Magister en Ciencias de la Ingeniería Electrónica (MSc)

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Para el diseño de sistemas de control es usual utilizar modelos simplificados de la planta que representen sus características esenciales. Con el objetivo de entender el efecto que tiene la presencia de polos y ceros con incertidumbre en el modelo de la planta es que en esta Tesis se propone un modelo nominal de alta frecuencia. Este modelo nominal permitir ‘a desacoplar el diseño del controlador con el del análisis de estabilidad robusta de la planta verdadera. En esta Tesis se obtiene una ley de control estabilizante para plantas con incertidumbre en la posición de sus polos que quede determinada por el ancho de banda del lazo cerrado nominal. Se considera el caso en que se utiliza el modelo de tiempo continuo y el caso en que se utiliza el modelo de tiempo discreto equivalente. En ambos casos se obtienen cotas ínfimas para el ancho de banda nominal que aseguran la estabilidad de lazo cerrado verdadero. En el presente trabajo se propone abordar el control de plantas continuas con incertidumbre, utilizando un modelo nominal basado en su respuesta a alta frecuencia. Para el diseño del controlador se propone utilizar asignación de polos lo que permite parametrizarlo en términos del ancho de banda del lazo cerrado nominal. Además, se utilizaran técnicas de control robusto para asegurar la estabilidad del polinomio de lazo cerrado verdadero que corresponde a una familia de polinomios con incertidumbre. Se trabaja en base a la hipótesis de que al utilizar el modelo nominal y el controlador propuesto, se conseguirá la estabilidad del lazo cerrado al fijar el ancho de banda nominal lo suficientemente rápido. En la Tesis se obtienen cotas ínfimas para la relación entre el ancho de banda nominal y la cota de los polos con incertidumbre. También se obtienen cotas ínfimas para una variante del controlador en el que se incorporan polos en el origen con el fin de solucionar los problemas que aparecen al considerar ceros inciertos en el modelo de la planta verdadera. También se analiza el efecto de los polos con incertidumbre en sistemas de tiempo discreto, por lo que primero se plantea el modelo de la planta discreta para sistemas de bajo orden sin polos y se utiliza el modelo nominal de alta frecuencia el cual tiene el beneficio de que su modelo discreto exacto se obtiene de forma directa por medio de los polinomios de Euler-Frobenius. En este modelo nominal discreto aparecen explícitamente los ceros asintóticos de muestreo, los que se consideran al momento del diseño del controlador y para ilustrar su importancia al operar en alta frecuencia es que se considera un segundo modelo nominal el cual no cuenta con los ceros de muestreo asintóticos. Ya con el modelo discreto verdadero y los dos modelos nominales discretos es que se plantea utilizar un controlador bipropio y el diseño del controlador se hace en función del ancho de banda nominal, bajo la misma hipótesis que en el caso de tiempo continuo, en que se asegura la estabilidad del lazo cerrado verdadero si el ancho de banda nominal es lo suficientemente rápido.

En la actualidad, muchos hogares están adoptando recursos energéticos distribuidos (DER), como sistemas fotovoltaicos solares (PV) y sistemas de almacenamiento de energía con baterías (BESS) que permiten a cada hogar generar y consumir energía. Los avances en el Internet de las cosas (IoT) y la computación en la nube abrieron nuevas oportunidades para el desarrollo de diversas aplicaciones y servicios de redes eléctricas inteligentes. La creciente adopción de dispositivos IoT ha permitido el desarrollo de aplicaciones y soluciones para gestionar el consumo de energía de manera eficiente. El comercio de energía local es una nueva forma de gestión del comercio de energía entre productores y consumidores en el sistema de distribución de energía, lo que permite la venta de energía excedente de forma local. Este trabajo presenta una plataforma de comercio de energía P2P que se compone de un sistema de gestión de energía doméstica (HEMS) IoT-Cloud para recopilar y almacenar datos de consumo de energía y de una arquitectura blockchain que permite el comercio de energía local entre hogares inteligentes en una microred. El enfoque principal es la interpretación entre redes distribuidas P2P, como blockchain y las redes oráculo. La implementación de la arquitectura propuesta IoT-blockchain consiste en una red blockchain Ethereum privada y una red oráculo de Chainlink. Los contratos inteligentes permiten a los productores y consumidores comerciar energía en una subasta abierta mientras solicitan datos de energía externos de una API a través de la red oráculo para el proceso de liquidación. El aporte principal de este trabajo es la integración de estas tecnologías en una implementación real, lo que permite la validación de la posibilidad de ofertar o demandar energía en una microred. Además, se presenta una descripción detallada de la implementación y los resultados obtenidos. Se espera que este trabajo sirva como base para futuras investigaciones en el campo de la gestión de energía distribuida y el comercio de energía local.

La propiedad de estabilidad en cuerda de los sistemas interconectados es fundamental en las aplicaciones de pelotones de vehículos. La presente tesis está enfocada en acortar la brecha en la literatura relacionada con la noción de estabilidad en cuerda cuando los fenómenos estocásticos son una parte inherente del problema. El pelotón bajo análisis está formado por vehículos modelados como sistemas lineales, con topología de seguimiento al predecesor, cuya comunicación se lleva a cabo a través de canales afectados por ruido blanco aditivo. Las dos principales contribuciones son: (a) caracterizar la evolución de la media y la varianza del error de seguimiento de cada vehículo, obteniendo así las condiciones necesarias y suficientes que garantizan la estabilidad en cuerda en dicho escenario estocástico y (b) proponer una definición técnica que permita la evaluación analítica de la propiedad de estabilidad en cuerda. Mediante simulaciones se ilustra el comportamiento del pelotón para los casos estable e inestable en cuerda. Dada la generalidad, tanto de la definición propuesta, como de la metodología de estudio, se espera que este trabajo sirva de guía para el análisis de estabilidad en cuerda en diferentes escenarios estocásticos como por ejemplo: pérdida aleatoria de datos, retardos de tiempo aleatorios, entre muchos otros problemas de comunicación.

En este trabajo se presenta un método de optimización para el perfil de ganancia de un am- plificador Raman distribuido (DFRA) considerando la mezcla de cuatro ondas (FWM) generada a partir de las bombas del mismo. Dicho método consiste en el uso de un algoritmo genético, programado en forma paralela (MPI: Message Passing Interface), que considera los productos FWM generados como nuevas bombas del DFRA, para efectos de la amplificación Raman. La forma de incluir FWM en el proceso de optimización es utilizando el modelo matemático pre- sentado en [23], que permite simular de manera simultánea la interacción entre el esparcimiento Raman estimulado (SRS) y FWM. Se aplicó el algoritmo propuesto a dos sistemas WDM ampli- ficados mediante DFRAs bombeados de manera directa; un DFRA de 20 nm de ancho de banda y amplificado por 3 bombas, y otro de 40 nm de ancho de banda y amplificado por 4 bombas. Además, para ambos casos el parámetro variable en cada simulación es la posición espectral de la longitud de onda de dispersión cromática nula (ZDW). De esta manera, es posible simular los casos crı́ticos de generación FWM, que corresponden a productos FWM degenerados y no- degenerados. En el primer sistema WDM se obtuvieron perfiles de ganancia practicamente planos, con ripples de potencia de salida tan bajos como 0,22 dB, cuando ZDW = 1438,14 nm, y tan altos como 0,58 dB, cuando ZDW = 1450,72 nm. En cuanto al segundo sistema WDM, el menor ripple obtenido es 0,41 dB, cuando ZDW = 1455,85 nm, mientras que el más alto es 0,96 dB, cuando ZDW = 1446,70 nm. El algoritmo demostró un desempeño aceptable en la optimización al obtener un ripple de potencia de salida menor a 1 dB, para todas las posiciones de la ZDW en los dos sistemas WDM presentados. Los resultados obtenidos demuestran que existe un grado de dificultad mayor al optimizar un sistema WDM con productos FWM no-degenerados, debido a que en este caso el intercambio de energı́a entre las señales que interactúan en el proceso FWM, posee un comportamiento oscilatorio más acentuado que en los casos degenerados.