), y sin colector an��dico esf��rico, de forma que recogiera electrones a lo largo del segmento que resulta polarizado positivo, como si se tratara de una sonda de Langmuir de gran longitud. A diferencia de la amarra estandard, el ���bare tether��� es capaz de recoger electrones a lo largo de una superficie grande ya que este segmento es de varios kil��metros de longitud. Como el radio de la amarra es del orden de la longitud de Debye y peque��o comparado con el radio de Larmor de los electrones, permite una recolecci��n eficiente de electrones en el r��gimen OML (Orbital Motion Limited) de sondas de Langmuir. La corriente dada por la teor��a OML var��a en funci��n del per��metro y la longitud. En el caso de una cinta delgada, el per��metro depende de la anchura, que debe ser suficientemente grande para evitar cortes producidos por debris y micrometeoritos, y suficientemente peque��o para que la amarra funcione en dicho r��gimen [95]. En el experimento espacial TSS-1R mencionado anteriormente, se identific�� una recolecci��n de corriente m��s elevada que la que predec��a el modelo te��rico de Parker- Murphy, debido posiblemente a que se utilizaba un colector esf��rico de radio bastante mayor que la longitud de Debye [79]. En el caso de una amarra ���bare���, que recoge electrones a lo largo de gran parte de su longitud, se puede producir un fen��meno conocido como atrapamiento adiab��tico de electrones (adiabatic electron trapping) [25, 40, 60, 73, 74, 97]. En el caso terrestre (LEO) se da la condici��n mesot��rmica en la que la amarra se mueve con una velocidad muy superior a la velocidad t��rmica de los iones del ambiente y muy inferior a la velocidad t��rmica de los electrones. J. Laframboise y L. Parker [57] mostraron que, para una funci��n de distribuci��n quasi-isotr��pica, la densidad de electrones debe entonces ser necesariamente inferior a la densidad ambiente. Por otra parte, debido a su flujo hipers��nico y a la alta polarizaci��n positiva de la amarra, la densidad de los iones es mayor que la densidad ambiente en una vasta regi��n de la parte ���ram��� del flujo, violando la condici��n de cuasi-neutralidad,-en una regi��n de dimensi��n mayor que la longitud de Debye-. La soluci��n a esta paradoja podr��a basarse en el atrapamiento adiab��tico de electrones ambiente en ��rbitas acotadas entorno al tether. ABSTRACT New technological and scientific applications by electrodynamic tethers for planetary missions are analyzed: i) A set of cylindrical, parallel tethers (electric solar sail or e-sail) is considered for an interplanetary mission; ions from the solar wind are repelled by the high potential of the tether, providing momentum to the e-sail. An approximated model of a stationary potential for a high solar wind flow is considered. With the force provided by a negative biased tether, an indirect method for the optimization trajectory of an Earth-to-Jupiter orbit transfer is analyzed. ii) The deployment of a tether from the e-sail allows several scientific applications in Jupiter. iia) It might be used as a source of radiative waves for plasma diagnostics and artificial aurora generator. A conductive tether orbiting in the Jovian magnetosphere produces waves. Wave radiation by a conductor carrying a steady current in both a polar, highly eccentric, low perijove orbit, as in NASA���s Juno mission, and an equatorial low Jovian orbit (LJO) mission below the intense radiation belts, is considered. Both missions will need electric power generation for scientific instruments and communication systems. Tethers generate power more efficiently than solar panels or radioisotope power systems (RPS). The radiation impedance is required to determine the current in the overall tether circuit. In a cold plasma model, radiation occurs mainly in the Alfven and fast magnetosonic modes, exhibiting a large refraction index. The radiation impedance of insulated tethers is determined for both modes and either mission. Unlike the Earth ionospheric case, the low-density, highly magnetized Jovian plasma makes the electron gyrofrequency much larger than the plasma frequency; this substantially modifies the power spectrum for either mode by increasing the Alfven velocity. An estimation of the radiation impedance of bare tethers is also considered. iib) In LJO, a spacecraft orbiting in a slow downward spiral under the radiation belts would allow determining magnetic field structure and atmospheric composition for understanding the formation, evolution, and structure of Jupiter. Additionally, if the cathodic contactor is switched off, a tether floats electrically, allowing e-beam emission that generate auroras. On/off switching produces bias/current pulses and signal emission, which might be used for Jovian plasma diagnostics. In LJO, the ions impacting against the negative-biased tether do produce secondary electrons, which racing down Jupiter���s magnetic field lines, reach the upper atmosphere. The energetic electrons there generate auroral effects. Regions where the tether efficiently should produce secondary electrons are analyzed. iic) Other scientific application suggested in LJO is the in-situ detection of charged grains. Charged grains naturally orbit near Jupiter. High-energy electrons in the Jovian ambient may be modeled by the kappa distribution function. In complex plasma scenarios, where the Jovian high electric field may accelerate charges up superthermal velocities, the use of non-Maxwellian distributions should be considered. In these cases, the distribution tails fit well to a power-law dependence for electrons. Fluctuations of the charged grains for non-Mawellian distribution function are here studied. iii) The present thesis is concluded with the analysis for de-orbiting satellites at end of mission by electrodynamic tethers. A de-orbit tether system must present very small tether-to-satellite mass ratio and small probability of a tether cut by small debris too. The present work shows how to select tape dimensions so as to minimize the product of those two magnitudes. Preliminary results of tape-tether design are here discussed to minimize that function. Results for de-orbiting Cryosat and Envisat are also presented.

The radiation impedance of electrodynamics tethers in a polar Jovian orbit

Juno, the second mission in the NASA New Frontiers Program, will both be a polar Jovian orbiter, and use solar arrays for power, moving away from previous use of radioisotope power systems (RPSs) in spite of the weak solar light reaching Jupiter. The power generation at Jupiter is critical, and a conductive tether could be an alternative source of power. A current-carrying tether orbiting in a magnetized ionosphere/plasmasphere will radiate waves. A magnitude of interest for both power generation and signal emission is the wave impedance. Jupiter has the strongest magnetic field in the Solar Planetary System and its plasma density is low everywhere. This leads to an electron plasma frequency smaller than the electron cyclotron frequency, and a high Alfven velocity. Unlike the low Earth orbit (LEO) case, the electron skin depth and the characteristic size of plasma contactors affect the Alfven impedance.

Tether radiation in Juno-type and circular-equatorial Jovian orbits

Wave radiation by a conductor carrying a steady current in both a polar, highly eccentric, low perijove orbit, as in NASA's planned Juno mission, and an equatorial low Jovian orbit (LJO) mission below the intense radiation belts, is considered. Both missions will need electric power generation for scientific instruments and communication systems. Tethers generate power more efficiently than solar panels or radioisotope power systems (RPS). The radiation impedance is required to determine the current in the overall tether circuit. In a cold plasma model, radiation occurs mainly in the Alfven and fast magnetosonic modes, exhibiting a large refraction index. The radiation impedance of insulated tethers is determined for both modes and either mission. Unlike the Earth ionospheric case, the low-density, highly magnetized Jovian plasma makes the electron gyrofrequency much larger than the plasma frequency; this substantially modifies the power spectrum for either mode by increasing the Alfven velocity. Finally, an estimation of the radiation impedance of bare tethers is considered. In LJO, a spacecraft orbiting in a slow downward spiral under the radiation belts would allow determining magnetic field structure and atmospheric composition for understanding the formation, evolution, and structure of Jupiter. Additionally, if the cathodic contactor is switched off, a tether floats electrically, allowing e-beam emission that generate auroras. On/off switching produces bias/current pulses and signal emission, which might be used for Jovian plasma diagnostics.

Mixed models for short-run forecasting of electricity prices: Application for the Spanish market

Short-run forecasting of electricity prices has become necessary for power generation unit schedule, since it is the basis of every profit maximization strategy. In this article a new and very easy method to compute accurate forecasts for electricity prices using mixed models is proposed. The main idea is to develop an efficient tool for one-step-ahead forecasting in the future, combining several prediction methods for which forecasting performance has been checked and compared for a span of several years. Also as a novelty, the 24 hourly time series has been modelled separately, instead of the complete time series of the prices. This allows one to take advantage of the homogeneity of these 24 time series. The purpose of this paper is to select the model that leads to smaller prediction errors and to obtain the appropriate length of time to use for forecasting. These results have been obtained by means of a computational experiment. A mixed model which combines the advantages of the two new models discussed is proposed. Some numerical results for the Spanish market are shown, but this new methodology can be applied to other electricity markets as well

Signal analysis and feature generation for pattern identification of partial discharges in high-voltage equipment

This paper proposes a method for the identification of different partial discharges (PDs) sources through the analysis of a collection of PD signals acquired with a PD measurement system. This method, robust and sensitive enough to cope with noisy data and external interferences, combines the characterization of each signal from the collection, with a clustering procedure, the CLARA algorithm. Several features are proposed for the characterization of the signals, being the wavelet variances, the frequency estimated with the Prony method, and the energy, the most relevant for the performance of the clustering procedure. The result of the unsupervised classification is a set of clusters each containing those signals which are more similar to each other than to those in other clusters. The analysis of the classification results permits both the identification of different PD sources and the discrimination between original PD signals, reflections, noise and external interferences. The methods and graphical tools detailed in this paper have been coded and published as a contributed package of the R environment under a GNU/GPL license.

Sistema de monitorizaci��n de sistemas distribuidos

La computaci��n distribuida ha estado presente desde hace unos cuantos a��os, pero es quiz��s en la actualidad cuando est�� contando con una mayor repercusi��n. En los ��ltimos a��os el modelo de computaci��n en la nube (Cloud computing) ha ganado mucha popularidad, prueba de ello es la cantidad de productos existentes. Todo sistema inform��tico requiere ser controlado a trav��s de sistemas de monitorizaci��n que permiten conocer el estado del mismo, de tal manera que pueda ser gestionado f��cilmente. Hoy en d��a la mayor��a de los productos de monitorizaci��n existentes limitan a la hora de visualizar una representaci��n real de la arquitectura de los sistemas a monitorizar, lo que puede dificultar la tarea de los administradores. Es decir, la visualizaci��n que proporcionan de la arquitectura del sistema, en muchos casos se ve influenciada por el dise��o del sistema de visualizaci��n, lo que impide ver los niveles de la arquitectura y las relaciones entre estos. En este trabajo se presenta un sistema de monitorizaci��n para sistemas distribuidos o Cloud, que pretende dar soluci��n a esta problem��tica, no limitando la representaci��n de la arquitectura del sistema a monitorizar. El sistema est�� formado por: agentes, que se encargan de la tarea de recolecci��n de las m��tricas del sistema monitorizado; un servidor, al que los agentes le env��an las m��tricas para que las almacenen en una base de datos; y una aplicaci��n web, a trav��s de la que se visualiza toda la informaci��n. El sistema ha sido probado satisfactoriamente con la monitorizaci��n de CumuloNimbo, una plataforma como servicio (PaaS), que ofrece interfaz SQL y procesamiento transaccional altamente escalable sobre almacenes clave valor. Este trabajo describe la arquitectura del sistema de monitorizaci��n, y en concreto, el desarrollo de la principal contribuci��n al sistema, la aplicaci��n web. ---ABSTRACT---Distributed computing has been around for quite a long time, but now it is becoming more and more important. In the last few years, cloud computing, a branch of distributed computing has become very popular, as its different products in the market can prove. Every computing system requires to be controlled through monitoring systems to keep them functioning correctly. Currently, most of the monitoring systems in the market only provide a view of the architectures of the systems monitored, which in most cases do not permit having a real view of the system. This lack of vision can make administrators��� tasks really difficult. If they do not know the architecture perfectly, controlling the system based on the view that the monitoring system provides is extremely complicated. The project introduces a new monitoring system for distributed or Cloud systems, which shows the real architecture of the system. This new system is composed of several elements: agents, which collect the metrics of the monitored system; a server, which receives the metrics from the agents and saves them in a database; and a web application, which shows all the data collected in an easy way. The monitoring system has been tested successfully with Cumulonimbo. CumuloNimbo is a platform as a service (PaaS) which offers an SQL interface and a high-scalable transactional process. This platform works over key-value storage. This project describes the architecture of the monitoring system, especially, the development of the web application, which is the main contribution to the system.

Mechanical behavior of 2G REBCO HTS at 77 and 300 K

El gran esfuerzo realizado durante la ��ltima d��cada con el fin de integrar los diferentes materiales superconductores en el campo de los sistemas el��ctricos y en otras aplicaciones tecnol��gicas ha dado lugar a un campo de investigaci��n amplio y prometedor. El comportamiento el��ctrico de los Superconductores de Alta Temperatura (SAT) cr��tica (masivo y cintas) depende de diferentes par��metros desde su fabricaci��n hasta la aplicaci��n final con imanes o cables. Sin embargo, las aplicaciones pr��cticas de estos materiales est��n fuertemente vinculadas con su comportamiento mec��nico tanto a temperatura ambiente (manipulaci��n durante fabricaci��n o instalaci��n) como a temperaturas criog��nicas (condiciones de servicio). En esta tesis se ha estudiado el comportamiento mec��nico de materiales masivos y cintas de alta temperatura cr��tica a 300 y 77 K (utilizando nitr��geno l��quido). Se han obtenido la resistencia en flexi��n, la tenacidad de fractura y la resistencia a tracci��n a la temperatura de servicio y a 300 K. Adicionalmente, se ha medido la dureza mediante el ensayo Vickers y nanoindentaci��n. El m��dulo Young se midi�� mediante tres m��todos diferentes: 1) nanoindentaci��n, 2) ensayos de flexi��n en tres puntos y 3) resonancia vibracional mediante grindosonic. Para cada condici��n de ensayo, se han analizado detalladamente las superficies de fractura y los micromecanismos de fallo. Las propiedades mec��nicas de los materiales se han comparado con el fin de entender la influencia de las t��cnicas de procesado y de las caracter��sticas microestructurales de los monocristales en su comportamiento mec��nico. Se ha estudiado el comportamiento electromec��nico de cintas comerciales superconductoras de YBCO mediante ensayos de tracci��n y fatiga a 77 y 300 K. El campo completo de deformaciones en la superficie del material se ha obtenido utilizando Correlaci��n Digital de Im��genes (DIC, por sus siglas en ingl��s) a 300 K. Adem��s, se realizaron ensayos de fragmentaci��n in situ dentro de un microscopio electr��nico con el fin de estudiar la fractura de la capa superconductora y determinar la resistencia a cortante de la intercara entre el substrato y la capa cer��mica. Se ha conseguido ver el proceso de la fragmentaci��n aplicando tensi��n axial y finalmente, se han implementado simulaciones mediante elementos finitos para reproducir la delaminaci��n y el fen��meno de la fragmentaci��n. Por ��ltimo, se han preparado uniones soldadas entre las capas de cobre de dos cintas superconductoras. Se ha medido la resistencia el��ctrica de las uniones con el fin de evaluar el metal de soldadura y el proceso. Asimismo, se ha llevado a cabo la caracterizaci��n mec��nica de las uniones mediante ensayos "single lap shear" a 300 y 77 K. El efecto del campo magn��tico se ha estudiado aplicando campo externo hasta 1 T perpendicular o paralelo a la cinta-uni��n a la temperatura de servicio (77 K). Finalmente, la distribuci��n de tensiones en cada una de las capas de la cinta se estudi�� mediante simulaciones de elementos finitos, teniendo en cuenta las capas de la cinta mec��nicamente m��s representativas (Cu-Hastelloy-Cu) que influyen en su comportamiento mec��nico. The strong effort that has been made in the last years to integrate the different superconducting materials in the field of electrical power systems and other technological applications led to a wide and promising research field. The electrical behavior of High Temperature Superconducting (HTS) materials (bulk and coated conductors) depends on different parameters since their processing until their final application as magnets or cables. However, practical applications of such materials are strongly related with their mechanical performance at room temperature (handling) as well as at cryogenic temperatures (service conditions). In this thesis, the mechanical behavior of HTS bulk and coated conductors was investigated at 300 and 77 K (by immersion in liquid nitrogen). The flexural strength, the fracture toughness and the tensile strength were obtained at service temperature as well as at 300 K. Furthermore, their hardness was determined by Vickers measurements and nanoindentation and the Young's modulus was measured by three different techniques: 1) nanoindentation, 2) three-point bending tests and 3) vibrational resonance with a grindosonic device. The fracture and deformation micromechanics have been also carefully analyzed for each testing condition. The comparison between the studied materials has been performed in order to understand the influence of the main sintering methods and the microstructural characteristics of the single grains on the macroscopic mechanical behavior. The electromechanical behavior of commercial YBCO coated conductors was studied. The mechanical behavior of the tapes was studied under tensile and fatigue tests at 77 and 300 K. The complete strain field on the surface of the sample was obtained by applying Digital Image Correlation (DIC) at 300 K. Addionally, in situ fragmentation tests inside a Scanning Electron Microscope (SEM) were carried out in order to study the fragmentation of the superconducting layer and determine the interfacial shear strength between substrate and ceramic layer. The fragmentation process upon loading of the YBCO layer has been observed and finally, Finite Element Simulations were employed to reproduce delamination and fragmentation phenomena. Finally, joints between the stabilizing Cu sides of two coated conductors have been prepared. The electrical resistivity of the joints was measured for the purpose of qualifying the soldering material and evaluating the soldering process. Additionally, mechanical characterization under single lap shear tests at 300 and 77 K has been carried out. The effect of the applied magnetic field has been studied by applying external magnetic field up to 1 T perpendicular and parallel to the tape-joint at service temperature (77 K). Finally, finite element simulations were employed to study the distribution of the stresses in earch layer, taking into account the three mechanically relevant layers of the coated conductor (Cu-Hastelloy-Cu) that affect its mechanical behavior

Hardware timestamping for image acquisition system based on FlexRIO and IEEE 1588 v2 Standard

Current fusion devices consist of multiple diagnostics and hundreds or even thousands of signals. This situation forces on multiple occasions to use distributed data acquisition systems as the best approach. In this type of distributed systems, one of the most important issues is the synchronization between signals, so that it is possible to have a temporal correlation as accurate as possible between the acquired samples of all channels. In last decades, many fusion devices use different types of video cameras to provide inside views of the vessel during operations and to monitor plasma behavior. The synchronization between each video frame and the rest of the different signals acquired from any other diagnostics is essential in order to know correctly the plasma evolution, since it is possible to analyze jointly all the information having accurate knowledge of their temporal correlation. The developed system described in this paper allows timestamping image frames in a real-time acquisition and processing system using 1588 clock distribution. The system has been implemented using FPGA based devices together with a 1588 synchronized timing card (see Fig.1). The solution is based on a previous system [1] that allows image acquisition and real-time image processing based on PXIe technology. This architecture is fully compatible with the ITER Fast Controllers [2] and offers integration with EPICS to control and monitor the entire system. However, this set-up is not able to timestamp the frames acquired since the frame grabber module does not present any type of timing input (IRIG-B, GPS, PTP). To solve this lack, an IEEE1588 PXI timing device its used to provide an accurate way to synchronize distributed data acquisition systems using the Precision Time Protocol (PTP) IEEE 1588 2008 standard. This local timing device can be connected to a master clock device for global synchronization. The timing device has a buffer timestamp for each PXI trigger line and requires tha- a software application assigns each frame the corresponding timestamp. The previous action is critical and cannot be achieved if the frame rate is high. To solve this problem, it has been designed a solution that distributes the clock from the IEEE 1588 timing card to all FlexRIO devices [3]. This solution uses two PXI trigger lines that provide the capacity to assign timestamps to every frame acquired and register events by hardware in a deterministic way. The system provides a solution for timestamping frames to synchronize them with the rest of the different signals.

Collaborative Evolution Strategies on Evolvable Hardware Networked Elements

Dynamic and Partial Reconfiguration allows systems to change some parts of their hardware at run time. This feature favours the inclusion of evolutionary strategies to provide optimised solutions to the same problem so that they can be mixed and compared in a way that only the best ones prevail. At the same time, distributed intelligence permits systems to work in a collaborative way to jointly improve their global capabilities. This work presents a combination of both approaches where hardware evolution is performed both at local and network level in order to improve an image filter application in terms of performance, robustness and providing the capacity of avoiding local minimums, which is the main drawback of some evolutionary approaches.

Unificaci��n de los protocolos de multipunto fiable optimizando la escalabilidad y el retardo

Las aplicaciones distribuidas que precisan de un servicio multipunto fiable son muy numerosas, y entre otras es posible citar las siguientes: bases de datos distribuidas, sistemas operativos distribuidos, sistemas de simulaci��n interactiva distribuida y aplicaciones de distribuci��n de software, publicaciones o noticias. Aunque en sus or��genes el dominio de aplicaci��n de tales sistemas distribuidos estaba reducido a una ��nica subred (por ejemplo una Red de ��rea Local) posteriormente ha surgido la necesidad de ampliar su aplicabilidad a interredes. La aproximaci��n tradicional al problema del multipunto fiable en interredes se ha basado principalmente en los dos siguientes puntos: (1) proporcionar en un mismo protocolo muchas garant��as de servicio (por ejemplo fiabilidad, atomicidad y ordenaci��n) y a su vez algunas de ��stas en distintos grados, sin tener en cuenta que muchas aplicaciones multipunto que precisan fiabilidad no necesitan otras garant��as; y (2) extender al entorno multipunto las soluciones ya adoptadas en el entorno punto a punto sin considerar las caracter��sticas diferenciadoras; y de aqu��, que se haya tratado de resolver el problema de la fiabilidad multipunto con protocolos extremo a extremo (protocolos de transporte) y utilizando esquemas de recuperaci��n de errores, centralizados (las retransmisiones se hacen desde un ��nico punto, normalmente la fuente) y globales (los paquetes solicitados se vuelven a enviar al grupo completo). En general, estos planteamientos han dado como resultado protocolos que son ineficientes en tiempo de ejecuci��n, tienen problemas de escalabilidad, no hacen un uso ��ptimo de los recursos de red y no son adecuados para aplicaciones sensibles al retardo. En esta Tesis se investiga el problema de la fiabilidad multipunto en interredes operando en modo datagrama y se presenta una forma novedosa de enfocar el problema: es m��s ��ptimo resolver el problema de la fiabilidad multipunto a nivel de red y separar la fiabilidad de otras garant��as de servicio, que pueden ser proporcionadas por un protocolo de nivel superior o por la propia aplicaci��n. Siguiendo este nuevo enfoque se ha dise��ado un protocolo multipunto fiable que opera a nivel de red (denominado RMNP). Las caracter��sticas m��s representativas del RMNP son las siguientes; (1) sigue una aproximaci��n orientada al emisor, lo cual permite lograr un grado muy alto de fiabilidad; (2) plantea un esquema de recuperaci��n de errores distribuido (las retransmisiones se hacen desde ciertos encaminadores intermedios que siempre estar��n m��s cercanos a los miembros que la propia fuente) y de ��mbito restringido (el alcance de las retransmisiones est�� restringido a un cierto n��mero de miembros). Este esquema hace posible optimizar el retardo medio de distribuci��n y disminuir la sobrecarga introducida por las retransmisiones; (3) incorpora en ciertos encaminadores funciones de agregaci��n y filtrado de paquetes de control, que evitan problemas de implosi��n y reducen el tr��fico que fluye hacia la fuente. Con el fin de evaluar el comportamiento del protocolo dise��ado, se han realizado pruebas de simulaci��n obteni��ndose como principales conclusiones que, el RMNP escala correctamente con el tama��o del grupo, hace un uso ��ptimo de los recursos de red y es adecuado para aplicaciones sensibles al retardo.---ABSTRACT---There are many distributed applications that require a reliable multicast service, including: distributed databases, distributed operating systems, distributed interactive simulation systems and distribution applications of software, publications or news. Although the application domain of distributed systems of this type was originally conf��ned to a single subnetwork (for example, a Local ��rea Network), it later became necessary extend their applicability to internetworks. The traditional approach to the reliable multicast problem in internetworks is based mainly on the following two points: (1) provide a lot of service guarantees in one and the same protocol (for example, reliability, atomicity and ordering) and different lev��is of guarantee in some cases, without taking into account that many multicast applications that require reliability do not need other guarantees, and (2) extend solutions adopted in the unicast environment to the multicast environment without taking into account their distinctive characteristics. So, the attempted solutions to the multicast reliability problem were end-to-end protocols (transport protocols) and centralized error recovery schemata (retransmissions made from a single point, normally the source) and global error retrieval schemata (the requested packets are retransmitted to the whole group). Generally, these approaches have resulted in protocols that are inefficient in execution time, have scaling problems, do not make optimum use of network resources and are not suitable for delay-sensitive applications. Here, the multicast reliability problem is investigated in internetworks operating in datagram mode and a new way of approaching the problem is presented: it is better to solve to the multicast reliability problem at network level and sep��rate reliability from other service guarantees that can be supplied by a higher protocol or the application itself. A reliable multicast protocol that operates at network level (called RMNP) has been designed on the basis of this new approach. The most representative characteristics of the RMNP are as follows: (1) it takes a transmitter-oriented approach, which provides for a very high reliability level; (2) it provides for an error retrieval schema that is distributed (the retransmissions are made from given intermed��ate routers that will always be closer to the members than the source itself) and of restricted scope (the scope of the retransmissions is confined to a given number of members), and this schema makes it possible to optimize the mean distribution delay and reduce the overload caused by retransmissions; (3) some routers include control packet aggregation and filtering functions that prevent implosi��n problems and reduce the traffic flowing towards the source. Simulation test have been performed in order to eval��ate the behaviour of the protocol designed. The main conclusions are that the RMNP scales correctly with group size, makes optimum use of network resources and is suitable for delay-sensitive applications.

An��lisis de viabilidad e implantaci��n de sistemas de cogeneraci��n en el sector residencial

En la actualidad la generaci��n y utilizaci��n eficientes de la energ��a es el vector principal que permite el desarrollo sostenible en el marco ambiental, econ��mico, seguro y rentable. Todo ello genera una necesidad en el ser humano de guiar a los avances tecnol��gicos hacia una manera cada vez m��s eficiente de generar nuestras necesidades b��sicas, como es el caso de la energ��a. La cogeneraci��n ha sido uno de los resultados positivos en la b��squeda de la eficiencia energ��tica, debido a tratarse de un sistema de producci��n simult��nea de calor y electricidad partiendo inicialmente de un combustible como energ��a primaria. Es por ello, que en el presente proyecto se estudia, analiza y propone la posibilidad de implantar sistemas de cogeneraci��n en el sector residencial, un sector que podr��a beneficiarse enormemente de los beneficios que ofrecen dichos sistemas. En una primera parte se analiza la tecnolog��a de cogeneraci��n y sus variantes, como son, la microcogeneraci��n y la trigeneraci��n. Tambi��n se muestra la evoluci��n legislativa que han sufrido estos sistemas. En una segunda parte se ha tomado un caso modelo, un edificio de 72 viviendas con sistema de calderas centralizado convencional, y se ha estudiado la posibilidad de implantar un sistema de cogeneraci��n. Para ello se han calculado previamente las demandas energ��ticas del edificio y se han ido proponiendo diferentes modos de operaci��n para cubrir dichas demandas por medio de sistemas de microcogeneraci��n o cogeneraci��n. Finalmente, una vez valoradas las opciones se muestra la elegida y se efect��a un an��lisis econ��mico ABSTRACT Nowadays the efficient generation of energy is the main vector that allows sustainable development in environmental, economic, safety and cost effectiveness. All this generates a need in humans to lead to new technological advances towards an even more efficient way to generate our basic needs, such as energy. Cogeneration has been one of the positive results in the search for energy efficiency, due to the fact that it is a system of simultaneous production of heat and electricity initially starting from a primary energy fuel. It is for this reason that this project studies, analyzes and proposes the possibility of introducing cogeneration systems in the residential sector, a sector that could benefit greatly from the benefits offered by these systems. In the first part, cogeneration technology and its variants are analyzed, like, micro-cogeneration and trigeneration. The legislative evolutions that have suffered these systems are also displayed. In a second part, a model case has been taken; a building of 72 flats with conventional centralized boiler system, the possibility of introducing a cogeneration system has been studied. Previously the energy demands of the building have been calculated proposing different operating modes to meet those demands through micro-CHP or cogeneration systems. Finally, once the options are valued the chosen one is shown and an economic analysis is performed.

A methodology to analyze, design and implement very fast and robust controls of Buck-type converters

La electr��nica digital moderna presenta un desaf��o a los dise��adores de sistemas de potencia. El creciente alto rendimiento de microprocesadores, FPGAs y ASICs necesitan sistemas de alimentaci��n que cumplan con requirimientos din��micos y est��ticos muy estrictos. Espec��ficamente, estas alimentaciones son convertidores DC-DC de baja tensi��n y alta corriente que necesitan ser dise��ados para tener un peque��o rizado de tensi��n y una peque��a desviaci��n de tensi��n de salida bajo transitorios de carga de una alta pendiente. Adem��s, dependiendo de la aplicaci��n, se necesita cumplir con otros requerimientos tal y como proveer a la carga con ���Escalado din��mico de tensi��n���, donde el convertidor necesitar cambiar su tensi��n de salida tan r��pidamente posible sin sobreoscilaciones, o ���Posicionado Adaptativo de la Tensi��n��� donde la tensi��n de salida se reduce ligeramente cuanto m��s grande sea la potencia de salida. Por supuesto, desde el punto de vista de la industria, las figuras de m��rito de estos convertidores son el coste, la eficiencia y el tama��o/peso. Idealmente, la industria necesita un convertidor que es m��s barato, m��s eficiente, m��s peque��o y que a��n as�� cumpla con los requerimienos din��micos de la aplicaci��n. En este contexto, varios enfoques para mejorar la figuras de m��rito de estos convertidores se han seguido por la industria y la academia tales como mejorar la topolog��a del convertidor, mejorar la tecnolog��a de semiconducores y mejorar el control. En efecto, el control es una parte fundamental en estas aplicaciones ya que un control muy r��pido hace que sea m��s f��cil que una determinada topolog��a cumpla con los estrictos requerimientos din��micos y, consecuentemente, le da al dise��ador un margen de libertar m��s amplio para mejorar el coste, la eficiencia y/o el tama��o del sistema de potencia. En esta tesis, se investiga c��mo dise��ar e implementar controles muy r��pidos para el convertidor tipo Buck. En esta tesis se demuestra que medir la tensi��n de salida es todo lo que se necesita para lograr una respuesta casi ��ptima y se propone una gu��a de dise��o unificada para controles que s��lo miden la tensi��n de salida Luego, para asegurar robustez en controles muy r��pidos, se proponen un modelado y un an��lisis de estabilidad muy precisos de convertidores DC-DC que tienen en cuenta circuiter��a para sensado y elementos par��sitos cr��ticos. Tambi��n, usando este modelado, se propone una algoritmo de optimizaci��n que tiene en cuenta las tolerancias de los componentes y sensados distorsionados. Us ando este algoritmo, se comparan controles muy r��pidos del estado del arte y su capacidad para lograr una r��pida respuesta din��mica se posiciona seg��n el condensador de salida utilizado. Adem��s, se propone una t��cnica para mejorar la respuesta din��mica de los controladores. Todas las propuestas se han corroborado por extensas simulaciones y prototipos experimentales. Con todo, esta tesis sirve como una metodolog��a para ingenieros para dise��ar e implementar controles r��pidos y robustos de convertidores tipo Buck. ABSTRACT Modern digital electronics present a challenge to designers of power systems. The increasingly high-performance of microprocessors, FPGAs (Field Programmable Gate Array) and ASICs (Application-Specific Integrated Circuit) require power supplies to comply with very demanding static and dynamic requirements. Specifically, these power supplies are low-voltage/high-current DC-DC converters that need to be designed to exhibit low voltage ripple and low voltage deviation under high slew-rate load transients. Additionally, depending on the application, other requirements need to be met such as to provide to the load ���Dynamic Voltage Scaling��� (DVS), where the converter needs to change the output voltage as fast as possible without underdamping, or ���Adaptive Voltage Positioning��� (AVP) where the output voltage is slightly reduced the greater the output power. Of course, from the point of view of the industry, the figures of merit of these converters are the cost, efficiency and size/weight. Ideally, the industry needs a converter that is cheaper, more efficient, smaller and that can still meet the dynamic requirements of the application. In this context, several approaches to improve the figures of merit of these power supplies are followed in the industry and academia such as improving the topology of the converter, improving the semiconductor technology and improving the control. Indeed, the control is a fundamental part in these applications as a very fast control makes it easier for the topology to comply with the strict dynamic requirements and, consequently, gives the designer a larger margin of freedom to improve the cost, efficiency and/or size of the power supply. In this thesis, how to design and implement very fast controls for the Buck converter is investigated. This thesis proves that sensing the output voltage is all that is needed to achieve an almost time-optimal response and a unified design guideline for controls that only sense the output voltage is proposed. Then, in order to assure robustness in very fast controls, a very accurate modeling and stability analysis of DC-DC converters is proposed that takes into account sensing networks and critical parasitic elements. Also, using this modeling approach, an optimization algorithm that takes into account tolerances of components and distorted measurements is proposed. With the use of the algorithm, very fast analog controls of the state-of-the-art are compared and their capabilities to achieve a fast dynamic response are positioned de pending on the output capacitor. Additionally, a technique to improve the dynamic response of controllers is also proposed. All the proposals are corroborated by extensive simulations and experimental prototypes. Overall, this thesis serves as a methodology for engineers to design and implement fast and robust controls for Buck-type converters.