Repositorio USM (Universidad Técnica Federico Santa María)
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DESIGN, CONTROL AND ANALYSIS OF A NOVEL MULTILEVEL CONVERTER WITH REDUCED SWITCH COUNT
No full textCatalogado desde la version PDF de la tesis.Mehrstufige Wechselrichter werden bei einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt:Als Treiber für elektrische Antriebe, für die Energieumwandlung oder für die Erzeugungverteilter Netze. Die vorliegende Arbeit beschreibt eine neuartige, mehrstufige Konverter-Topologie, die eine Erhöhung der Ausgangsspannungslevel ermöglicht. Im Vergleich zuStandard-Multilevel-Topologien, wie Active Neutral Point Clamped (ANPC), Flying CapacitorConverter (FCC) und Stacked Multicell Converter (SMC), werden gleichzeitig dienotwendigen Leistungshalbleiter reduziert.Die vorgeschlagene Topologie besteht aus einer Zweierverbindung Kaskadenschaltungder Basiseinheit, genannt ,,main cells\. Diese ,,main cells\ besteht aus drei Leistungsschalternund einem ,,Flying capacitor\. Für die Ausgangsphasen werden Halbbrücken mitzwei Leistungsschaltern verwendet.In dieser Arbeit wird der Vergleich für die erforderliche Anzahl von Leistungsschaltern,die Spannungsbelastung der Schalter, Leistungsverteilung, Kondensatorgröße und die gespeicherteEnergie der vorgeschlagenen Topologie mit herkömmlichen Topologien - wieANPC und SMC - diskutiert.Um die Leistungsfähigkeit der vorgeschlagenen mehrstufigen Topologie zu validieren,wurden umfangreiche Simulationen und experimentelle Untersuchungen für 3-phasige 5-Level-Topologien durchgeführt.CONICYT, Doctorado Nacional 2014 (21140574)FONDECYT REGULAR 1170167German Academic Exchange Service (DAAD) under grant \Bi-nationally Supervised
Doctoral Degrees" (57129430) for funding my PhD project period.Doctorado en Ingeniería Electrónic
INCORPORACIÓN DE RESTRICCIONES GEOLÓGICAS EN ESCENARIOS DE DESLIZAMIENTO ESTOCÁSTICO PARA EL MODELADO DE INUNDACIÓN POR TSUNAMIS: APLICACIÓN AL NORTE DE CHILE
No full textCatalogado desde la version PDF de la tesis.In this work a new methodology that incorporates the expected slip in northern Chile, based on the interseismic coupling shown by Métois et al. (2013), in the generation of stochasticslip is developed. The proposal of M´etois et al. (2013), which could generate scenarios of magnitudes between Mw 8.4 and Mw 8.9, is divided into three zones and works with the central segment located in front of the city of Iquique, which houses a magnitude Mw 8.4 event. Themethodology used for the generation of stochastic slip is based on the spectral representation of the slip heterogeneity, a method presented by Goda et al. (2014) and originally developed by Mai and Beroza (2002).In a first step, the new method is validated using the inverted finite-source solution ofHayes et al. (2014) for the April 1st, 2014 Mw 8.1 earthquake. The results are satisfactory andshow that the von K´arm´an correlation function obtains better solutions over the Gaussianand Exponential correlation functions in the generation of random slip fields.Once the new method has been validated, we proceed to work with the distribution ofinterseismic coupling, which is analyzed in the wave number domain, by adjusting a vonK´arm´an spectrum in the radial wave number, but with different autocorrelation lengths inthe along-strike and down-dip directions, thus obtaining the objective spectrum. In orderto maintain the spatial structure of the interseismic coupling distribution in the stochasticrealizations, a Phase Variation Method is developed, which consists in retaining the spectralphase and then introducing a normally distributed random noise multiplied by , where is aunique parameter that controls the variability in the distribution. We conclude that = /5generates the desired results.As an additional solution, this work investigates the effect on tsunami wave profiles on thecoast and tsunami heights on the ground of a hundred different stochastic slip realizationsgenerated. The results of virtual tide gauges are useful to reinforce concepts such as that thereis no need for a drop in sea level or exposure of the ocean floor for the occurrence of a tsunami,that the first wave is not always the most destructive and that the danger of a tsunami canlast several hours after the arrival of the first wave. Inundation depth results highlight astrong sensitivity of the tsunami wave heights onshore to the spatial characteristics of theslip, with a inundation uncertainty of up to 4 [m]. However, the methodology also allows identifying areas less sensitive to these variations.Magíster en Ciencias de la Ingeniería Civi
MODELAMIENTO Y CALIBRACIÓN DE UN MANIPULADOR ROBÓTICO CONTINUO, MEDIANTE LOCALIZACIÓN 3D UTILIZANDOSENSORES MAGNÉTICOS
No full textCatalogado desde la version PDF de la tesis.Magíster en Ciencias de la Ingeniería Electrónic
PROPUESTAS PARA MEJORAR EL PRONÓSTICO DE LA INFLACIÓN EN PAÍSES LATINOAMERICANOS MEDIANTE EL USO DE MODELOS HÍBRIDOS QUE MEZCLAN "FUZZY INFERENCE SYSTEM", MODELO AUTORREGRESIVO DE MEDIA MÓVIL Y DESCOMPOSICIÓN DE WAVELET
No full textCatalogado desde la version PDF de la tesis.El pronóstico de la inflación es un tema importante y relevante para las economíasmundiales, ya que el análisis de esta variable macroeconómica puede derivar en decisionesimportantes por parte de los banco centrales y gobiernos de cada país. Pero aún cuandoes un tema relevante existe carencia de investigaciones, de nuevas metodologías respectoal pronóstico de esta variable, aún más si nos extendemos a investigaciones en paises endesarrollo.El presente estudio propone nuevos modelos híbridos, en primer lugar un FuzzyInference System - AutoRegressive Moving Average model (FIS-ARMA) y también unFuzzy Inference System-AutoRegressive Moving Average model, que utiliza variables deentrada las series entregadas por la técnica de descomposición de WAVELET. (FIS-ARMAWAVELET).Los resultados indican que existe un mejor desempeño en término de MeanSquare Error (MSE) de la combinación de estos modelos lineales y no lineales, sobre eluso de un modelo individual ARMA o sobre una red neuronal artificial con diferentesconfiguraciones.Inflation forecasting has been and will continue to be a relevant issue for the world’seconomies, since dierent decisions and policies by central banks and governments of eachcountry arise from and are related to this macroeconomic variable. However, even given itsrelevance, there is limited research with new methodologies to forecast it, and even lessstudies in emerging economies. In fact, the most commonly used model in forecasting isthe Autoregressive Moving Average (ARMA) model.The present study proposes two new hybrid models, based on Fuzzy Inference Systems(FIS), to forecast inflation in four Latin American countries.The first model is a Fuzzy Inference System - Autoregressive Moving Average model(FIS-ARMA), while the second is a FIS-ARMA but with time series preprocessing usingWavelet Decomposition (FIS-ARMA-WAVELET). The results indicate a higher accuracyin inflation forecasts, in terms of Mean Square Error (MSE), of the proposed models over the ARMA model and Artificial Neural Networks.Magíster en Ciencias de la Ingeniería Industria
TÉCNICAS DE REDUCCIÓN Y PARAMETRIZACIÓN DE MODELOS DE ELEMENTOS FINITOS
No full textCatalogado desde la version PDF de la tesis.This thesis presents the development of an eective model reduction and parameterization techniqueto solve simulation problems based on analysis of high dimensional models, which involve ahigh computational cost. Some examples of these types of analysis include: uncertainty analysis, nite element models updating, reliability-based design, among others. The development of applicationand tools to improve the eciency of this process is fundamental.In previous research, progress has been made based on modal synthesis techniques in order toeciently solve the aforementioned problems. These techniques are based on the substructuringof the model with the reduction of the internal modes, also called xed - interface normal modes.In this work, the interface reduction based on the characteristic normal modes is considered in adeeper way. An interpolation scheme for approximating the interface mode is proposed in orderto improve the parameterization eciency. With this technique the computational cost is reducedwithout losing the quality of the results.Additionally, the eect of the residual normal modes is incorporated as a correction to the aforementionedreductions. The residual eects in addition with the interpolation scheme conform aecient methodology for the resolution of re-analysis based problems.The performance of these techniques is evaluated in several application examples, which correspondto linear and localized non-linear nite element models, under environmental actions modeledas stochastic processes. These models correspond to problems of high dimensionality due to thelarge number of degrees of freedom and parameters involved. On the other hand, the uncertaintyin the properties of the models is considered through the use of random elds, which provide arealistic modeling strategy of the behavior of the uncertainty in the structural systems.Magíster en Ciencias de la Ingeniería Civi
PROPUESTA PARA MEJORAR LA PRECISIÓN EN EL PRONÓSTICO DE LOS RETORNOS DE TIPO DE CAMBIO MEDIANTE UN MODELO HÍBRIDO QUE INCLUYE VECTORES AUTORREGRESIVOS Y REDES NEURONALES
No full textCatalogado desde la version PDF de la tesis.La metodología propuesta muestra que efectivamente es posible mejorar la precisiónen el pronóstico de los retornos del tipo de cambio EUR/USD al componer modelos autorregresivosy redes neuronales en un modelo híbrido que analiza los residuales del modelolineal para modelar la componente no lineal de corto y largo plazo entre las series.En general, el mejor pronóstico de ANN está dado por el tamaño de ventana de 252días, mientras que los peores pronósticos se encuentran para la ventana de 42 días. Más aún,los mejores pronósticos se concentran en el caso de 2 capas ocultas para la ventana de 252días donde se encuentra la mayor cantidad de variaciones negativas del MSE. En particular,el modelo VEC-ANN con una configuración de 2 capas ocultas y 20 neuronas por capapara una ventana corrediza de 252 días mejora el MSE del mejor modelo VAR-VECM un26; 883% y las pruebas DM y MCS confirman estadísticamente que dicho modelo tienemayor capacidad predictiva que el modelo de referencia y que todos los modelos en estudio,respectivamente. Además, puede verse durante el análisis que para todos los tamaños deventana corrediza, a medida que se aumenta el número de capas ocultas los pronósticosse vuelven más planos, es decir, se concentran dentro de cotas mucho más pequeñas. Porotro lado, al aumentar el número de neuronas en cada capa oculta los pronósticos tienden aextender levemente las cotas que restringe el aumento del número de capas ocultas.Esta metodología tiene la ventaja de ser simple y bastante certera para mejorar lospronósticos. Los resultados son importantes en el contexto de los mercados financierosdonde manejar mayor información es fundamental para obtener beneficios. Además, esuna nueva metodología propuesta para aportar al desarrollo de procesos de investigacióncientífica.Magíster en Ciencias de la Ingeniería Industria
ANÁLISIS DE ERROR A POSTERIORI PARA PROBLEMAS TEMPORALES MEDIANTE ESQUEMAS ESTABILIZADOS DE ELEMENTOS FINITOS
No full textCatalogado desde la version PDF de la tesis.Magíster en Ciencias, mención Matemátic
AMPLIFICACIÓN EN SUELO BLANDO EN CONCEPCIÓN
No full textCatalogado desde la version PDF de la tesis.Reinforced concrete buildings structured with walls and founded on firm soilhada good performance in the 2010 Maule earthquake in Chile, however, some buildingslocated in places like Concepcion and Viña del Mar, where the bedrock is deeperthan 100 meters suffered damage in their walls.Assessments of damaged buildings in Concepcion have concluded that the damageobserved must have occurred at lateral displacements of 0:5% to 1:0% of theheight of the building, with brittle behavior, with the possible demand for displacementclose to 1:2% a 1:5% of the height, being required supply ductility to resistthe earthquake in a satisfactory way.The 2010 Maule earthquake was recorded by the acelerometers network of theUniversity of Chile (Renadic) and by the National Seismological Center of the Universityof Chile (CSN),the records obtained are mainly on landfi lls, with few recordson rock.Due to the absence of sufficient earthquake records in areas with soft soils andwhere there was greater damage, the equivalent linear method is evaluated in thecity of Concepcion, where there is a registry in these conditions, comparing the resultsobtained with this one-dimensional theory with what was recorded during theearthquake.The equivalent linear method is used by several authors because of the ease andspeed of its application. In this report, this method is used to obtain soil movementon the surface of a soft soil stratum by comparing the results using dierent rockoutcropping motion. The Rapel and Valparaiso records were used, which were obtainedon rock outcrops, both distant records to the city of Concepcion.It was determined that the choice of the movement considered in the bedrockstrongly aects the movement generated on the surface, with greater dierences inthe ordinates around the soil period. Therefore, for future ampli cation studies, it isnecessary to have rock stations close to soft soils areas.On the other hand, the Concepcion registry has been useful to interpret the damageoccurred in buildings of reinforced concrete of medium height constructed inthat area. This work evaluates the ampli cation of the soil and the variation of thefrequency content during the earthquake. In order to compare the ampli cation thatoccurs in the soft soil of Concepcion, the record of San Pedro de la Paz is used,where the bedrock is located at a depth between 25 to 40 meters, and the registryof Valparaso UTFSM which corresponds to a rock outcrop. The displacement anddisplacement spectra are compared for each record.The obtained results can be extrapolated to places where the rock is at a similardepth, the record obtained in San Pedro represents areas where the basal rock islocated at a depth between 25 and 40 meters, with ceiling shifts of the order of 0:7%of height. The results obtained with Concepcion can be extrapolated to areas wherethe bedrock is more than 100 meters deep. Precautions should be taken to limitlateral displacements and provide ductility in structures built on this type of soilconditions.Los edifi cios de hormigon armado estructurados con muros y fundados sobre suelofi rme tuvieron un buen desempeño en el terremoto del Maule de 2010, sin embargo,algunos edifi cios que estaban en lugares como Concepción y Viña del Mar, donde laroca se encuentra a mas de 100 metros de profundidad, sufrieron da~nos en sus muros.Evaluaciones de edi ficios dañados en Concepcion han concluido que el da~no observadodebe haberse producido a desplazamientos laterales del orden de un 0:5% a1:0% de la altura, con fallas fragiles, estando la posible demanda de desplazamientocercana a 1:2% a 1:5% de la altura, requiriendose ductilidad para resistir el sismode manera satisfactoria.El terremoto del Maule de 2010 fue registrado por la red de la Universidad deChile (Renadic) y por el Centro Sismologico Nacional de la Universidad de Chile(CSN), los registros obtenidos son principalmente sobre suelos de relleno, existiendopocos registros sobre roca.Debido a que no existen su cientes registros del terremoto en zonas de suelosblandos y donde hubo mayor daño, en esta memoria se evalua el metodo lineal equivalenteen la ciudad de Concepcion, donde hay un registro en estas condiciones,comparando los resultados obtenidos con esta teoría unidimensional con lo registradodurante el terremoto.El metodo lineal equivalente es usado por varios autores debido a la facilidady rapidez de su aplicacion. En esta memoria se usa este metodo para obtener elmovimiento del suelo en la super ficie de un estrato de suelo blando comparando losresultados al utilizar diferentes movimientos de la roca basal, se usaron los registrosde Rapel y Valparaso, los cuales fueron obtenidos sobre afloramientos rocosos, ambos registros lejanos a la ciudad de Concepcion.Se determino que la eleccion del movimiento considerado en la roca basal afectafuertemente el movimiento generado en superfi cie, existiendo mayores diferencias enlas ordenadas en torno al periodo del suelo. Por lo tanto, para futuros estudios deampli cacion, es necesario tener estaciones en roca en zonas cercanas a suelos blandos.Por otra parte, el registro de Concepcion ha sido util para interpretar el da~noocurrido en edi ficios de hormigon armado de mediana altura construidos en esa area.En este trabajo se evalua la ampli cacion del suelo y la variacion del contenido defrecuencia durante el terremoto. Para comparar la ampli cacion que ocurre en elsuelo blando de Concepcion, se utiliza el registro de San Pedro de la Paz, donde laroca se encuentra a una profundidad entre 25 a 40 metros, y el registro de ValparasoUTFSM el cual corresponde a un afloramiento rocoso. Se comparan los espectros dedesplazamientos y los desplazamientos de techo para cada registro.Los resultados obtenidos pueden ser extrapolados a lugares donde la roca se encuentraa similar profundidad, el registro obtenido en San Pedro representa areasdonde la roca basal se encuentra a una profundidad entre 25 y 40 metros, esperandosedesplazamientos de techo del orden de 0:7% de la altura. Los resultados obtenidoscon registro de Concepcion pueden ser extrapolados a zonas donde la roca basal seencuentre a mas de 100 metros de profundidad. Se deben tomar precauciones paralimitar los desplazamientos laterales y entregar mayor ductilidad en estructurasconstruidas sobre este tipo de condiciones de suelo.Magíster en Ciencias de la Ingeniería Civi
IDENTIFICATION AND CONTROL METHODS UTILIZING RANK AND CARDINALITY OPTIMIZATION APPROACH
No full textCatalogado desde la version PDF de la tesis.This Thesis addresses a class of optimization problems that can be found in severalareas, such as system identi cation and control. Particularly, these problems are formulatedby using rank and cardinality constraints in order to obtain low rank matrices orinduce sparsity of the solution.Rank-constrained optimization problems are found in control and system identi cation.Low-order controller design problems are well known examples where the formulationutilizes Linear Matrix Inequalities (LMIs) and rank constraints over matrices forbounding the controller's order and closed loop stability degree.Promotion of sparsity in identi cation and control problems can bring many practicaladvantages in the nal solution. In model selection, by formulating the identi cationproblem with a cardinality (`0-norm) constraint over the parameter vector, a simpli edor speci c structure of the model can be obtained. In control applications sparsity canbe induced on the solution of an optimal control problem, thus limiting the number ofactive actuators at each time step.Although low-rank and sparsity are desirable characteristics in the solution of manyproblems of interest, solving these type of problems poses computational diculties.Many approaches that rely on approximations and speci c tailored solutions are availablein the literature in order to overcome the inherent complexity of the problem. However, in this work a novel rank-constraint representation is used which, aims to solve (not anapproximation but) a problem that is equivalent to the original in the sense that theyboth have the same global optimum. The resulting problem can also be solved usingstandard nonlinear programming tools.The work hereby presented is divided in three main parts. First, an overview of stateof-the art techniques for solving cardinality and rank-constrained problems is shown.The second part of the thesis presents optimization problems with cardinality constraintsin the eld of model selection, parameter estimation and optimal control.The third part of the thesis addresses a rank-constrained optimization problem whendesigning a low-order controller with prescribed degree of stability. The formulation ofthis problem includes LMI and rank constraints.Magíster en Ciencias de la Ingeniería Electrónic
ESTUDIO NUMÉRICO DE LLAMAS DE DIFUSIÓN DE PROPANO A DIFERENTES ÍNDICES DE OXÍGENO
No full textCatalogado desde la version PDF de la tesis.A numerical analysis was conducted to investigate the effect of varying the OxygenIndex (OI) of the oxidizer stream between 21 and 35%on soot production and thermal radiationemitted by laminar propane axisymmetric diffusion flames at atmospheric pressure. Theextended enthalpy defect flamelet model, an acetylene/benzene-based two-equation semiempiricalsoot production model, and the Full-Spectrum correlated-k radiative propertymodel were used in the numerical simulations. The focus of this study is to demonstratethat it is important to account for the soot aging effect to correctly predict how increasingOI affects the predicted soot production. Three soot surface growth rate models were considered.The first model neglects the soot aging effect and assumes the soot surface growthrate is linearly dependent on soot surface area. The second and third models account for thesoot aging effect by assuming the soot surface growth rate is proportional to the square-rootof soot surface area and assuming a particle size-dependent sublinear soot surface area,respectively. The predicted flame height, soot volume fraction, radially integrated sootvolume fraction and radiant fraction were compared to available experimental data. The firstsoot model predicted a much higher soot loading increase with increasing OI than observedexperimentally. The second and third soot models improve considerable the predicted generalbehavior of soot loading increase with OI. Soot and combustion gases make comparablecontribution to flame radiation under the conditions studied. When the soot aging effectis properly taken into account, the relatively efficient numerical code implemented in thisstudy is a suitable tool for predicting soot production and thermal radiation in diffusionflames of simple hydrocarbon fuels at different OI conditions. Moreover, increasing OI ofthe oxidizer stream is a remarkable way to enhance the flame radiation where the correctestimation of soot production is essential to predict the radiant fraction of the flame.Este estudio numérico fue desarrollado con el fin de investigar el efecto de la variacióndel Índice de Oxígeno (OI) del flujo de oxidante entre 21 y 35 %, sobre la producción dehollín y radiación térmica emitida por llamas de difusión laminar de propano axisimétricasa presión atmosférica. En las simulaciones numéricas fueron utilizados: el ExtendedEnthalpy Defect Flamelet Model, un modelo de producción de hollín semi-empírico dedos ecuaciones basado en acetileno/benceno, y el Full-Spectrum correlated-k radiativeproperty model. El enfoque de este estudio es demostrar la importancia de tomar en cuentael efecto de envejecimiento del hollín, esto con el propósito de predecir correctamente cómoel aumento del OI afecta a la producción de hollín predicha. Tres diferentes modelos detasa de crecimiento superficial del hollín fueron considerados. El primer modelo despreciael efecto de envejecimiento del hollín y asume que la tasa de crecimiento superficial delhollín es linealmente dependiente con respecto al área superficial del hollín. El segundo ytercer modelo consideran el efecto de envejecimiento, asumiendo que la tasa de crecimientosuperficial del hollín es proporcional a la raíz cuadrada del área superficial del mismo y asumiendoun área superficial sublineal dependiente del tamaño de partícula, respectivamente.La altura de llama predicha, fracción en volumen de hollín, fracción en volumen de hollínradialmente integrada y fracción radiativa fueron comparadas con los datos experimentalesdisponibles. El primer modelo de hollín, predijo un incremento mucho mayor en la cargade estas partículas al momento de aumentar el OI que lo observado experimentalmente.El segundo y tercer modelo mejoran considerablemente, en cuanto al comportamientogeneral del incremento en la carga de hollín predicho al aumentar el OI. El hollín y losgases de combustión realizan una contribución comparable a la radiación liberada por lallama bajo las condiciones estudiadas. Cuando el efecto de envejecimiento del hollín esconsiderado de forma adecuada, el código numérico implementado es eficiente y resultaser una herramienta apropiada para predecir la producción de hollín y radiación térmica enllamas de difusión de combustibles de hidrocarburos simples a diferentes condiciones deOI. Por otra parte, el incremento del OI en el flujo de oxidante resulta ser una considerableforma de aumentar la radiación de la llama, donde la correcta estimación de la producción de hollín es esencial para predecir la fracción radiativa de la llama.Magíster en Ciencias de la Ingeniería Industria