Métodos de control de un ondulador monofásico

El presente proyecto final de carrera forma parte de un objetivo más amplio, la realización de una tesis doctoral con el grupo SEPIC. Esta tesis se enmarca en el estudio de los sistemas de generación distribuida y, en particular, en el control y gestión energética de los onduladores de potencia que se encargan de realizar las principales funciones electrónicas. Debido a la particularidad de este trabajo, es necesario primero acercarse al campo de trabajo con un estudio detallado del estado del arte y profundizar en las problemáticas existentes en el campo de la generación distribuida. Como primer paso específico se introduce la topología básica de un ondulador monofásico, exponiendo el funcionamiento elemental de cada una de las etapas que lo conforman. Seguidamente se realiza un estudio de una propuesta de control basada en la teoria de linealización por realimentacion. A continuación se extiende el estudio a la problemática de la paralelización, donde se analizan diferentes técnicas derivadas del método de la pendiente para evitar usar comunicación entre las unidades de generación distribuidas cuando trabajan conjuntamente conectados a la microred Para complementar el estudio, se presenta la implementación de un ondulador que permitirá extraer resultados experimentales para evaluar las técnicas de control estudiadas con anterioridad. Este prototipo se está llevando a cabo en paralelo con la elaboración de este proyecto

Métodos de control de un ondulador monofásico

El presente proyecto final de carrera forma parte de un objetivo más amplio, la realización de una tesis doctoral con el grupo SEPIC. Esta tesis se enmarca en el estudio de los sistemas de generación distribuida y, en particular, en el control y gestión energética de los onduladores de potencia que se encargan de realizar las principales funciones electrónicas. Debido a la particularidad de este trabajo, es necesario primero acercarse al campo de trabajo con un estudio detallado del estado del arte y profundizar en las problemáticas existentes en el campo de la generación distribuida. Como primer paso específico se introduce la topología básica de un ondulador monofásico, exponiendo el funcionamiento elemental de cada una de las etapas que lo conforman. Seguidamente se realiza un estudio de una propuesta de control basada en la teoria de linealización por realimentacion. A continuación se extiende el estudio a la problemática de la paralelización, donde se analizan diferentes técnicas derivadas del método de la pendiente para evitar usar comunicación entre las unidades de generación distribuidas cuando trabajan conjuntamente conectados a la microred Para complementar el estudio, se presenta la implementación de un ondulador que permitirá extraer resultados experimentales para evaluar las técnicas de control estudiadas con anterioridad. Este prototipo se está llevando a cabo en paralelo con la elaboración de este proyecto

Computing and communications for the software-defined metamaterial paradigm: a context analysis

Metamaterials are artificial structures that have recently enabled the realization of novel electromagnetic components with engineered and even unnatural functionalities. Existing metamaterials are specifically designed for a single application working under preset conditions (e.g., electromagnetic cloaking for a fixed angle of incidence) and cannot be reused. Software-defined metamaterials (SDMs) are a much sought-after paradigm shift, exhibiting electromagnetic properties that can be reconfigured at runtime using a set of software primitives. To enable this new technology, SDMs require the integration of a network of controllers within the structure of the metamaterial, where each controller interacts locally and communicates globally to obtain the programmed behavior. The design approach for such controllers and the interconnection network, however, remains unclear due to the unique combination of constraints and requirements of the scenario. To bridge this gap, this paper aims to provide a context analysis from the computation and communication perspectives. Then, analogies are drawn between the SDM scenario and other applications both at the micro and nano scales, identifying possible candidates for the implementation of the controllers and the intra-SDM network. Finally, the main challenges of SDMs related to computing and communications are outlined.Peer ReviewedPostprint (published version

Reducing the environmental impact of surgery on a global scale: systematic review and co-prioritization with healthcare workers in 132 countries

Abstract Background Healthcare cannot achieve net-zero carbon without addressing operating theatres. The aim of this study was to prioritize feasible interventions to reduce the environmental impact of operating theatres. Methods This study adopted a four-phase Delphi consensus co-prioritization methodology. In phase 1, a systematic review of published interventions and global consultation of perioperative healthcare professionals were used to longlist interventions. In phase 2, iterative thematic analysis consolidated comparable interventions into a shortlist. In phase 3, the shortlist was co-prioritized based on patient and clinician views on acceptability, feasibility, and safety. In phase 4, ranked lists of interventions were presented by their relevance to high-income countries and low–middle-income countries. Results In phase 1, 43 interventions were identified, which had low uptake in practice according to 3042 professionals globally. In phase 2, a shortlist of 15 intervention domains was generated. In phase 3, interventions were deemed acceptable for more than 90 per cent of patients except for reducing general anaesthesia (84 per cent) and re-sterilization of ‘single-use’ consumables (86 per cent). In phase 4, the top three shortlisted interventions for high-income countries were: introducing recycling; reducing use of anaesthetic gases; and appropriate clinical waste processing. In phase 4, the top three shortlisted interventions for low–middle-income countries were: introducing reusable surgical devices; reducing use of consumables; and reducing the use of general anaesthesia. Conclusion This is a step toward environmentally sustainable operating environments with actionable interventions applicable to both high– and low–middle–income countries

Diseño e implementación de una interfaz de comunicación via SPI entre un DSP de TI y un UC de microchip

Los inversores (convertidores electrónicos de potencia de tensión continua DC a tensión alterna AC) se encargan de tratar la energía solar captada por paneles solares (DC) y entregar de forma adecuada a la red eléctrica (AC) para su distribución a los centros de consumo. Éste proyecto se elabora a partir de un inversor en fase de desarrollo en el laboratorio de electrónica de potencia de la EPSEVG y pretende lograr desarrollar la comunicación entre un microcontrolador y un procesador digital de señal, DSP. La comunicación se basa en un protocolo serie basado en cuatro hilos que se denomina SPI. Mediante ésta comunicación se pretende cambiar en tiempo real, ganancias de control que forman parte del control del inversor y que son fundamentales para su funcionamiento. En el circuito diseñado con el microcontrolador se ha realizado un programa pensado para elegir la ganancia deseada y transferirla mediante el protocolo SPI al DSP (que constituye el núcleo de proceso de la etapa de control del inversor en cuestión). El objetivo de éste planteamineto es facilitar y reducir el tiempo de pruebas de los algoritmos de control que se han realizado para el inversor. Ayudando en última instancia al investigador en su tarea de optimizar dicho control. Para llevar a cabo esta tarea se ha tenido que programar ambas partes, es decir, un programa que soporta la parte de interface con usuario y de comunicación con DSP, y un programa para recoger los datos transferidos hacia la DSP. En la parte de la DSP hay un convertidor digital-analógico DAC que funciona también con este protocolo y que se ha hecho funcionar desde la parte del DSP. La función de este DAC es la de facilitar la monitorización de variables internas de control del inversor en tiempo real. En el presente proyecto de final de carrera se tendrá en cuenta los siguientes apartados: 1.-Planteamiento sobre la necesidad de diseñar e implementar una interfaz de comunicación entre la etapa de control y el investigador para un manejo en tiempo real. 2.-Análisis del flujo de trabajo dentro de la aplicación. 3.- Diseño de la aplicación y estudio de las tecnologías utilizadas para dicha implementación. Puede apreciarse el resultado consultando el siguiente enlace: http://picasaweb.google.com/proyectointerfac

Diseño e implementación de una interfaz de comunicación via SPI entre un DSP de TI y un UC de microchip

Los inversores (convertidores electrónicos de potencia de tensión continua DC a tensión alterna AC) se encargan de tratar la energía solar captada por paneles solares (DC) y entregar de forma adecuada a la red eléctrica (AC) para su distribución a los centros de consumo. Éste proyecto se elabora a partir de un inversor en fase de desarrollo en el laboratorio de electrónica de potencia de la EPSEVG y pretende lograr desarrollar la comunicación entre un microcontrolador y un procesador digital de señal, DSP. La comunicación se basa en un protocolo serie basado en cuatro hilos que se denomina SPI. Mediante ésta comunicación se pretende cambiar en tiempo real, ganancias de control que forman parte del control del inversor y que son fundamentales para su funcionamiento. En el circuito diseñado con el microcontrolador se ha realizado un programa pensado para elegir la ganancia deseada y transferirla mediante el protocolo SPI al DSP (que constituye el núcleo de proceso de la etapa de control del inversor en cuestión). El objetivo de éste planteamineto es facilitar y reducir el tiempo de pruebas de los algoritmos de control que se han realizado para el inversor. Ayudando en última instancia al investigador en su tarea de optimizar dicho control. Para llevar a cabo esta tarea se ha tenido que programar ambas partes, es decir, un programa que soporta la parte de interface con usuario y de comunicación con DSP, y un programa para recoger los datos transferidos hacia la DSP. En la parte de la DSP hay un convertidor digital-analógico DAC que funciona también con este protocolo y que se ha hecho funcionar desde la parte del DSP. La función de este DAC es la de facilitar la monitorización de variables internas de control del inversor en tiempo real. En el presente proyecto de final de carrera se tendrá en cuenta los siguientes apartados: 1.-Planteamiento sobre la necesidad de diseñar e implementar una interfaz de comunicación entre la etapa de control y el investigador para un manejo en tiempo real. 2.-Análisis del flujo de trabajo dentro de la aplicación. 3.- Diseño de la aplicación y estudio de las tecnologías utilizadas para dicha implementación. Puede apreciarse el resultado consultando el siguiente enlace: http://picasaweb.google.com/proyectointerfac

Energy buffer dimensioning through energy-erlangs in spatio-temporal-correlated energy-harvesting-enabled wireless sensor networks

Energy-harvesting-enabled wireless sensor networks (EHE-WSN), despite their disruptive potential impact, still present several challenges precluding practical deployability. In particular, the low power density and random character of the ambient energy sources produce slow deep fadings in the energy that nodes harvest. Unfortunately, the capacity of the energy buffers is very limited, causing that, at some times, the node might interrupt its operation due to lack of stored energy. In this context, a general purpose framework for dimensioning the energy buffer is provided in this work. To achieve this, a dynamics-decoupled, multi-source capable energy model is presented, which can handle fast random patterns of the communications and the energy harvesting, while it can capture slow variations of the ambient energy in both time and space. By merging both dynamics, the model can more accurately evaluate the performance of the sensor node in terms of the energy storage capacity and to estimate the expected energy of the neighboring nodes. In order to evaluate the performance of the sensor node, a statistical unit for energy harvesting resources, referred as the Energy-Erlang (E2), has been defined. This unit provides a link between the energy model, the environmental harvested power and the energy buffer. The results motivate the study of the specific properties of the ambient energy sources before the design and deployment. By combining them in this general-purpose framework, electronics and network designers will have a powerful tool for optimizing resources in EHE-WSNs.Peer Reviewe

On the modeling of switched capacitor converters with multiple outputs

The internal nodes of switched capacitor converters can be used to provide multiple pulsed width modulated voltages that, in combination with filter inductors, can extend the available dc outputs. Such converter architecture requires models that accurately predict the behaviour of switched capacitor converters operated in current output mode. Based on the well-known output impedance model, a new circuit representation is proposed for converters with multiple current-loaded outputs. A characterization methodology is developed to determine the parameters of said model. Predictions of the new model compare favorably to circuit simulations and experimental measurement

Energy buffer dimensioning through energy-erlangs in spatio-temporal-correlated energy-harvesting-enabled wireless sensor networks

Energy-harvesting-enabled wireless sensor networks (EHE-WSN), despite their disruptive potential impact, still present several challenges precluding practical deployability. In particular, the low power density and random character of the ambient energy sources produce slow deep fadings in the energy that nodes harvest. Unfortunately, the capacity of the energy buffers is very limited, causing that, at some times, the node might interrupt its operation due to lack of stored energy. In this context, a general purpose framework for dimensioning the energy buffer is provided in this work. To achieve this, a dynamics-decoupled, multi-source capable energy model is presented, which can handle fast random patterns of the communications and the energy harvesting, while it can capture slow variations of the ambient energy in both time and space. By merging both dynamics, the model can more accurately evaluate the performance of the sensor node in terms of the energy storage capacity and to estimate the expected energy of the neighboring nodes. In order to evaluate the performance of the sensor node, a statistical unit for energy harvesting resources, referred as the Energy-Erlang (E2), has been defined. This unit provides a link between the energy model, the environmental harvested power and the energy buffer. The results motivate the study of the specific properties of the ambient energy sources before the design and deployment. By combining them in this general-purpose framework, electronics and network designers will have a powerful tool for optimizing resources in EHE-WSNs.Peer Reviewe

A study on multi-level PWM and asynchronous Sigma Delta modulations for enhanced bandlimited signal tracking in switching power amplifiers

This work deals with multi-level switching amplifiers, in the context of high-efficiency power amplification for signal tracking applications. In particular, this paper evaluates the reduction in the error signal's power due to multi-level power amplification (compared to conventional two-level amplifiers) and compares the performance of two multi-level pulse modulations: PWM and Asynchronous ${{Sigma}} {{Delta}}$ Modulation. First the intrinsic bandwidth limits of multi-level switching amplifiers are inferred, to clearly state the advantages and limitations of multi-level power amplification. From the existing analyses of Pulse Width Modulation already reported in the literature, PWM is herein extended to multiple levels based on an equivalent representation, which allows to derive a closed expression for the power spectrum of multi-level PWM in bandlimited signal tracking. The Asynchronous ${{Sigma}} {{Delta}}$ Modulation is extended to multiple levels and the resulting multi-level encoding algorithm is analyzed in both time and frequency domains. The performance of both modulations is characterized and compared at different operating frequencies and using different number of levels. The main outcomes of this in-depth characterization show that, if the switching frequency is high enough, the tracking error is independent of the modulation and the switching frequency, i.e., it only depends upon the number of levels, which points out the suitability of asynchronous modulations for relatively low switching frequencies (compared to the number of levels).Peer ReviewedPostprint (published version