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Verificación
difusa en línea de sistemas de tiempo real y
análisis de su incertidumbre. [RESUMEN]
Esta tesis presenta el
lenguaje de especificación FTL-CFree, que
extiende la lógica temporal con semántica
difusa y con la capacidad para cuantificar
variables, a fin de ser aplicado en el
ámbito de la verificación en línea. La
semántica del lenguaje es difuso-evolutiva,
pues, dada una traza de entrada, la
interpretación no sólo establece el grado de
certeza de la aserción, sino que además
determina cómo esta magnitud puede
evolucionar si nuevos sufijos son
incorporados a la traza de entrada. Como es
habitual en la verificación en línea, el
lenguaje provee la generación del oracle
correspondiente y, por lo tanto, es posible
obtener una especificación observable a
partir de los requisitos de alto nivel de un
sistema. La verificación en línea
proporciona información, en cada instante,
del estado de un sistema. Sin embargo, la
capacidad para analizar su estado desde un
punto de vista estacionario, cuando el
sistema opera en condiciones nominales,
resulta de gran utilidad entre la comunidad
de ingenieros. El resultado de evaluar un
requisito de la especificación, formulado
con el lenguaje FTL-CFree, está afectado por
la variación intrínseca del propio sistema
y, con esto, caracterizar estadísticamente
su respuesta es de especial interés. La
semántica de FTL-CFree transforma un
escenario de entrada en una medida difusa,
que puede ser analizada de acuerdo con el
principio de variable aleatoria. Así, se
demuestra que una fórmula FTL-CFree sigue
una distribución de probabilidad específica
y se confirma que la teoría de la
probabilidad es capaz de caracterizar la
incertidumbre aleatoria en mediciones
difusas. A partir del principio de variable
aleatoria FTL-CFree, y tomando una serie de
restricciones probabilísticas en condiciones
nominales, se desarrolla un método para la
identificación (parametrización) de
fórmulas.
Autor: Joaquin
Pérez Márquez.
Director: Jaime
Jiménez Verde.
Fecha de lectura: 18 de Marzo de 2015.
Calificación: Sobresaliente cum laude.
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Técnicas
de modulación para convertidores de fijación
por diodos de tres niveles multifase y
control eficiente de dispositivos captadores
de energía de las olas. [RESUMEN]
En la última década, el sector
involucrado tanto en la industrialización
como en la investigación de la energía
proveniente del mar está recibiendo un gran
apoyo por parte de la industria, entidades
públicas y entidades privadas debido al
prometedor crecimiento que se prevé del
mismo. Dicho apoyo se encuentra dirigido, en
su mayor parte, a dos tipos de explotación
energética: la energía extraída de las olas
y la energía extraída a partir de las
corrientes marinas.
Dichas técnicas aún se
encuentran en sus primeras etapas de madurez
tecnológica y no han alcanzado la
comercialización. Algunas de las barreras
que deben superar para conseguir la
industrialización son:
- En lo referente a
términos económicos, una de las
principales barreras es aquella asociada
a los costes de mantenimiento y
reparación de los dispositivos
captadores de energía. Este problema
surge, en gran parte, debido a las
dificultades de acceso al medio (alta
mar) y a la climatología adversa que se
da en dicha ubicación.
- En cuanto a la energía
extraída, la densidad de la energía
capturada a partir de las olas y de las
corrientes marinas es muy superior a la
del sol o el viento, lo que implica
procesar unos niveles de energía
proporcionalmente superiores. Este hecho
implica tener que rediseñar la
arquitectura del tren de potencia del
captador marino. Por otro lado, debido a
la naturaleza fluctuante tanto del
oleaje como de las corrientes marinas,
la energía producida por los
dispositivos captadores será igualmente
irregular. Por ello, es necesario
mitigar dichas fluctuaciones en la
potencia generada con el fin de
posibilitar la inyección de la potencia
generada a la red eléctrica.
Estos inconvenientes obligan a
invertir grandes esfuerzos en la etapa de
diseño y control del sistema de extracción
de potencia (Power Take-off system, PTO) del
dispositivo captador. El sistema PTO de un
captador de energía (tanto de las olas como
de las corrientes marinas) está compuesto,
en términos generales, por un generador
eléctrico, un convertidor de potencia y un
sistema de almacenamiento de energía.
En lo referente al procesado
de mayores niveles de energía y a las
labores de reparación y mantenimiento,
teniendo en cuenta las anteriores barreras
tecnológicas, incluir un generador multifase
en el sistema PTO en lugar del clásico
generador de tres fases se presenta como una
buena alternativa. Esto último se fundamenta
en que un sistema multifase puede continuar
en funcionamiento siempre que tenga al menos
tres fases operativas. En consecuencia, el
empleo de convertidores multinivel y
multifase (en lugar de disponer de varios
convertidores trifásicos en paralelo) puede
ser una buena solución, tanto en términos de
procesamiento de energía como en términos de
calidad de potencia generada. Sin embargo,
en la literatura técnica existen
relativamente pocos trabajos entorno a la
tecnología multinivel y multifase. La
complejidad de los algoritmos de modulación
y control de este tipo de convertidores se
incrementa exponencialmente con el aumento
del número de fases, por lo que su uso es, a
priori, complejo.
Esta tesis tiene como uno de
sus objetivos dar respuesta a esta carencia.
En este sentido, se han propuesto tres
estrategias de modulación para convertidores
NPC (Neutral-Point-Camped converter) de tres
niveles y multifase. Con la primeras dos
estrategias los resultados obtenidos son
similares a los logrados con las
modulaciones SPWM (Sinusoidal
Pulse-Width-Modulation) y NTV (Nearest Three
Vector) en convertidores trifásicos. Sin
embargo, se distinguen de estas últimas por
su simplicidad y fácil extensión a
convertidores de m fases, así como por su
bajo cálculo computacional. La tercera
estrategia de modulación presenta una mayor
complejidad que las anteriores, si bien
sigue siendo intuitiva y fácilmente
extensible a m fases. De igual manera, es
capaz de eliminar las perjudiciales
oscilaciones de tensión de baja frecuencia
que aparecen en el punto neutro y mantener
en equilibrio, bajo cualquier condición de
operación, la distribución de las tensiones
de los condensadores que forman el bus de
continua. Además, la calidad de la señal
generada presenta un bajo WTHD (Weighted
Total Harmonic Distortion). Todas las
estrategias de modulación propuestas han
sido validadas en simulación en la
plataforma Matlab/Simulink y de forma
experimental en un prototipo desarrollado
por la división de Energía y Medio Ambiente
de Tecnalia Research & Innovation.
Por otro lado, para dar
solución a las irregularidades que presenta
la potencia extraída con los dispositivos
captadores de olas y corrientes marinas, es
habitual, tal y como se ha indicado, que el
sistema PTO incluya un sistema de
almacenamiento de energía, de modo que se
eliminen o reduzcan las fluctuaciones en la
señal generada propiciando la máxima
extracción de potencia. Dicho almacenamiento
puede ser hidráulico, mecánico o eléctrico.
Atendiendo al tipo de almacenaje, las
características de su control son
diferentes. En este contexto, esta tesis
presenta como segunda aportación varias
alternativas al control de un dispositivo
captador de la energía de las olas tipo OWC
(Oscillating Water Column) flotante. Se ha
escogido, como punto de partida, el captador
tipo OWC por ser uno de los de mayor madurez
tecnológica entre los diferentes tipos de
captadores de olas. Las alternativas al
control que se proponen en esta tesis se
centran en lograr la máxima eficiencia de la
turbina de aire (turbina Wells) que el
dispositivo OWC incorpora. Dichas
alternativas se fundamentan en el
seguimiento de la velocidad óptima de la
turbina para la extracción de la máxima
potencia. Asimismo, se proponen otras
opciones que hacen uso de dispositivos de
almacenamiento de energía, como son los
supercondensadores y el volante de inercia.
Gracias a la combinación de varias de las
estrategias de control que se proponen en
esta tesis se consigue una mejora de la
eficiencia de este tipo de sistemas a la vez
que se reducen considerablemente las
fluctuaciones de la potencia generada para
su inyección a red eléctrica. Al igual que
con las estrategias de modulación multinivel
y multifase, estas alternativas al control
de un OWC son validadas mediante simulación
y mediante pruebas experimentales con un
prototipo a escala sumergido en un banco de
olas. Dicho prototipo ha sido desarrollado
por el HMRC (Hydraulics and Maritime
Research Centre) de la Universidad de Cork,
Irlanda.
Autora: Iraide
López Ropero.
Director: Jon
Andreu y Salvador Ceballos.
Fecha de lectura: 6 de Marzo de 2015.
Calificación: Sobresaliente cum laude.
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Monitorización
de la interacción humana mediante tecnología
Bluetooth. [RESUMEN]
La caracterización del
comportamiento humano mediante el análisis
de la actividad de las personas necesita
herramientas que permitan recolectar
información fiable. En los últimos años, y
como consecuencia de la evolución de la
electrónica y el éxito de los dispositivos
personales con capacidades de comunicaciones
(smartphones, tabletas, etc.), han
proliferado las iniciativas de recopilación
de información sobre la interacción humana
basadas en el uso de estos dispositivos.
Esta tesis consta de dos partes:
- La primera parte de la
tesis analiza las limitaciones de las
iniciativas precedentes de recopilación
de información de proximidad utilizando
dispositivos personales, y presenta un
sistema ad hoc basado en tecnología
Bluetooth que implementa un conjunto de
mecanismos para eliminarlas o, en su
defecto, detectarlas y atenuarlas. Se
describe el funcionamiento de ese
sistema y su uso en un entorno real,
obteniéndose como resultado una base de
datos de alta fiabilidad a disposición
de la comunidad científica.
- La segunda parte de la
tesis se centra en el desarrollo de una
herramienta que proporciona información
sobre la ubicación de las personas
tomando como partida la que se obtiene
del sistema desarrollado en la primera
parte: la información relativa a la
proximidad entre personas y su
movilidad. Esta herramienta toma la
forma de una familia de algoritmos de
localización que se valida mediante una
batería de experimentos en diferentes
escenarios con múltiples topologías.
Autor: José
María Cabero López.
Director: José
Luis Martín.
Fecha de lectura: 29 de Enero de 2015.
Calificación: Sobresaliente cum laude.
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Control
de Tramas para alta disponibilidad por
redundancia en redes de automatización
industrial sobre Ethernet con PRP y HSR.
[RESUMEN]
Las redes de comunicaciones y
en particular las redes Ethernet se han
abierto camino en distintos campos, además
de en la informática de oficina, siendo una
de sus últimas conquistas las redes de
automatización industrial en subestaciones.
El recientemente publicado IEC 61850-90-4
establece las líneas de ingeniería para las
redes de comunicaciones y sistemas en
automatización de plantas de generación y
distribución eléctrica. Dicha norma propone
Ethernet junto con los protocolos PRP y HSR,
definidos en el IEC 62439-3, como estándar
mundial para su uso en el Bus de Estación y
Bus de Proceso en subestaciones. Estos
protocolos se caracterizan por tener un
tiempo de recuperación cero, esto es, ante
un fallo en la red la comunicación no se
interrumpe y, por lo tanto, no se pierde ni
una sola trama de información. Proveen pues
de la interesante característica de conexión
en caliente (hotplugging), que permite
conectar y desconectar elementos sin
necesidad de detener el proceso de operación
de la red y del resto de dispositivos de la
misma.
El funcionamiento de dichos
protocolos se basa en enviar las tramas
duplicadas a través de diferentes caminos,
de forma que, si por alguna circunstancia
una de ellas no llega, se sigue recibiendo
la otra. Este incremento en la
disponibilidad tiene como contrapartida,
entre otras, un aumento de trabajo en la
gestión y procesamiento de tramas; en
particular aparece una nueva tarea: la
eliminación de tramas duplicadas:
duplicados. Por otra parte, además de las
tramas duplicadas introducidas por los
propios protocolos, aparece también un nuevo
tipo de trama: circulante, el cual surge
cuando una trama da una vuelta completa en
un bucle de la red y llega de nuevo por el
mismo puerto a un nodo. Los estándares
involucrados no especifican como realizar la
eliminación de duplicados y circulantes pero
si establecen estrictas condiciones de
tiempo y funcionamiento que debe cumplir el
método utilizado para ser viable su
utilización.
En este trabajo de tesis se
analizan y estudian dichos requerimientos
profundizando en parámetros como latencia,
rendimiento o confiabilidad. Se proponen
métodos que los cumplen, con el fin
conseguir una correcta aplicación de PRP y
HSR en redes de automatización en
subestaciones o plantas de generación y
distribución eléctrica en general. Los
métodos desarrollados se podrían integrar en
dispositivos de comunicaciones necesarios en
este tipo de redes de alta disponibilidad.
Las estrictas condiciones impuestas a estos
protocolos para su uso en subestaciones,
suponen que los desarrollos serian también
válidos en cualquier otra aplicación con
necesidad de alta disponibilidad con iguales
o menores exigencias en cuanto a los
parámetros analizados.
Autor: José
Angel Araujo Parra.
Director: Jesús
Lázaro.
Fecha de lectura: 16 de Enero de 2015.
Calificación: Sobresaliente cum laude.
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Estimating
the Resilience Against Single Event Upsets
in Applications Implemented on SRAM based
FPGAs. [RESUMEN]
Ongoing improvements in the
semiconductor manufacturing processes are
the basis of very complex and powerful
electronic systems. This movement together
with a rapid development in the technology
of reconfigurable devices enabled Field
Programmable Gate Arrays to grow away from
the application as pure glue logic towards
becoming an attractive implementation
platform for complete electronic
applications.
Different attributes of FPGAs,
such as a low non-recurring engineering
cost, reconfigurability and high data
throughput, make these devices an attractive
technology for harsh environments. Because
of their reconfigurable nature SRAM based
FPGAs are especially susceptible to external
faults caused by Single Event Upsets. FPGA
manufacturers address this issue with
specialized FPGA families, but these are
typically very expensive and one to two
generations behind their latest, most
powerful architecture. A consequence of this
is a strong interest in techniques, which
enable the usage of unprotected FPGAs in
critical applications.
This thesis addresses the
utilization of Custom Off The Shelf SRAM
based FPGAs in environments with an elevated
particle ux. The main focus lies on the
development and application of suitable test
methods for obtaining the exact SEU
resilience of a given design. As a first
step an external and non-invasive fault
injection method is developed addressing the
sparsity of fault injectors with low
hardware overhead in the currently available
state of the art. In a second step a
performance improved fault injection method
is developed, which includes a universal
approach for handling issues related to
fault injection using internal configuration
ports.
The proposed high performance
fault injection platform is both
mathematically characterized and evaluated
in practice with special focus on different
parameters that have a direct influence on
the speed of the fault injection and also
the accuracy of the obtained results.
Finally, the proposed fault injection
methods are used to investigate attributes
important for fault tolerant applications.
Detailed evaluations of the aspects of TMR
granularity, SEU resiliences of common
application circuits and the impact of
adequate validation on the fault injection
results are presented.
Autor: Uli
Kretzschmar.
Director: Armando
Astarloa.
Fecha de lectura: 24 de Julio de 2014.
Calificación: Sobresaliente cum laude.
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Design
and Development Procedure of HTS
Superconducting Solenoids and their
Application for Microwave Sources for Fusion
and Other Power Devices. [RESUMEN]
Los materiales
superconductores de alta temperatura crítica
y los cryocoolers (refrigeradores
criogénicos) forman un equipo potencialmente
aplicable en numerosos campos. Entre ellos
se puede destacar en general los
dispositivos de potencia, y en particular
las fuentes de microondas para fusión. Esta
tesis se centra en los solenoides hechos con
hilo superconductor de alta temperatura de
primera generación. Esta configuración es
suficientemente flexible para alcanzar la
mayoría de los materiales disponibles y de
las aplicaciones más remarcables.
El descubrimiento de la
superconductividad de alta temperatura ya
data de hace más de 25 años. Desde el
principio se subrayó su enorme potencial y
se levantaron grandes expectativas, pero se
minusvaloraron los obstáculos para poder
obtener un hilo utilizable en aplicaciones
prácticas. Hoy en día hay disponible hilo
superconductor como producto comercial, pero
todavía a un elevado coste y sin suficiente
demostración en aplicaciones prácticas,
mucho menos en el largo plazo. Ya existen
prototipos e incluso incipientes
aplicaciones comerciales, pero todavía no
están bien establecidos ni estandarizados
los procedimientos de fabricación, ni las
herramientas de diseño.
El otro pilar en el que se
soporta la tesis son los cryocoolers de
pequeño tamaño, que son productos
comerciales plenamente disponibles y
fiables. Existen debido a que se han
desarrollado para otras aplicaciones, como
bombas de vacío, aunque tienen una
eficiencia muy baja, incluso comparado con
el ciclo de Carnot. Esto exige un cuidadoso
diseño del criostato, dado que la potencia
de refrigeración disponible es muy escasa.
Lo que se ha conseguido en la
tesis ha sido profundizar en todos los
aspectos requeridos para el diseño,
fabricación y ensayo de bobinas
superconductoras de alta temperatura
refregaras con cryocoolers. La intención del
autor ha sido facilitar y acelerar el
desarrollo de aplicaciones prácticas.
La orientación no ha sido
únicamente teórica, sino también práctica.
Para ello se ha montado un criostato de
refrigeración con frío seco, con cryocooler
pero sin fluidos de refrigeración. Así
mismo, se han construido bobinas tipo double
pancake de gran tamaño, y finalmente se ha
construido y ensayado una sección de
representativa de una bobina de una
aplicación real, con resultados
satisfactorios.
Autor: Santiago
Sanz Castillo.
Director: José
Luis Martín y Luis Garcia-Tabarés Rodriguez.
Fecha de lectura: 3 de Octubre de 2013.
Calificación: Sobresaliente cum laude.
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Optimización
de la extracción de energía en los
aerogeneradores de pequeña potencia. [RESUMEN]
La tecnología minieólica está
constituida por aerogeneradores de potencias
inferiores a 100 kW. Aunque la situación
global de esta tecnología es buena, la
industria minieólica global sigue sin llegar
al nivel de desarrollo de la eólica
convencional. Uno de los factores que
impiden el desarrollo de esta tecnología es
la baja eficiencia de los aerogeneradores de
pequeña potencia. Con el objetivo de mejorar
la eficiencia, en los últimos años se han
desarrollado prototipos de turbinas eólicas
con distintas soluciones técnicas entre las
que destacan las turbinas de eje vertical.
Asimismo, otro aspecto a mejorar de cara a
aumentar la eficiencia de los
aerogeneradores de pequeña potencia es el
control. Algunas de las características
particulares de los pequeños aerogeneradores
dificultan el control óptimo de los mismos.
En este sentido, esta tesis ha presentado un
nuevo algoritmo de seguimiento del punto de
máxima potencia. Este nuevo algoritmo se
caracteriza por su capacidad para adaptarse
a los cambios en la turbina eólica,
mejorando la eficiencia energética del
aerogenerador. Asimismo, se ha propuesto un
esquema de control para el control del
inversor que combina una buena dinámica con
una buena calidad de la corriente inyectada
a la red. Además, este esquema es adaptativo
en frecuencia. Por otro lado, los algoritmos
de control diseñados tienen que ser
validados antes de que sean incorporados en
el aerogenerador real. Esta tesis también ha
contribuido en ese campo presentando un
banco de ensayos y una plataforma de
simulación en tiempo real. Con el objetivo
de simular todo el aerogenerador se han
presentado dos nuevas técnicas de
interpolación destinadas a la simulación de
los convertidores de potencia. Los
resultados obtenidos han servido para
validar las características más importantes
de los algoritmos de control diseñados.
Autor: Iñigo
Kortabarria Igarragirre.
Director: José
Luis Martín y Jon Andreu.
Fecha de lectura: 21 de Junio de 2013.
Calificación: Sobresaliente cum laude.
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Aportaciones
al diseño del control jerárquico de
microrredes eléctricas [RESUMEN]
Las microrredes se pueden
definir como pequeños sistemas de
distribución de energía que pueden trabajar
tanto conectados a red como en isla. Gracias
a esta virtud, los usuarios conectados a
microrredes pueden obtener un suministro
energético de mayor calidad y una generación
más limpia y eficiente si se consideran
aspectos ecológicos y económicos. No
obstante, el uso de microrredes aún es
limitado en muchos lugares, principalmente
debido a la falta de estándares específicos
para este tipo de sistemas.
En esta tesis, se tratan los
aspectos más relevantes de las microrredes
eléctricas. Se analizan sus topologías,
posibles estándares, protecciones y sistemas
de control. Estos últimos son de vital
importancia ya que deben garantizar gran
cantidad de tareas que pueden ser abordadas
de diferentes formas. Así, se describe con
mayor detalle el control más extendido para
microrredes, el control jerárquico, en sus
versiones centralizada y descentralizada. A
su vez, dentro de los lazos de control de
microrredes, cabe destacar el control droop,
ubicado en el nivel primario del control
jerárquico. Este control garantiza el
funcionamiento básico de la microrred,
asegurando un buen reparto de la carga así
como una regulación de tensión y frecuencia
adecuadas. Esta tesis presenta un análisis
de los principios de esta técnica así como
de sus ventajas e inconvenientes
fundamentales. A su vez, se enumeran
diferentes variantes de esta técnica de
control que solventan algunas de sus
desventajas y se proponen nuevas líneas de
investigación para seguir enriqueciendo el
control droop.
Como principales aportaciones
se presenta un diseño de control droop con
impedancia ficticia que asegura la
estabilidad de la microrred en todo su rango
de carga. Este diseño está basado en un
modelo lineal desarrollado que tiene en
cuenta ambos esquemas eléctrico y de control
de la microrred. Este modelo lineal sirve
como base para el diseño de esta impedancia
y se puede adaptar a microrredes con
diferentes características. Además, este
diseño asegura una buena calidad de la
tensión en la microrred.
Finalmente, esta tesis también
propone mejoras en el control secundario de
microrredes. Este nivel de control comprende
dos tareas principales: la restauración de
tensión y frecuencia y la sincronización de
la microrred con la red. En este sentido, se
presenta un novedoso control de restauración
que tiene en cuenta de manera local las
diferentes dinámicas de los generadores
distribuidos. A su vez, se presenta un
diseño de este control que garantiza la
recuperación de los valores nominales de
tensión y frecuencia manteniendo un buen
comportamiento de la microrred en todo
momento. Además, este control está basado en
comunicaciones de bajo ancho de banda,
derivando en un control más económico y
fiable. Por otro lado, esta tesis también
tiene en cuenta la sincronización de la
microrred con la red principal, proponiendo
un nuevo algoritmo de sincronización. Este
algoritmo también se basa en las mismas
comunicaciones de bajo ancho de banda
empleadas en el control de restauración.
Además, el algoritmo propuesto garantiza una
sincronización rápida y sin oscilaciones,
consiguiendo una buena conexión de la
microrred a la red.
Autor: Estefania
Planas Fullaondo.
Director: José
Luis Martín y Jon Andreu.
Fecha de lectura: 1 de Marzo de 2013.
Calificación: Sobresaliente cum laude.
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Methodology
to Evaluate Offshore Wind Power Plant
Electric Topologies [RESUMEN]
El desarrollo de una planta de
energía eólica en alta mar puede durar entre
siete y diez años, dependiendo de la escala
de la planta y de la situación de la cadena
de suministro involucrada. Las etapas del
proyecto tienen generalmente un cierto
solape y las iteraciones que implican a
diferentes equipos son habituales para
buscar buenas soluciones. A lo largo del
proceso son necesarios diversos análisis de
coste-beneficio para fundamentar las
decisiones adoptadas, y los enfoques pueden
diferir significativamente.
Estos equipos tienen el reto
de ofrecer una solución técnica y
económicamente viable para el subsistema que
están diseñando. Además, deben hacerlo sin
perder la perspectiva global de la planta y
respetando las condiciones preestablecidas,
ya que los cambios introducidos a posteriori
suelen dar lugar a un aumento significativo
en los costes.
Por otro lado, estos análisis
tecno-económicos son también interesantes en
relación con la investigación en ingeniería.
Un investigador centrado en una mejora
técnica para cierto subsistema de las
plantas eólicas marinas debería sopesar el
potencial beneficio derivado de la mejora
propuesta con el aumento en el coste
necesario para incluir esta innovación en el
proyecto. Además, este análisis debe hacerse
sin perder la perspectiva general del
proyecto, ya que los estudios parciales
pueden sobreestimar los beneficios derivados
de las mejoras técnicas, y además, se puede
malograr un tiempo precioso considerando
alternativas técnicas que no son realistas
debido a determinantes económicos,
logísticos o de mantenimiento.
Sin embargo, realizar un
análisis de coste-beneficio realista para un
parque eólico marino es todo un reto. Las
dificultades provienen de la complejidad
técnica de la instalación, de la correlación
entre variables técnicas, económicas y
ambientales, y de la falta de datos debido a
que la tecnología se encuentra en una etapa
incipiente. Idealmente, estas evaluaciones
deberían llevarse a cabo empleando una
metodología que tenga un alcance tan amplio
como sea posible, una formulación sencilla
que posibilite la evaluación de un número
suficiente de escenarios, y abierta a la
consideración de las nuevas topologías
propuestas por la comunidad investigadora.
En este contexto, esta tesis
presenta una nueva metodología para realizar
estudios tecno-económicos de topologías
eléctricas para parques eólicos marinos. La
propuesta está dirigida a investigadores en
ingeniería y a ingenieros involucrados en la
planificación de estos proyectos. La
metodología presentada se basa en el
análisis de tres aspectos relacionados: los
parques eólicos marinos ya operativos, las
tendencias tecnológicas a medio plazo y los
estudios de evaluación publicados durante la
última década. La formulación desarrollada
se presenta en detalle, se citan las fuentes
de información reseñables, se aclara el
ámbito de aplicación y, a modo ilustrativo,
se aplica la metodología a un caso de
estudio.
Autor: Ander
Madariaga Alvarez.
Director: José
Luis Martín e Inmaculada Zamora.
Fecha de lectura: 30 de Enero de 2013.
Calificación: Sobresaliente cum laude.
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Paso a
aislamiento de microrredes: estudio de la
detección y propuesta de una arquitectura de
control basada en comunicaciones
inalámbricas. [RESUMEN]
El escenario energético
actual, basado principalmente en la
producción centralizada de energía,
concentrada en grandes plantas de generación
eléctrica, está experimentando una evolución
progresiva hacia un modelo descentralizado,
conocido como Generación Distribuida (GD),
en el que existen múltiples centros de
producción de baja potencia, con una fuerte
implantación de fuentes renovables. Dentro
de este contexto, las microrredes eléctricas
(MGs) son sistemas de GD con la capacidad de
pasar a aislamiento, es decir, de
desconectarse de la red eléctrica principal
sin interrupciones en la generación dentro
de la MG. Con el fin de lograr un correcto
paso a aislamiento, son necesarios nuevos
sistemas de gestión y control que doten de
un cierto nivel de inteligencia a las
microrredes. Por lo tanto, esta tesis
propone como solución un sistema de control
de la microrred jerárquico, con un
Controlador Central de Microrred en el nivel
principal, y varios controladores de cargas
y de micro-fuentes. Todos los controladores,
caracterizados por su sencillez y bajo
coste, están equipados con comunicaciones
inalámbricas basadas en el protocolo
SimpliciTI, una variante de ZigBee. Por otra
parte, se analizan una serie de algoritmos
de detección del paso a aislamiento pasivos,
a fin de estudiar sus limitaciones,
comparándolos con los algoritmos activos. Se
incluyen, asimismo, los resultados
experimentales que muestran el correcto
funcionamiento de los controladores de MG
propuestos, desde el punto de vista de
medidas de parámetros eléctricos así como de
la capacidad de comunicación.
Autor: Álvaro
Llaría Leal.
Director: Jaime
Jiménez y Octavian Curea.
Fecha de lectura: 14 de Septiembre de 2012.
Calificación: Sobresaliente cum laude.
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Study on
Full Direct Current Offshore Wind Farm.
[RESUMEN]
La energía eólica ha pasado a
ser un factor importante en la industria de
generación de energía eléctrica y en la
creación de nuevos empleos. Existe un
desarrollo continuo de nuevos
aerogeneradores adaptados a parques eólicos
en alta mar y una tendencia clara a
construir aerogeneradores de un tamaño cada
vez mayor. Los transformadores elevadores
son uno de los elementos más voluminosos y
más caros en los convertidores de potencia.
Actualmente existe un interés creciente en
la introducción de transformadores de alta
frecuencia y redes de distribución en
corriente continua. La posibilidad de
reducción de tamaño, pérdidas y coste
mediante transformadores de alta frecuencia
es conceptualmente obvia, pero existen
algunos desafíos en cuanto a la tecnología
disponible actualmente que dificultan su
implantación en equipos de potencias
superiores al MW. Otro factor potencialmente
beneficioso para la mejora de la eficiencia
es el uso de distribución y transmisión en
corriente continua en lugar de sistemas
convencionales de corriente alterna en las
redes internas de los parques eólicos.
Se introduce la utilización de
estos dos conceptos, transformadores de alta
frecuencia y distribución en corriente
continua, para reducir el tamaño, las
pérdidas y el coste de las etapas de
potencia en parques eólicos marinos. En la
tesis se presenta una topología de parque
marino en la que todos los cables operen en
corriente continua, para la eliminación de
convertidores redundantes y para una
reducción de las pérdidas y los costes desde
un punto de vista integral del parque
marino.
En la tesis se describe un
convertidor DC/DC denominado SWHFR con
transformador de alta frecuencia para la
conexión directa a líneas DC de media o alta
tensión. El documento describe la
utilización de la inductancia de fugas de
los transformadores como un elemento
inherente al convertidor, utilizado para
determinar la corriente del convertidor y
reducir las pérdidas de conmutación. Se
introduce el concepto de entrelazado de
convertidores SWHFR conectados en serie para
la reducción del rizado de tensión y
corriente de salida. El concepto presentado
permite reducir las pérdidas en el cableado
y en convertidor VSC del aerogenerador,
simplificando el sistema de refrigeración
del convertidor. Asimismo, las pérdidas y el
tamaño del transformador elevador ubicado en
el aerogenerador se puede reducir en un
orden de magnitud.
Por último, la tesis presenta
la operación de rectificadores trifásicos
controlados, alimentados con ondas de
tensión cuadradas y transformador de alta
frecuencia (CSWHFR). El efecto de la
inductancia de fuga del transformador y los
modos de operación resultantes se describen
en detalle, tanto en modo de funcionamiento
continuo como discontinuo. Mediante la
combinación serie de convertidores SWHFR y
CSWHFR se puede obtener una conversión DC/DC
eficiente y fácilmente regulable para
conexión a líneas DC de media o alta
tensión. Mientras la mayor parte de la
energía se transmite mediante rectificadores
a diodos, la tensión del bus DC de entrada
se puede regular mediante una pequeña etapa
CSWHFR de tiristores.
Autor: Iñigo
Martínez de Alegría Mancisidor.
Director: José
Luis Martín y Haritza Camblong.
Fecha de lectura: 28 de Junio del 2012.
Calificación: Sobresaliente cum laude.
-
Aprovechamiento
de las características de las FPGAs de nueva
generación para mejorar el control del
convertidor de potencia matricial y llevar a
cabo simulaciones en tiempo real. [RESUMEN]
Tradicionalmente, los DSPs
(Digital Signal Processor) han sido los
dispositivos usados para implementar los
algoritmos de control de los convertidores
de potencia y, en concreto, del Convertidor
Matricial (MC). Mientras tanto, las FPGAs
han sido utilizadas únicamente como
dispositivos auxiliares de los DSPs
(normalmente, realizando tareas relacionadas
con las conmutaciones de los interruptores),
no haciendo uso de todo su potencial. Sin
embargo, teniendo en cuenta el desarrollo
que han experimentado las FPGAs, pueden ser
una solución adecuada que responda de forma
eficiente a las necesidades del MC. Con el
objetivo de poner a prueba el potencial de
las FPGAs de nueva generación y para
demostrar que pueden ser los dispositivos de
control de los MCs, en esta tesis se ha
abordado la implementación del control de
los MCs utilizando la FPGA en vez de la
solución tradicional basada en el DSP. Este
sistema integra en un único circuito las
funciones de modulación y control del MC
implementados mediante bloques hardware
(utilizando el lenguaje VHDL), así como
funciones de protección que tienen como
objetivo incrementar la robustez del
convertidor.
Por otro lado, los sistemas de
potencia modernos y sus controles son cada
vez más complejos, y el MC es un claro
ejemplo. Ello hace que el desarrollo de
estos sistemas se alargue y complique. Sin
embargo, con el objetivo de reducir el time
to market, es necesario acortar ese proceso.
Para ello, la simulación es una herramienta
indispensable. Simular el modelo que
contiene al MC y a su control es complejo, y
requiere de muchos recursos y tiempo. Por
tanto, son necesarias herramientas que
aceleren esas simulaciones y simplifiquen la
depuración de los algoritmos de control. En
ese sentido, aparecen las simulación de
tiempo real SIL (Software In the Loop), HIL
(Hardware In the Loop) y RCP (Rapid Control
Prototyping). Con ellos, es posible acelerar
y simplificar los procesos de desarrollo y
depuración del MC y de otros sistemas de
potencia. Para implementar esos modos de
simulación hay que utilizar simuladores
potentes. En este caso, se ha utilizado el
simulador RT-Lab eMEGAsim, compuesto por un
grupo de PCs y una FPGA. Utilizando el
RT-Lab, se han implementado algunas
plataformas de tiempo real válidas para
acelerar y simplificar los procesos de
diseño y validación del MC y de su control.
Por un lado, se ha implementado el modelo
que simula en tiempo real todo el sistema
del MC, tanto la etapa de potencia como la
de control. De esa forma, comparado con las
simulaciones tradicionales, se consigue
acelerar la ejecución de las simulaciones.
Por otro lado, se ha hecho una plataforma de
prototipado rápido del MC, en la cual se han
probado, en tiempo real y en condiciones
reales (en un prototipo de MC de 7,5 kW),
los algoritmos de control y modulación del
MC. En la implementación de las plataformas
de simulación de tiempo real, la FPGA del
RT-Lab ha realizado algunas tareas
importantes del control del MC. Con la FPGA
se han hecho, entre otras cosas, los modelos
de gran resolución del MC y de la carga RL,
o la interacción con el prototipo real del
MC.
Autor: Enekoitz
Ormaetxea Gardoqui.
Director: Jon
Andreu Larrañaga y Unai Bidarte Peraita.
Fecha de lectura: 23 de Diciembre de 2011.
Calificación: Sobresaliente cum laude.
-
Nuevas
soluciones para el proceso de diseño y la
tolerancia a fallos del convertidor de
potencia matricial. [RESUMEN]
En esta tesis, se presentan,
en primer lugar, los conceptos básicos del
Convertidor Matricial (MC). Posteriormente,
se tiene en cuenta el amplio abanico de
posibilidades existente para modular dicho
convertidor. En este sentido, se explican
tres técnicas de modulación significativas:
la técnica de Alesina y Venturini, la
técnica de modulación vectorial (SVM, Space
Vector Modulation) y la técnica escalar
generalizada (GSPWM, Generalized Schalar
Pulse Width Modulation).
Por otra parte, se tiene en
cuenta la posibilidad de que existan
perturbaciones a la entrada del convertidor.
Se presenta el estado del arte de las
técnicas más relevantes que permiten
compensar los efectos perjudiciales de
dichas perturbaciones. Teniendo en cuenta
que dichas técnicas de compensación
requieren técnicas de sincronización
especiales, se determina cuales son las
mejores opciones para sincronizar el MC con
la red eléctrica.
Una vez realizado el estado
del arte del MC, se proponen nuevas
soluciones que mejoran el proceso de diseño
del convertidor. Por una parte, se debe
tener en cuenta que es muy complejo simular
modelos que contienen uno o varios MCs, y
que el tiempo necesario para realizar dichas
simulaciones resulta excesivo. En ese
sentido, se propone y se verifica la nueva
técnica de simulación SSMA (Switching State
Matrix Averaging Method), la cual resulta de
utilidad para superar los problemas antes
mencionados. Además, gracias a la técnica
SSMA, se logra simular MCs en tiempo real en
un cluster de PCs. De ese modo, es posible
simular transitorios muy largos en un
intervalo de tiempo reducido. Por otra
parte, se presenta una plataforma de
prototipado rápido de control útil para
acelerar el proceso de diseño del
convertidor y depurar sus algoritmos de
control.
Finalmente, en esta tesis se
tiene en cuenta, también, la baja robustez
del MC. Las estrategias de protección del MC
no son capaces de proteger dicho convertidor
en el 100 % de los casos. Por lo tanto, en
algunas situaciones es posible que alguno de
los elementos que componen el convertidor se
rompa. En dichas situaciones, y siempre y
cuando sea necesario asegurar el
funcionamiento continuado del sistema, se
debeen utilizar estrategias tolerantes a
fallos. En la presente tesis, se analiza el
estado del arte de las distintas soluciones
tolerantes a fallos del MC, y se estudia el
comportamiento de dicho convertidor ante
faltas de sus interruptores. Posteriormente,
se presenta una estrategia que permite
identificar faltas en circuito abierto en
los interruptores del convertidor y se
proponen nuevos algoritmos de modulación que
mejoran la tolerancia a fallos del
convertidor en ese tipo de situación de
falta. Se presentan resultados de simulación
y experimentales que verifican su validez.
Autor: Edorta
Ibarra Basabe.
Director: Jon
Andreu Larrañaga y José Luis Martín
González.
Fecha de lectura: 16 de Septiembre de 2011.
Calificación: Sobresaliente cum laude.
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Grid
connection and control of multipole
synchronous wind turbines. [RESUMEN]
La energía eólica es
considerada como la fuente renovable más
prometedora y está cada vez más extendida en
todo el mundo. Esto implica un aumento de
tamaño de las turbinas y la gran penetración
de la eólica en la red. Los aerogeneradores
modernos deben contribuir a la estabilidad
del sistema eléctrico. Deben funcionar a muy
altas potencias superando los actuales
límites eléctricos y estructurales. Además,
el cumplimiento de las nuevas normativas de
conexión a red requiere el uso de topologías
con mayor integración de electrónica de
potencia y controles avanzados.
En esta tesis, se ha
identificado la topología más apropiada para
cumplir los requisitos mencionados
resultando ser la conexión directa
(direct-drive) mediante generador síncrono
de imanes permanentes y rotor externo, y
convertidor multinivel de toda la potencia.
Se han optimizado las estrategias de control
del generador y de red implementando
controles feedforward que contrarrestan el
efecto de perturbaciones externas antes de
que afecten al sistema.
El principal objetivo de la
tesis, y donde se ha concentrado la mayor
parte del trabajo, ha sido el diseño de
métodos robustos de detección de secuencia
positiva que sean rápidos y precisos ante
armónicos, huecos, saltos de fase y
variaciones de frecuencia simultáneamente.
Para ello se ha diseñado también un sencillo
pero eficiente estimador de frecuencia.
Autor: Eider
Robles Sestafe.
Director: José
Luis Martín González y Josep Pou Félix.
Fecha de lectura: 23 de Junio de 2010.
Calificación: Sobresaliente cum laude.
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Hoy en día, la electrónica de
potencia juega un papel fundamental en
aquellas aplicaciones en las que se requiere
una conversión de energía. Gracias a los
convertidores de potencia, la forma en la
que se presenta la energía eléctrica puede
ser controlada. Tiene especial importancia
la conversión AC/AC, ya que es empleada
habitualmente en aplicaciones de tracción y
de generación. Son múltiples los
convertidores que realizan dicha
transformación (cicloconvertidores,
convertidor back-to-back, convertidor
multinivel, etc.), dentro de los cuales
destaca el convertidor matricial (CM). El CM
realiza una conversión AC/AC directa, no
necesita grandes elementos reactivos y se
caracteriza por ser modular y de reducido
tamaño. Además, permite un flujo de potencia
bidireccional, siendo las señales
sintetizadas por el convertidor de buena
calidad. Sin embargo, el CM no es una
alternativa lo suficientemente madura, sobre
todo, debido a que no existen
semiconductores bidireccionales naturales y
a que no es tan robusto como otros
convertidores. A estos inconvenientes hay
que añadir la complejidad de su control.
En esta tesis, se han tratado
inicialmente los fundamentos del CM, así
como las técnicas que definen su conmutación
y modulación. El siguiente paso ha sido el
analizar una variante de la modulación
vectorial SVM, la modulación de doble cara
DS SVM. Ésta mejora el THD de las señales
sintetizadas por el CM pero, a su vez,
presenta una carga computacional
extremadamente alta. Por otra parte, se ha
presentado un método que simplifica la
síntesis de dicho algoritmo de modulación.
Asimismo, se ha determinado la interacción
del DS SVM y la conmutación semisuave en los
elementos que intervienen en la excitación
de los semiconductores de potencia del CM.
Para dar respuesta a las exigencias del
convertidor, y teniendo en cuenta que el CM
ofrece mejores prestaciones cuando opera a
altas frecuencias, se ha desarrollado un
System on Chip (SoC) innovador. Éste
aglutina, en un único circuito integrado,
todas las funciones de control y modulación,
así como ciertos bloques de protección del
convertidor. Todos estos cores (30 en total)
han sido implementados en hardware y
embebidos en una única FPGA. Gracias a la
implementación realizada, se han alcanzando
velocidades de ejecución que superan, con
creces, las mayores exigencias que requiere
el DS SVM. Esto demuestra que las FPGAs
pueden ser una alternativa a los DSPs
tradicionales.
Por otra parte, se han
determinado de forma exhaustiva los
distintos criterios de diseño que han dado
lugar a la construcción de un convertidor
matricial de 7,5 kW. Además, la arquitectura
de dicho convertidor ha sido mejorada a
través de un circuito de arranque y una
variación del circuito de fijación. Gracias
a ello, se mitiga uno de los mayores
problemas del CM, su ciclo de encendido.
Asimismo, se ha presentado una configuración
de los circuitos de excitación que optimiza
la velocidad de conmutación de los IGBTs del
CM. Por último, se ha propuesto una
configuración de un CM tolerante a fallos
que asegura un pleno funcionamiento incluso
cuando el convertidor queda parcialmente
deteriorado.
Autor: Jon
Andreu Larrañaga.
Director: José
Luis Martín.
Fecha de lectura: 2 de Diciembre de 2008.
Calificación: Sobresaliente cum laude.
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Protocolo
de Control de Acceso al Medio (MAC) de Baja
Latencia para Redes de Sensores
Inalámbricos. [RESUMEN]
Las redes de sensores
inalámbricos han surgido como la evolución
natural del gran avance que han
experimentado los circuitos integrados de
comunicación radio. Estas redes están
formadas por nodos inalámbricos y autónomos,
capaces de sensorizar y funcionar de forma
desatendida durante largos periodos de
tiempo sin intervención humana. Para que
dichos nodos puedan ofrecer este
funcionamiento, deben gestionar sus recursos
energéticos de forma eficiente, tanto en las
tareas de muestreo de las señales de los
sensores como en el envío de la información.
La utilidad de estas redes, además de en la
captura de la información, reside en la
posibilidad de recolectarla de forma
inalámbrica y coherente, permitiendo obtener
una imagen sincronizada de los valores de
todos los sensores de la red.
En los últimos años se han
publicado diferentes propuestas de
protocolos de control de acceso al medio
para redes de sensores inalámbricos. A pesar
de que dichas propuestas permiten gestionar
el acceso al medio de los nodos, ninguna de
las implementaciones existentes en el
momento de realizar esta tesis ofrecía una
solución que permitiera recolectar la
información de toda la red de forma
ordenada, fiable y energéticamente
eficiente.
El propósito de la presente
tesis es proponer y desarrollar un nuevo
protocolo de control de acceso al medio para
las redes de sensores inalámbricas. Dicho
protocolo tiene como objetivo reducir el
retardo de recolección de los datos de la
red utilizando ranuras de tiempo diferentes
para cada nodo de la red. Además, se han
realizado pruebas con nodos reales para
validar los resultados obtenidos
teóricamente.
Autor: Itziar
Marín Saldaña.
Director: Aitzol
Zuloaga Izaguirre.
Fecha de lectura: 7 de mayo de 2008.
Calificación: Sobresaliente cum laude.
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Mejora
de la fiabilidad y en el Control de Tensión
del Punto Neutro en Convertidores de
Fijación por Diodos de Tres Niveles. [RESUMEN]
El objetivo de la tesis es dar
respuesta a uno de los problemas de los que
todavía adolece el convertidor de fijación
por diodos de tres niveles. Dicho
inconveniente reside en la bajada de la
fiabilidad del convertidor como consecuencia
del aumento en el número de semiconductores
que es necesario utilizar, lo que repercute
negativamente en los costes de mantenimiento
y reparación del equipo.
Con el objetivo de minimizar
este inconveniente se plantean distintas
soluciones encaminadas a aumentar la
fiabilidad del convertidor analizando en
detalle su principio de funcionamiento así
como sus ventajas e inconvenientes.
Adicionalmente, algunas de las
topologías presentadas permiten mejorar el
comportamiento del convertidor durante los
periodos de funcionamiento normal en
ausencia de fallos, permitiendo eliminar
completamente las oscilaciones de baja
frecuencia en la tensión del punto neutro.
Esto posibilita que la estrategia de
modulación utilizada se focalice en otros
aspectos tales como la mejora de la calidad
de las ondas de tensión y corriente
generadas o la minimización de las pérdidas
de conmutación. En
este sentido, también se introduce una
técnica de modulación que permite minimizar
las pérdidas de conmutación de alguna de las
topologías tolerantes a fallos presentadas
en la tesis, consiguiendo rendimientos
superiores a los que presenta un convertidor
de fijación por diodos de tres niveles
estándar conmutando bajo modulación SPWM
(Sinusoidal Pulse Width Modulation) y un
comportamiento óptimo desde el punto de
vista de la tensión del punto neutro.
Autor: Salvador
Ceballos Recio.
Directores: José
Luis Martín González y Josep Pou Félix.
Fecha de lectura: 11 de Marzo de 2008.
Calificación: Sobresaliente cum laude.
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Sistema
de Binarización basado en FPGA para OCR en
Aplicaciones de Voto Electrónico [RESUMEN]
Muchos sistemas de visión
requieren reconocer texto capturado a muy
alta velocidad: identificadores de
matrícula, escáneres, etc. La tecnología
actual permite la utilización de complejos
sistemas de preprocesado de imagen para
mejorar las características de lectura. Esta
tesis propone dos algoritmos de binarización
adecuados para aplicaciones de
reconocimiento de caracteres de alta
precisión.
El punto de partida es el
estudio de los diferentes tipos de sistemas
de votación existentes y en estudiar sus
ventajas e inconvenientes. Se han tratado
los inconvenientes presentes en los
diferentes sistemas de votación desde el
punto de seguridad y privacidad en el voto
así como de facilidad de uso para el
votante. Un segundo paso ha sido el estudio
de los diferentes sistemas de binarización
existentes y en comprobar su idoneidad para
las aplicaciones de voto electrónico.
Una vez comprobado que los
sistemas existentes no resuelven
completamente la problemática, se ha
procedido a elaborar dos algoritmos y a
comprobar su funcionamiento en las
condiciones impuestas por los sistemas de
votación. Los dos algoritmos propuestos
están basados en el uso de redes neuronales
e histogramas modificados. Se ha elegido uno
de los algoritmos, basado en la utilización
de una descripción semántica del histograma
y una red neuronal de regresión general, por
ser el más idóneo dadas las características
propias de los sistemas de votación.
Finalmente, se ha propuesto
una implementación física para el algoritmo
seleccionado basado en dispositivos lógicos
programables. Mediante esta implementación
física se ha podido comprobar que el
algoritmo es adecuado en términos de
velocidad y complejidad añadida al sistema
de votación.
Autor: Jesús
Lázaro Arrotegui.
Director: José
Luis Martín González.
Fecha de lectura: 7 de Julio de 2005.
Calificación: Sobresaliente cum laude.
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En la actualidad, la densidad
de transistores admisible en los
dispositivos electrónicos es tal que ya es
posible la integración de sistemas digitales
completos en un único circuito integrado.
Con el fin de reducir el tiempo de
desarrollo y poder afrontar con éxito este
tipo de diseños, se componen los mismos a
base de módulos o cores. Estos módulos, dada
su complejidad, incluyen frecuentemente
procesadores. Por lo que, en estos casos, se
dispone de sistemas multi-procesador.
Este nivel de integración
también se ha extendido a los dispositivos
reconfigurables FPGA, siendo esta
alternativa una de las más utilizadas dada
la flexibilidad que ofrece. Sin embargo, el
uso más común de su capacidad de
reconfiguración se limita a las fases de
prototipado para la facilitar la depuración
de diseño y en algunos casos para realizar
posteriores actualizaciones del mismo.
Sin embargo, las FPGAs más
recientes admiten que se modifique parte de
su configuración mientras el resto del
circuito configurado sigue funcionando. Esta
capacidad, denominada reconfiguración
parcial dinámica, tiene particular interés
en los diseños que integran sistemas
digitales mediante módulos en un único
integrado. En estos casos, el procesamiento
realizado en el dispositivo, también puede
determinar cambios del contexto para
circuitos o programas de los módulos y
aplicarlos. Concretamente, el término
utilizado para denominar este tipo diseños
es el de sistemas auto-reconfigurables.
La operación de
auto-reconfiguración es compleja. Para
realizarla con garantías en un sistema
multi-procesador basado en cores, además de
que la FPGA admita la reconfiguración
parcial dinámica a nivel tecnológico, es
necesario un sistema de control en el propio
diseño.
Esta tesis propone un sistema
de control de la auto-reconfiguración para
sistemas multi-procesador basados en cores.
Inicialmente, se realiza un planteamiento
generalizado del sistema de control, válido
para ser incorporado a diseños que utilicen
las especificaciones estándar para diseño de
sistemas en un chip más habituales. Esta
generalización se plasma en un modelo
reconfigurable multi-procesador,
definiéndose a partir del mismo, las
características de los elementos requeridos
en la infraestructura de control. Para
facilitar el análisis de la idoneidad de la
auto-reconfiguración en un determinado
diseño, se realiza un modelado de la
infraestructura y se parametrizan los
tiempos involucrados.
El sistema teórico presentado
se valida utilizando una tecnología
reconfigurable concreta. Para ello, se
implementan todos los elementos
especificados en la infraestructura de
control de la reconfiguración, y se
desarrollan herramientas adicionales que
permiten diseños multi-procesador y
multi-contexto. Esta infraestructura se
aplica sobre tres plataformas diseñadas
expresamente para experimentar la
auto-reconfiguración con el sistema de
control propuesto. Estos ensayos han
requerido la construcción de un prototipo
especial que admita un control total de los
procesos de configuración de la FPGA.
Autor: Armando
Astarloa Cuellar.
Director: Aitzol
Zuloaga Izaguirre.
Fecha de lectura: 5 de Julio de 2005.
Calificación: Sobresaliente cum laude.
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Sistema
de Localización para Redes de Sensores
Inalámbricas. [RESUMEN]
En los últimos años ha
aparecido una gran cantidad de circuitos
integrados de radio en el mercado. El
disponer de este tipo de componentes, ha
provocado la aparición de un nuevo tipo de
aplicación: las redes de sensores
inalámbricas. En estos sistemas, los
sensores, en lugar de estar dentro del mismo
circuito, se encuentran instalados en
circuitos autónomos. De esta manera, se
puede controlar y medir de manera
distribuida, magnitudes que están dispersas
en una zona geográfica extensa. Sin embargo,
para que los sistemas que aquí se describen
sean viables económicamente, cada nodo debe
tener un coste muy ajustado, tanto en su
diseño como en su producción. La ventaja más
importante de este tipo de redes es la
redundancia: participando tantos sensores en
el funcionamiento de la red, si se rompe
alguno, otro realizará su función hasta que
se reponga el elemento estropeado.
Sin embargo, organizar la
cooperación entre tantos nodos no es una
tarea sencilla: dado que todos los nodos
tienen el mismo hardware y el mismo software
y, además, están limitados tanto en el
consumo energético como en la capacidad de
proceso, los protocolos que se utilizan en
este tipo de redes deben estar diseñados
para trabajar en estas condiciones tan
especiales. En este caso, los procesos de
cooperación pueden simplificarse en gran
medida si se conoce la localización de cada
nodo y cómo se organiza la red
geográficamente. El elevado número de nodos
hace impensable que la información de la
posición de todos ellos se pueda realizar de
manera manual, por lo que es necesario
encontrar un método automatizado para que
cada nodo calcule su propia posición.
En esta tesis, se propone y se
desarrolla un nuevo algoritmo para encontrar
la posición de los nodos. A fin de encontrar
dicha posición, se utilizan las distancias
que lo separan de otros nodos. Dado que cada
sensor debe ser muy barato, se espera que
las mediciones de las distancias no tengan
una calidad elevada y, en consecuencia,
aparecerán errores de localización. Por
tanto, el algoritmo que se propone aquí
intenta calcular la mejor estimación de la
posición para el nodo, sabiendo que las
distancias de las que se dispone presentan
errores.
Por último, para analizar los
resultados obtenidos con este algoritmo, se
ha diseñado una plataforma de simulación que
permite comparar el rendimiento del método
aquí descrito con otros algoritmos
propuestos en los últimos años. De esta
manera, se puede comprobar qué carga
computacional se impone al nodo y cómo
afecta la presencia de errores en la
medición al resultado obtenido. Además, se
ha implementado el algoritmo en un nodo
real, para demostrar que se puede utilizar
en el entorno para el cual ha sido diseñado.
Autor: Jagoba
Arias Pérez.
Director: Aitzol
Zuloaga Izaguirre.
Fecha de lectura: 1 de Julio de 2005.
Calificación: Sobresaliente cum laude.
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Aportaciones
al Diseño y a la Comprobación de Circuitos
Electrónicos Digitales de Comunicaciones en
Trenes [RESUMEN]
Diseñar circuitos digitales
complejos, con algún microprocesador
integrado junto a periféricos y módulos
específicos, no es cuestión meramente de
herramientas informáticas potentes. Tampoco
las técnicas tradicionales ni tiempos de
desarrollo intensivos son suficientes.
Estrategias nuevas, las cuales inciden más
en la metodología que en los recursos
materiales, permiten explotar tecnologías
que ofrecen más de 100.000 puertas lógicas
por milímetro cuadrado. Entre ellas:
abstracción –o diseño descendente–,
exploración de arquitecturas, integración de
núcleos prediseñados, diseño basado en
plataformas y codiseño físico-lógico. Ahora
bien, dentro del proceso de creación de un
sistema complejo, la verificación merece una
atención especial. No en vano, consume la
mayor parte de los recursos, humanos e
informáticos, por lo que se erige en punto
crítico.
En el área de los
ferrocarriles, la Electrónica tiene cada vez
más relevancia frente a la Mecánica. Sin
embargo, los suministradores, la diversidad
y la literatura científica relativos a
sistemas electrónicos para trenes son
escasos. La norma “Red de Comunicaciones en
Trenes” (TCN, “Train Communication Network”)
define por completo todas las capas de una
red de área local para interconectar tanto
los equipos dentro de los coches de un tren
como todos estos entre sí. Es la respuesta
europea a las demandas sobre
telecomunicaciones recibidas de fabricantes
y operadores ferroviarios.
En esta tesis se han aplicado
varias de las nuevas técnicas de diseño y
verificación electrónicos al objeto de
generar dispositivos TCN. En concreto, un
nodo maestro para el Bus Multifunción de
Vehículo (MVB, “Multifunction Vehicle Bus”)
ha sido desarrollado siguiendo una
metodología de codiseño, con ciertas
innovaciones. El concepto de “familia de
dispositivos progresivos” ha sido
fundamental para determinar qué módulos
constituyen el diseño funcional. A
continuación, dicha arquitectura ha sido
descrita en el lenguaje SystemC. De esta
manera, cada bloque podía materializarse,
indistintamente, en una rutina del
microprocesador o en un periférico
específico. Finalmente, el algoritmo de Lee,
Hsiung y Chen ha guiado la partición
físico-lógica.
Por otra parte, se ha creado
un banco de pruebas específico, dirigido a
verificar dispositivos del Bus Multifunción
de Vehículo (MVB, Multifunction Vehicle
Bus). Basado en una herramienta comercial,
permite llevar a cabo simulaciones
eficientes, configuradas mediante una
interfaz de usuario. Los circuitos a prueba
deben estar descritos en VHDL; también parte
del modelo del entorno. No obstante, en este
último, las tareas más complejas han sido
programadas en C.
Autor: Jaime
Jiménez Verde.
Director: José
Luis Martín González.
Fecha de lectura: 22 de Junio de 2005.
Calificación: Sobresaliente cum laude.
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Arquitectura
basada en Cores para Control de
Transferencias de Datos en SoC [RESUMEN]
Muchos circuitos electrónicos
requieren controlar el intercambio de
grandes cantidades de datos a muy alta
velocidad: maquinaria industrial como
empaquetadoras, etiquetadoras o fresadoras,
periféricos de PCs como impresoras, plotters
o grabadoras, equipos audiovisuales,
teléfonos móviles, etc. Esta Tesis propone
una arquitectura flexible y escalable para
control de transferencias de datos entre
módulos embebidos en un único circuito
integrado (SoC).
El punto de partida es la
especificación de un modelo de SoC lo
suficientemente genérico como para ser
válido en una gran variedad de aplicaciones.
El diseño de este sistema se ha realizado en
base a un conjunto de módulos reutilizables
o cores conectados mediante una
especificación estándar. La topología de
interconexión seleccionada emplea un
controlador y un bus dedicados
exclusivamente a las transferencias de datos
a alta velocidad.
Además, se ha desarrollado una
plataforma de simulación válida para
cualquier aplicación diseñada en base a la
arquitectura propuesta. Dicha plataforma
permite verificar la funcionalidad del
sistema y analizar el comportamiento de
parámetros de rendimiento, como la velocidad
de transferencia (“bitrate”) y la latencia,
en función de variables como el número de
transferencias de datos simultáneas, el tipo
de unidades de datos y el tipo de acceso a
una memoria SDRAM. También se presenta un
estudio que permite estimar con un alto
grado de fiabilidad el rendimiento de
futuras aplicaciones.
Finalmente, se han
implementado todos los circuitos en dos
dispositivos FPGA de dos fabricantes
diferentes para validar el comportamiento en
tarjetas electrónicas reales, estudiar la
dependencia de las descripciones de hardware
(realizadas en VHDL al nivel de
transferencia entre registros -RTL-) de la
tecnología y comparar los resultados en área
y velocidad de las diferentes
implementaciones.
Autor: Unai
Bidarte Peraita.
Director: José
Luis Martín González.
Fecha de lectura: 23 de Junio de 2004.
Calificación: Sobresaliente cum laude.
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En esta Tesis se propone una
arquitectura para la determinación del flujo
óptico a partir de secuencias de imágenes en
tiempo real. Se pretende llevar a cabo esta
arquitectura utilizando básicamente
dispositivos lógicos programables del tipo
FPGA y por ello la arquitectura se ha
desarrollado utilizando un lenguaje de
descripción de hardware, concretamente el
VHDL.
El flujo óptico es un
componente importante en el desarrollo de
sistemas de visión que tienen que ver con el
análisis del movimiento. Sus aplicaciones
son muy variadas y van desde la
caracterización dinámica de objetos
presentes en la imágenes hasta la
determinación de las características
tridimensionales del entorno, pasando por la
reconstrucción y mejora de imágenes.
Entre las características más
importantes que se han dispuesto para el
sistema están las de la búsqueda del
procesamiento en tiempo real y a una
resolución adecuada, similares a las que se
obtienen en una cámara de televisión
estándar. Para el desarrollo de esta Tesis
fue necesaria crear una serie de
herramientas que permiten trabajar con
sistemas para el procesamiento de imágenes
desarrollados con VHDL, además de plantear
una metodología para desarrollar un sistema
hardware a partir de un modelo matemático
como el utilizado para la obtención del
flujo óptico.
Autor: Aitzol
Zuloaga Izaguirre.
Director: José
Luis Martín González.
Fecha de lectura: 11 de Diciembre de 2001.
Calificación: Sobresaliente cum laude.
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