Repositorio USM (Universidad Técnica Federico Santa María)
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CONTROL Y MINIMIZACIÓN DEL RIPPLE DE VOLTAJE EN CONVERTIDORES MULTINIVEL MODULARES
No full textCatalogado desde la version PDF de la tesis.Modular multilevel converters generate high voltage ripple in the floatingcapacitors which increases the harmonic content of arm voltages and currentsand consequently the losses and can degrade the control performance. In order toreduce this voltage ripple, a large capacitance is usually employed, but the size andcost of the submodules and the whole converter are increased.In the MMC, all submodules have a floating capacitor, whose voltage must becontrolled to an average value to generate symmetric voltage levels at the output. Due to the interaction between modulation signals and arms currents,a voltage ripple in the floating capacitor is produced, increasing the losses and distortion of arm current and voltage and reducing the control performance.In this tesis the voltage ripple is analyzed using a decoupled power approachand the circulating current and common-mode voltage required to minimize speci charmonic components of this voltage are obtained. A control design based on the capacitor ripple analysis is proposed and simulation results which validates the analysis and the controller design are shown.Los convertidores multinivel modulares generan oscilaciones de voltaje enlos condensadores flotantes, lo que aumenta el contenido armónico de las tensiones y corrientes de rama y, en consecuencia, las pérdidas y puede degradar el rendimiento del control. Con el fi n de reducir esta oscilación de voltaje, normalmente se emplea una gran capacitancia, pero el tamaño y coste de los submódulos y del convertidor entero se incrementan.En el MMC, todos los submódulos poseen un condensador flotante, cuyo voltajemedio debe ser controlado para lograr generar los niveles de voltaje simétricos a lasalida del convertidor. Debido a la interacción entre las señales de modulación de cada submódulo y las corrientes de rama, se produce una oscilación o ripple de voltaje en el condensador flotante, aumentando las pérdidas y la distorsión de las corrientes y voltajes del convertidor y reduciendo el desempeño del control.En esta tesis el ripple de voltaje es analizado usando una aproximación de potenciasdesacopladas y los componentes armónicos de la corriente circulante y el voltajede modo común requeridos para minimizarlo son obtenidos. Se diseña un sistema decontrol basado en el análisis del ripple del condensador y resultados de simulaciónque validan el análisis y el diseño del control se mostrará.Magíster en Ciencias de la Ingeniería Electrónic
IDENTIFICACIÓN DE MODELOS DE ESTADO USANDO ALGORITMO EM CON RESTRICCIONES
No full textCatalogado desde la version PDF de la tesis.El objetivo principal de la Identificación de Sistemas es construir modelos matemáticosque representen sistemas reales a partir de datos medidos de ´este. La identificación de sistemasha sido ampliamente estudiada y existen distintos algoritmos que sirven para cumplirel objetivo de identificación en función de algún criterio de optimización.La presente Tesis tiene como objetivo estudiar la estimación de parámetros usando elalgoritmo EM que permite obtener el estimador de Máxima Verosimilitud para modelos delineales e invariantes en el tiempo cuando se imponen restricciones en la ubicación de lospolos del sistema. El estimador de máxima verosimilitud obtenido mediante el algoritmo EMes un estimador consistente y asintóticamente no sesgado, lo que implica que cuando existeuna cantidad limitada de datos (o baja relación señal a ruido) el modelo estimado puede noconservar características del sistema real, tales como estabilidad o comportamiento oscilatorio.Este problema es el que se intentar´a abordar mediante restricciones en la ubicaciónde lo autovalores de la matriz del sistema.Actualmente existen métodos de estimación con restricciones en las características delmodelo obtenido cuando se realiza estimación mediante métodos de subespacios. Estos métodosfueron estudiados y de ellos se destaca la idea del uso de regiones basadas en desigualdadeslineales matriciales. En esta Tesis se analiza el uso de estas desigualdades en el algoritmoEM.La implementación del algoritmo EM con las restricciones mencionadas presenta problemascomputacionales, por lo que en esta Tesis se presenta una sección donde se abordanestos problemas, mediante el uso del criterio de Sylvester para matrices reales y simétricasdefinidas positivas, y la aplicación de funciones de barrera logarítmicas para las restricciones,obteniendo así un algoritmo de rápida implementación.El algoritmo desarrollado se pone a prueba analizando estimaciones obtenidas y comparándolas con el algoritmo EM sin modificar para las mismas mediciones. Se analiza elimpacto de la cantidad de datos, relación señal a ruido a los mismos modelos con restriccionesaplicadas.The main objective in System Identification is to obtain a mathematical model thatrepresents a real system from measured data. System Identification has been extensivelystudied. There are different algorithms that fulfills the objective based on different optimizationcriteria.The objective of this Thesis is to study parametric estimation using the EM algorithm,that obtains the Maximum Likelihood estimator for linear time invariant models whenlocation constraints are applied to the poles of the estimated model. The maximum likelihoodestimator obtained by the EM algorithm is consistent and asymptotically unbiased. Thisimplies that when a limited amount of data is available (or low signal-to-noise ratio) theestimated model may not preserve characteristics of the real system, such as stability oroscillatory behavior. This problem will be addressed by including constraints in the locationof the eigenvalues of the system matrix.There are estimation methods with constraints on the characteristics of the obtainedmodel using subspace methods. Some of this methods use the idea of regions based on linearmatrix inequalities. In this Thesis the application of constraints based on LMI region usingEM algorithm is analyzed.The implemention of the constrained EM algorithm presents computational problems, soin this Thesis we present this problem, and how to handle it, using the Sylvester Criterionfor real and symmetric positive defined matrices, and the application of log-barrier functionsfor the constraints.The proposed algorithm is tested by analyzing the obtained estimates and comparingthem with the unconstrained EM algorithm. The impact of the amount of data, and signalto-noise ratio is also studied.Magíster en Ciencias de la Ingeniería Electrónic
TOPICS ON COMPOSITE HIGGS
No full textCatalogado desde la version PDF de la tesis.Magíster en Ciencias, mención Físic
PROPUESTAS PARA LA PREDICCIÓN DEL SOBREENDEUDAMIENTO EN HOGARES DE CHILE MEDIANTE EL USO DE UN MODELO HÍBRIDO QUE MEZCLA "ARTIFICIAL NEURO FUZZY INFERENCE SYSTEM" Y MODELO PROBIT
No full textCatalogado desde la version PDF de la tesis.The increase in debt levels of families in dierent parts of the world has attracted theattention of local and global organizations dedicated to the prevention of financial risks,and has intensified the interest in developing early detection methods for over-indebtednessin the population. The present work proposes a hybrid model of Adaptative Neuro FuzzyInferences System (ANFIS) for the prediction of household over indebtedness, based ona statistical technique and Neuro Fuzzy. The proposed model was compared with theProbit, Multilayer Perceptron (MLP) and Support Vector Machine (SVM) models. Themost relevant parameters for the performance of each technique are optimized, and wemanage the data balance problems through the Smote oversampling technique. We usedata obtained from the Financial Household Survey of the Central Bank (EFH) 2014 ofChile. The results show that the proposed model has a significantly better performance than the reference models in terms of the correct classification rate, the average correctclassification rate and the type I error. Consequently, this work provides an innovativeunderstanding of the problem of over-indebtedness of households that can be very usefulfor dierent governmental entities focused on preventing excessive indebtedness andmaintaining financial stability.Este trabajo propone un mejoramiento en la predicción del sobreendeudamiento delos hogares en Chile, utilizando para ello un innovador modelo hibrido basado en lasmetodologías Adaptative Neuro Fuzzy Inferences System (ANFIS) y Probit.Para comparar los resultados obtenidos por el modelo propuesto, este trabajo incluye laaplicación de dos técnicas de aprendizaje inteligente ampliamente utilizadas en la literatura;las Redes Neuronales (ANN), en particular el Perceptrón Multicapa (MLP) y Suppor VectorMachine (SVM).Para cada modelo utilizado se realiza una optimización de sus parametros más relevantespara la obtención de resultados. Para el caso de la red MLP se optimiza el número deneuronas de la capa escondida, la tasa de aprendizaje y el momentum. Para el modelo SVM,se obtienen los parametros optimos de costos C y de kernel . Por último, para el caso delmodelo ANFIS y ANFIS-Probit se determinan los parametros de funciones de membresía.Los datos utilizados corresponden a la última versión de la Encuesta Financiera deHogares 2014 elaborada por el Banco Central y cuyas observaciones utilizadas en estainvestigación alcanzan los 3425 datos. El procesamiento de datos abarca el escalamiento yla aplicación de la técnica Smote para abordar el problema de desbalance de clases.Los resultados obtenidos permiten indicar que el modelo propuesto es superior a laslos modelos benchmark en términos de Tasa de precisión y Tasa de precisión promedioademás del Error tipo I.Magíster en Ciencias de la Ingeniería Industria
PARTIAL POWER DC-DC CONVERTERS FOR TWO STAGE PHOTOVOLTAIC ENERGY CONVERSION SYSTEMS
No full textCatalogado desde la version PDF de la tesis.Two-stage photovoltaic (PV) con gurations (for microinverters, string or multistringinverters) have become increasingly popular due to the decoupling betweenthe inverter dc-link voltage and the PV voltage, adding exibility toextend the MPPT range. However, the additional dc-dc converter increases thecomponent count, reduces the volume and power converter losses. The conceptof partial power converters (PPC), which reduces the amount of power handledby the dc-stage can mitigate this eect. However, the type of topology, itspower and voltage rating, eciency, and operating range can vary signi cantlydepending on the type of PV application and scale. Furthermore, the type offunction of the dc-dc stage will also dier depending on the PV application.From boosting with a high step-up ratio for one module in a microinverter, to abuck mode for larger PV strings when using modern 1500V isolation modules.This thesis provides an analysis of the possible combinations of connectionsand corresponding applications based on the scale of the PV system. The threemost suitable solutions for practical PV systems are further elaborated, includingsimulations and experimental validation. Experimental results show thatthe PPC greatly improves the overall PV system eciency, even when the ef- ciency of the isolated dc-dc converter is low. An added bene t is that thedc-dc stage power rating achieved are only a fraction of the PV system, reducingsize and increasing power density of the power converter without aectingsystem performance.Las con guraciones fotovoltaicas (PV) tradicionales de dos etapas han incrementadosu popularidad debido al desacoplamiento entre el voltaje en el enlacedcy el voltaje a nivel de modulos PV, agregando exibilidad para extender elrango de operacion al realizar el algoritmo de seguimiento de maximo punto depotencia (MPPT). Sin embargo, el convertidor dc-dc adicional incrementa elnumero de etapas de conversion de energa, y por ende las perdidas en la etapade conversion. El concepto de convertidores de potencia parcial (PPC), el cualesta enfocado en reducir la cantidad de potencia procesada en la etapa-dc, reduceesta cantidad de perdidas. Sin embargo, el tipo de topologa, la cantidadde potencia procesada y el rango de operacion pueden variar de manera signi -cante dependiendo del tipo de aplicacion PV. Ademas, el tipo de funcionamientode la etapa-dc va a diferir entre operar como etapa de elevacion, en caso de unmodulo PV, o de reduccion cuando el sistema tiene un varios modulos conectadosen serie. Esta tesis provee un analisis de las posibles soluciones pararealizar las con guraciones PPC, ademas la aplicacion PV mas adecuada segunla con guracion PPC. Para las pruebas se han dise~nado tres con guracionesPPC, considerando las mas interesante para aplicaciones practicas. Los resultadosexperimentales muestran que los PPC incrementan considerablemente lae ciencia global del sistema, aun cuando el convertidor dc-dc tiene una bajae ciencia. Otras ventajas al manejar una potencia menor, es la reduccion deltama~no del convertidor sin perder desempe~no del sistema.Doctorado en Ingeniería Electrónic
PROPUESTA DE MODELOS ADAPTATIVOS HÍBRIDOS Y NO-HÍBRIDOS PARA EL PRONÓSTICO DE VOLATILIDAD DEL PRECIO MENSUAL DEL COBRE MEDIANTE ALGORITMOS GENÉTICOS
No full textCatalogado desde la version PDF de la tesis.This thesis studies volatility forecasting in monthly terms for the copper market, which is of practical interest for different participants such as producers, consumers, governments, and investors.Using data since 1990 and the main drivers of this specific market, we propose a set of time series models, non-parametric models, and hybrid specifications of both. The adaptability characteristic of these models in exogenous variables, their configuration parameters and window size, simultaneously, are provided by a genetic algorithm in pursuit of achieving the best possible forecasts.We examine out-of-sample performance based on Heteroskedasticity-adjusted Mean Squared Error (HMSE), and we test model superiority using the Model Confidence Set (MCS). The results show that making forecasts in an adaptive manner is crucial to obtaining robust and improved performances. The Adaptive-GARCH-FIS specification yields the best forecasting power.Este trabajo busca realizar pronósticos de volatilidad para el mercado del cobre en frecuencia mensual, lo cual es de interés práctico para diferentes participantes tales como productores, consumidores, gobiernos e inversionistas.Teniendo en cuenta datos históricos desde 1990 y los principales determinantes de este mercado en específico, se propone un conjunto de modelos de series de tiempo, modelos no-paramétricos, y especificaciones híbridas de ambos. La capacidad de adaptación de estos modelos tanto en variables exógenas, parámetros de configuración y tamaño de ventana, simultáneamente, es entregada mediante un algoritmo genético con el propósito de alcanzar los mejores pronósticos posibles.El desempeño fuera de muestra examinado se basa en el Heteroskedasticity-adjusted Mean Squared Error (HMSE), y se evalúa la superioridad de modelos usando el Model Confidence Set (MCS). Los resultados muestran que realizar pronósticos de una forma adaptativa es crucial para obtener desempeños robustos y mejorados. La especificación del tipo Adaptive-GARCH-FIS demuestra poseer el mayor poder de pronóstico.Magíster en Ciencias de la Ingeniería Industria
COMPARACIÓN DE ESTRATEGIAS DE RESOLUCIÓN DE PROBLEMAS DE CONTROL PREDICTIVO BASADO EN MODELOS ECONÓMICOS EN UN SISTEMA EXPERIMENTAL
No full textActualmente existe una sección en la ingeniería aplicada al control de procesos industriales en la que no se pueden utilizar las estrategias usuales de resolución de problemas de optimización en tiempo real o con una frecuencia de actualización de decisiones (o entrega de soluciones) tan rápida como se necesita. Básicamente, existe una cantidad de problemas que no pueden ser resueltos en
un periodo de tiempo que requiere alguna de las capas de optimización y a este tipo de problemas se les llama de gran escala.
En este trabajo se presentan dos problemas históricos, los que resultan ser de gran escala al intentar resolverlos. El primero es el problema de redes de distribución de recursos compartidos, en el que distintas unidades de proceso compiten por el uso de recursos para lograr llegar a consignas impuestas por capas superiores. El segundo problema es uno de optimización estocástica en dos etapas, donde la calidad de la materia prima de una unidad de proceso es desconocida, pero se conoce información estadística-histórica acerca de esta.
Para tratar estos problemas se propone la comparación de tres metodologías, dos de las cuales modifican el enfoque jerárquico usual y agregan una capa de optimización extra, mientras que la tercera intenta resolver el problema en su forma original. Las primeras dos metodologías, llamadas clipping y Lagrangiano aumentado, modifican el problema transformándolo en una cantidad mayor de problemas más pequeños (o que consideran menos información), los que son resueltos de forma iterativa, controlados por la capa de coordinación para asegurar su convergencia. La tercera metodología se basa en el uso del operador matemático de “proyecciones” intercalado con pasos de gradiente, los que bajo restricciones controladas prometen la convergencia de los resultados.Magíster en Ciencias de la Ingeniería Químic
IDENTIFICACIÓN DE MODELOS DE VIBRACIONES PARA CONTROL DE SISTEMAS DE ÓPTICA ADAPTATIVA
No full textCatalogado desde la version PDF de la tesis.In all major ground-based astronomical observatories, adaptive optics (AO) has becomean intrinsic technique to bring scienti c observations closer to the diraction limitof the astronomical instruments. This is because AO enables the compensation of theoptical aberrations caused by atmospheric turbulence, as well as the vibrations of thestructure of the telescope induced by elements within the system instrumentation (suchas fans and cooling pumps), wind and movements of the telescope. Since vibrationsstrongly affect the performance of the AO systems and hinder the achievement of goodquality images, it is necessary to obtain a model of these vibrations to later developsimple but effective control techniques that can be implemented in real time. It is forthis reason that in this thesis it is proposed to characterize these vibrations by modelingthem as a linear combination of oscillators each one driven fed by a noise and identifyingthe continuous-time oscillators using regular sampling. The model of the oscillator isrepresented as continuous-time autoregressive model, obtaining its discrete-time equivalentmodel, in terms of the parameters of the model in continuous-time oscillator. Then,the model is identi ed using the method of Maximum Likelihood using local and globaloptimization algorithms.When a local optimization algorithm is used, a good initial estimation is required forthe parameters of the system. Then one performs the corresponding optimization, whichin this case is implemented using the algorithm of quasi Newton. On the other hand,when a global optimization algorithm is used, the equivalent model of sampled data isanalyzed for two cases: i) instantaneous sampling and ii) integrated sampling.Both types of optimization are analyzed in detail, illustrating the behavior of thelog-likelihood function through numerical examples that show that it presents severallocal maxima.En todos los principales observatorios astronomicos terrestres, la optica adaptativa(AO) se ha convertido en una tecnica intrínseca para acercar las observaciones cient íficasal límite de difraccion de los instrumentos astronomicos. Esto se debe a que AO permitela compensacion de las aberraciones ópticas causadas por la turbulencia atmosferica,as como las vibraciones de la estructura del telescopio inducidas por elementos dentrode la instrumentacion del sistema (como ventiladores y bombas de enfriamiento), elviento y los movimientos del telescopio. Ya que las vibraciones afectan fuertemente elrendimiento de los sistemas AO y di cultan el logro de imagenes de buena calidad,es necesario obtener un modelo de estas vibraciones para posteriormente desarrollartecnicas de control simples, pero efectivas, que se puedan implementar en tiempo real.Es por ello que en esta tesis se propone caracterizar estas vibraciones modelandolascomo una combinacion lineal de osciladores alimentados cada uno de ellos por un ruidoe identi cando dichos osciladores de tiempo continuo utilizando un muestreo regular. Serepresenta el modelo del oscilador como un modelo autoregresivo en tiempo continuo paraluego obtener su modelo equivalente en tiempo discreto, en funcion de los parametros delMagíster en Ciencias de la Ingeniería Electrónic
SIMULACIÓN COMPUTACIONAL DE LA TRANSFERENCIA DE CALOR RADIATIVA EN UN MEDIO DISPERSIVO APLICADO A LAGUNAS SOLARES
No full textCatalogado desde la version PDF de la tesis.The Solar Ponds are large-scale thermal energy storage systems, capable of supplying thedemand of several industrial processes in the solar energy field (such as desalination, heating,cooling, power generation at low temperature, treatment of materials, industrial drying, etc.)The constructive simplicity of the solar ponds, the low operating costs, their capacity to generatelarge amounts of energy for long periods of time, and a very low environmental impact,make solar ponds an interesting alternative for study. Basically, solar pond acts as a large-scalethermal collector, capable of storing the energy of solar radiation during the day and to maintainthe system, at high temperatures, stable for long periods of time, even at night, where heat lossestoward the external environment are reduced. The solar pond is built through the stabilizationof a salt gradient in an aqueous medium, thus forming three characteristic zones: a surface areawith a very low concentration of salts (Upper Convective Zone, UCZ), which is exposed to theexternal environment, a thermal storage zone saturated with salts (Low Convective Zone, LCZ)and an intermediate zone with a salinity gradient (Non Convective Zone, NCZ), in which naturalconvection is suppressed due to a stable stratification of the density, inhibiting heat losses byconvection from the storage area towards the external environment of the pond. Previous worksrelated to solar ponds has addressed various aspects of the physical phenomena involved, andhence several methodologies have been applied in the researches. However, in none of these investigationsa study has been made to analyze the behavior of the thermal radiation field insidethe participating medium (emitter, absorber and scattering of radiative energy).The present work studies the thermal behavior of solar ponds, generating a computationalmodel in transient state that solves numerically the radiative exchange equation. The computational model obtains the field of radiative intensity by Discrete Ordinate Method, and this iscoupled to the global energy balance equation (which includes the other methods of conductionand heat convection) and it is solved through the Finite Volume Method. A complete stabilizationof the salinity gradient and the velocity field (imposed variables) is assumed in the model.The results obtained show that the model manages to recreate the thermal behavior of thesolar pond in the long term, evidencing a high temperature in the storage area compared to therest of the pond, with slight seasonal declines. Once the effectiveness of the model is verified,3 types of studies are carried out: the Influence of the radiative properties of the participatingmedium, a study of the behavior of the solar pond for different thicknesses of the characteristiczones, and the operation of the solar pond under different levels of solar radiation (tests ofoperation in different locations).Las lagunas solares son sistemas de almacenamiento de energía térmica de grandes dimensiones,capaces de suplir la demanda de diversos procesos industriales en el ámbito de la energíasolar (tales como desalinización, calefacción, refrigeración, generación de potencia a baja temperatura,tratamiento de materiales, secado industrial, etc).La simplicidad constructiva de las lagunas solares, los bajos costos de operación, su capacidadde entregar grandes cantidades de energía por largos períodos de tiempo, y un muy bajo impactoambiental, hacen de las lagunas solares una alternativa interesante de estudio. La laguna solaractúa básicamente como un colector térmico a gran escala, capaz de almacenar la energía dela radiación solar durante el día y mantener el sistema a altas temperaturas de forma estable ypor largos periodos de tiempo, incluso durante la noche, donde las pérdidas de calor hacia elmedio exterior son disminuidas. La laguna solar se construye a través de la estabilización de ungradiente de sales en un medio acuoso, formándose así tres zonas características: una zona superficialcon una muy baja concentración de sales (UCZ, del inglés “Upper Convective Zone”),la cual está expuesta hacia el medio exterior, una zona de almacenamiento térmico saturadade sales (LCZ, “Low Convective Zone”), y una zona intermedia con un gradiente de salinidad(NCZ, “Non Convective Zone”), en la cual la convección natural es suprimida debido a unaestratificación estable de la densidad, inhibiendo las pérdidas de calor por convección desde lazona de almacenamiento hacia el medio exterior de la laguna. Los trabajos en torno a lagunassolares han abordado diversos aspectos de los fenómenos físicos involucrados, y se han aplicadodiversas metodologías en su estudio. Sin embargo, en ninguna de estas investigaciones seha hecho un estudio del comportamiento del campo de radiación térmica al interior del medioparticipante (emisor, absorbedor y dispersor de la energía radiativa).El presente trabajo estudia el comportamiento térmico de lagunas solares, generando unmodelo computacional en estado transiente que resuelve numéricamente la ecuación de intercambioradiativo. El modelo computacional obtiene el campo de intensidad radiativa por mediodel Método de las ordenadas discretas, y éste es acoplado a la ecuación de balance global deenergía (la cual incluye a los demás métodos de conducción y convección de calor) y es resueltapor medio del método de volúmenes finitos). Se asume en el modelo una completa estabilizacióndel gradiente de salinidad y del campo de flujos (variables impuestas).Los resultados obtenidos muestran que el modelo logra recrear el comportamiento térmicode la laguna solar en el largo plazo, evidenciando una alta temperatura en la zona de almacenamientorespecto al resto de la laguna, con leves descensos estacionales. Una vez comprobada laefectividad del modelo se realizan 3 tipos de estudios. Influencia de las propiedades radiativasdel medio participante. Estudio del comportamiento de la laguna solar para diferentes espesoresde las zonas características. Y la operación de la laguna solar bajo diferentes niveles de radiación solar (pruebas de operación en distintas localidades).Magíster en Ciencias de la Ingeniería Mecánic
COLOR PROPAGATION IN COLD AND HOT MATTER
No full textCatalogado desde la version PDF de la tesis.The propagation of color traversing the nuclear medium is studied in mediumenergy semi-inclusive deep inelastic scattering in nuclei and in high energylead-lead collisions, using existing published HERMES data and performinga measurement with the ATLAS detector at the LHC respectively. Differentaspects are analyzed. In the first part two related observables are combinedand modeled using a new geometric model that describes both simultaneously.The model provides information on the transport coefficient and the colorlifetime or production length in the cold medium produced in electron-nucleusscattering at medium energies. In the second part the measurement of theprompt and non-prompt J/u elliptic flow coefficient in lead-lead collisionswith the ATLAS detector at the LHC is performed. This coefficient is anexcellent observable linked to the color lifetime of charm and bottom quarks,probed by measuring the prompt and non-prompt J/u , in the hot densemedium created in high energy nucleus-nucleus collisions.Doctorado en Ciencias, mención Físic