APRÈN. Portal de la producció docent del professorat de la UPC

Aquest treball de final de grau té com a objectiu principal l'estudi i implementació del control digital en convertidors electrònics de potència intercalats, amb un enfocament específic en les configuracions monofàsiques d'inversors (cc-ca) i rectificadors (ca-cc). L'intercalat de corrents (interleaving) es presenta com una tècnica clau per reduir l'ondulació del corrent i millorar l'eficiència en aquests dispositius, amb aplicacions que abasten des de sistemes d'energia renov- able fins al transport elèctric i l'electrònica de consum. El treball combina una anàlisi teòrica basada en models matemàtics en temps discret i una val- idació pràctica mitjan¸cant simulacions en MATLAB. S'han considerat diferents configuracions: una entrada sense retard, una entrada amb retard i fins a tres entrades, amb l'objectiu d'avaluar el comportament dinàmic dels sistemes. Els resultats obtinguts permeten analitzar la resposta del sistema des del punt de vista del control, incloent-hi l'estabilitat, la velocitat d'establiment i la reducció de les ondulacions. En conjunt, aquest estudi no només valida la viabilitat i els avantatges del control digital en sistemes intercalats, sinó que també ofereix un punt de partida sòlid per a futurs aven¸cos en aquest camp.

Aquest treball de final de grau té com a objectiu principal l'estudi i implementació del control digital en convertidors electrònics de potència intercalats, amb un enfocament específic en les configuracions monofàsiques d'inversors (cc-ca) i rectificadors (ca-cc). L'intercalat de corrents (interleaving) es presenta com una tècnica clau per reduir l'ondulació del corrent i millorar l'eficiència en aquests dispositius, amb aplicacions que abasten des de sistemes d'energia renov- able fins al transport elèctric i l'electrònica de consum. El treball combina una anàlisi teòrica basada en models matemàtics en temps discret i una val- idació pràctica mitjan¸cant simulacions en MATLAB. S'han considerat diferents configuracions: una entrada sense retard, una entrada amb retard i fins a tres entrades, amb l'objectiu d'avaluar el comportament dinàmic dels sistemes. Els resultats obtinguts permeten analitzar la resposta del sistema des del punt de vista del control, incloent-hi l'estabilitat, la velocitat d'establiment i la reducció de les ondulacions. En conjunt, aquest estudi no només valida la viabilitat i els avantatges del control digital en sistemes intercalats, sinó que també ofereix un punt de partida sòlid per a futurs aven¸cos en aquest camp.

Aquest treball presenta el disseny i implementació d'un controlador per a un convertidor SEPIC (Single-Ended Primary Inductor Converter) que garanteix una tensió de sortida constant independentment de les variacions en la càrrega resistiva. Per fer-ho, s'ha realitzat una modelització matemàtica del convertidor en gran senyal i s'han buscat els seus punts d'operació. Posteriorment, s'ha linealitzat el model al voltant del punt d'operació. A partir del model lineal obtingut, s'ha definit el sistema de control i les especificacions necessàries per tal de dissenyar el controlador digital. El disseny ha estat validat mitjançant simulacions en un model mitjà amb un comportament aproximat al model de commutació per comprovar el manteniment de la tensió de sortida en un rang de condicions operatives.

Power electronic components are becoming essential for the present and future grids, giving useful services apart from integrating electrical vehicles (EV), renewable energies or batteries. Voltage Source Converters (VSCs) are a good option to ensure the stability of the grid when there is a fault, which is known as Fault-Ride Through (FRT). In most cases the fault is unbal- anced, which affects directly the control of the power electronic device, having to add a positive and negative sequence control. Despite the wide use of the symmetrical components in the lit- erature, their explanation is not clear in the literature. This thesis aims to explain what are these components and how they can be calculated. Furthermore, the analysis of the symmetrical se- quences is used to try to obtain a small-signal model of a VSC with positive and negative control directly from the sequences. The objective is to use the linear model to analyse the stability and design the controls taking into account the effect of the asymmetry. This thesis also explains the limitations of the presented methodology due to the coupling between positive and negative se- quence components at 0 Hz and 100 Hz. Finally, the obtained model is analysed to identify the differences in the dynamics with respect to a model with positive sequence control.

Power electronic components are becoming essential for the present and future grids, giving useful services apart from integrating electrical vehicles (EV), renewable energies or batteries. Voltage Source Converters (VSCs) are a good option to ensure the stability of the grid when there is a fault, which is known as Fault-Ride Through (FRT). In most cases the fault is unbal- anced, which affects directly the control of the power electronic device, having to add a positive and negative sequence control. Despite the wide use of the symmetrical components in the lit- erature, their explanation is not clear in the literature. This thesis aims to explain what are these components and how they can be calculated. Furthermore, the analysis of the symmetrical se- quences is used to try to obtain a small-signal model of a VSC with positive and negative control directly from the sequences. The objective is to use the linear model to analyse the stability and design the controls taking into account the effect of the asymmetry. This thesis also explains the limitations of the presented methodology due to the coupling between positive and negative se- quence components at 0 Hz and 100 Hz. Finally, the obtained model is analysed to identify the differences in the dynamics with respect to a model with positive sequence control.

This project's objective is the design and construction of a microphone signal to line level amplifier for recording studio use, using vacuum tube technology. In the professional audio and audiophile fields, tubes are very renowned and desired, because they give a certain character to the recordings that's difficult to obtain with other more modern technologies. During this dossier, the calculations and tests will be described as to develop useful equipment, of the highest possible quality and with a restrained economic cost

Los convertidores de tensión en corriente continua juegan un papel fundamental en la actualidad ya que actúan de enlace entre la tensión de red y una carga cualquiera, que requiere una tensión de entrada diferente a la proporcionada por la red para su funcionamiento. Por ejemplo, en un circuito de corriente continua en el cual una carga necesita ser alimentada con una tensión V mientras que la red posee una tensión E. En ese momento es en el cual entran en juego los convertidores de tensión CC-CC. Su papel es el de transformar la tensión E en una tensión V para que la carga pueda ser alimentada. Se podría decir, de un modo tosco, que su función es comparable con la acción de los transformadores en corriente alterna. Los convertidores de tensión CC-CC son convertidores que trabajan en conmutación, almacenando energía de entrada en inductores y condensadores, para posteriormente entregar un voltaje diferente en la salida. Dependiendo del caso de aplicación se emplean diversos convertidores de tensión CC-CC, que se clasifican según su respectiva relación entre las tensiones de entrada y de salida. Por un lado existen los convertidores elevadores, cuya función es proporcionar una tensión de salida mayor a la tensión de entrada del convertidor. Por otro, los convertidores reductores, que permiten obtener una tensión de salida menor a la de entrada. Y por último, los reductores-elevadores que permiten obtener un voltaje de salida mayor o menor a la tensión de entrada. Los más conocidos son el convertidor elevador de tipo “Boost”, el convertidor reductor “Buck” y el convertidor reductor-elevador “Buck-Boost”. De los convertidores-reductores citados anteriormente destaca el convertidor reductor “Buck”, que es capaz de reducir la tensión con un rendimiento generalmente mayor al 95 %. Y que por tanto, al tener pocas pérdidas, permite obtener un convertidor denso, de reducido tamaño y peso y con un incremento de temperatura bajo. Nada comparable con la función que desempeñaría un divisor de tensión, que reduciría la tensión con un rendimiento reducido además de poseer una baja fiabilidad ya que aumentaría considerablemente la temperatura, siendo necesario un sistema de refrigeración adecuado. Sin embargo, para llevar a cabo la implementación de este convertidor reductor se necesita un sistema de control fiable que permita un sencillo y correcto funcionamiento del convertidor. Para ello, entran en escena los controladores reductores histeréticos, que en contraposición a los controladores clásicos “todo/nada”, permiten establecer intervalos para un mayor control de la conmutación. En otras palabras, abren un abanico de posibilidades para un diseño mucho más robusto del convertidor, evitando problemas tales como el exceso de conmutación que pueden desencadenar la rotura del actuador.

A boost high-power-factor ac/dc converter is designed. The converter presents a bi-directional power flow capability. A bias capacitor connected in series with the ac source provides a dc voltage boost at the input. Accordingly, a voltage that is always positive is applied at the input of a conventional boost dc/dc converter. A bi-directional dc/dc boost converter is employed to couple the ac side with the dc output. The converter can be controlled with a sinusoidal average current at the ac side that is either in phase or 180o out of phase with the ac source. Therefore, this design can works with an unity power factor in rectification mode or inversion mode. The topology was employed for the design of an ac/dc battery charger with a unity power factor for rated power of 2 kVA. IGBT devices with anti-parallel diodes are used as switches. Replacing the diode bridge it can eliminates crossover distortions that are inevitable in a conventional Active Power Factor Correction (APFC) circuit with diode rectification bridge at its front end. Removing the diode bridge and usage of two bi-directional switches allows for bi-directional instantaneous power flow which makes possible operation in the inversion mode, in which power is transferred from the dc source to the ac source. At any instance of time only one semiconductor device conducts (as opposed to three or two in conventional rectifiers), which results in higher efficiency. The proper design of the control loops guaranties the output voltage regulation and operation with a unity power factor and low harmonic distortion despite to the load variations or the grid harmonic contents.

El projecte disseny, codificació i posada en marxa d'un sistema SCADA per a una línia de producció de resines, mostra com aplicar el programari PI de OSISOFT a la planta de producció de resines líquides de Sant Celoni de l'empresa Arkema Química S.A. per tal de poder disposar d'un SCADA en ordinadors de la xarxa de gestió i no sols en la computadora del sistema de control, i es mostren les millores que aquest programari pot implicar en el procés de producció. Per tal d'assolir l'objectiu de disposar d'un SCADA en la xarxa de gestió, es duu a terme un estudi del sistema de control actual i un estudi del sistema basat en PI, per tal de definir les variables que es mostraran en els SCADA. Amb aquesta informació provinent de les variables, es creen els gràfics sinòptics i de tendències dels diferents sistemes de la línia de producció, d'emmagatzematge i de la reducció d'emissions d'aquesta part de la planta. Per tal de que el seguiment de la línia de producció sigui més acurat i es pugui realitzar un seguiment de la producció en temps real, es digitalitza la informació provinent del seguiment de lots. Com a estudis finals es mostra la posada en marxa de l'SCADA i la previsió de posada en marxa del seguiment de lots i es realitza un estudi econòmic i de sostenibilitat els quals mostren les despeses del projecte i l'impacte d'aquest sobre el medi ambient. L'essència d'aquest projecte és la transferència de variables termodinàmiques i de posicionament de vàlvules, entre dues xarxes de dades, motiu pel qual els aspectes químics del procés de producció s'esmenten però no es defineixen. Tampoc es mostren els valors de les variables, ni de les primeres matèries per motius de confidencialitat.

L'objectiu d'aquest projecte és la selecció i disseny dels sistemes motors, actuadors i controladors per completar el disseny d'una màquina de soldar, proporcionada per l'empresa Oliva Torras. Aquesta màquina ha d'automatitzar un procés de soldadura que actualment és manual. Es desenvolupen les següents parts de la màquina:  Sistema que acciona el gir d'una taula, on van col·locades les peces a soldar.  Sistema automàtic que permet el moviment de la pistola de soldadura fins al punt d'unió entre peces a soldar.  Selecció dels controladors d'aquests dos sistemes. Per a dissenyar el sistema que acciona el gir de la taula, se'n fa un estudi cinemàtic i dinàmic. Es busca el motor més adequat i el seu controlador, i es comprova que el seus rangs de funcionament s'ajusten als requeriments mitjançant càlculs analítics i simulacions numèriques. Per a moure la pistola de soldadura es dissenya un sistema de dos eixos que permeti mourela en un pla. Es fa una cerca d'elements estàndards en el mercat per a simplificar aquesta tasca. Finalment per a accionar aquest sistema de dos eixos, es necessita també un estudi cinemàtic i dinàmic, buscar el motor més adequat i el seu controlador, fent servir els mateixos mètodes que per al sistema que acciona el gir de la taula. Un cop dissenyats aquests sistemes, es modifica l'estructura de la màquina per a poder-loshi incorporar. El resultat és un sistema automàtic, conformat per un conjunt de components que es poden trobar al mercat i de components dissenyats a mida òptims per a complir les funcions requerides. Com a reflexió final s'observa la dificultat en la selecció òptima d'un motor per accionar un sistema mecànic i la complexitat de simular numèricament el seu comportament. També s'observa que el nivell de profunditat en el que es pot arribar a l'hora de dissenyar un sistema pot ser molt elevat, per tant, s'ha de saber fins a quin punt es suficient arribar per aconseguir un bon resultat.

Aquesta memòria documenta el projecte d'un sistema de visualització per a un procés de producció d'una determinada matèria prima. El control automatitzat d'aquest procés es duu a terme mitjançant un sistema SCADA implementat amb el programa FactoryTalk View Studio del proveïdor Rockwell Automation. En l'actualitat, els operadors de producció ja estan utilitzant les pantalles per al control de tot el procés. El projecte s'ha desenvolupat a l'empresa d'informàtica industrial SPIN, S.A., tot seguint les especificacions donades pel client i adaptant les solucions hardware i software necessàries per satisfer la demanda. Aquest va ser encarregat per una fàbrica que va voler ampliar i millorar el seu procés productiu per tal de millorar la qualitat final del producte i la seva competitivitat dins el sector. El treball de final de grau, realitzat entre Setembre del 2014 i Juny del 2015, descriu com s'ha dissenyat i implementat el sistema SCADA creat exclusivament per aquesta planta amb l'objectiu d'automatitzar les diferents fases de producció, mitjançant un control de distribució, pesada, escalfament i mescla del material així com el registre i la supervisió de les alarmes. Tant mateix s'ha facilitat la unificació de tots els paràmetres per al seu control i modificació des de les pantalles de producció dels operaris.

En aquest document es presenta un resum del procés de disseny de dos sistemes de control d'ajuda a la conducció per a un vehicle elèctric de la Formula Student. Aquests sistemes de control tenen com a finalitat ajudar al pilot a mantenir el control del vehicle en tot moment i optimitzar el comportament dinàmic d'aquest. Això es duu a terme realitzant un model matemàtic del vehicle i calibrant-lo per tal que aquest es comporti de la forma més fidel a realitat. A partir d'aquest model es realitza el disseny dels dos sistemes de control. Primer es realitza el disseny del control de tracció. La finalitat d'aquest sistema de control és que quan un neumàtic llisca, actua en conseqüència per pal·liar aquest problema, d'aquesta manera s'aconsegueix un millor rendiment del vehicle en l'acceleració. Seguidament, es realitza el disseny del control d'estabilitat que ajuda a millorar el pas per corba del vehicle, podent traçar-la a més velocitat. Això comporta una millora del comportament dinàmic del vehicle, i proporciona un augment de la seguretat del pilot. Finalment, s'estudia i es selecciona la interacció dels dos sistemes de control treballant en un mateix vehicle, i així, aconseguir una gestió intel·ligent del parell dels motors.

Actualmente la sociedad se está concienciando cada vez más de la importancia y el alto coste que supone generar energía, y por ello, una buena gestión de la energía se está tornando un imperativo, haciendo de la electrónica de potencia algo indispensable en la industria. Los convertidores de potencia permiten controlar los flujos de potencia eléctrica y adaptar la forma en la que se presenta para adecuarla a las necesidades de cada situación, y todo ello minimizando las pérdidas que se puedan ocasionar en dicha gestión. Sin embargo, para conseguir su objetivo, introducen armónicos de alta frecuencia a la corriente eléctrica. El presente trabajo trata sobre el análisis y diseño de un controlador para un convertidor de potencia de topología SEPIC, siempre desde un marco teórico. El trabajo engloba desde las bases de teoría de circuitos para modelizar el convertidor hasta las simulaciones llevadas a cabo para varias tensiones de alimentación y cargas, pasando por el cálculo de puntos de operación, la dinámica cero del convertidor y el diseño del controlador y sus parámetros. Finalmente se concluye el trabajo con los resultados obtenidos, validando el diseño del controlador obtenido; seguido de un análisis de impacto medioambiental y un presupuesto.

En aquests últims anys s'ha vist incrementada l'oferta de vehicles de passatgers elèctrics, mentre que en els LCV (de l'anglès Light Commercial Vehicle o Vehicle Comercial Lleuger) l'oferta ha estat bastant més reduïda, no obstant s'ha observat un creixent interès d'aquests fabricants en portar la tecnologia elèctrica cap aquest sector. Aquest projecte es descompon en varies etapes. Primer de tot i basant-se en un prototip de LCV elèctric existent, es pretén explicar d'una manera simplificada la transformació que es va dur a terme partint d'un Nissan Cabstar MT de 3,5 tones i motor Diesel per arribar a un vehicle elèctric amb reductor d'una marxa. Generalment, en vehicles de passatgers, amb un motor i un reductor de velocitat el vehicle obté unes prestacions acceptables, però degut a que els LCV són vehicles destinats al transport de mercaderies l'enginyer es veuria obligat a posar un motor elèctric d'unes dimensions destacables o, com en aquest prototip, a acceptar un vehicle elèctric amb unes prestacions poc competitives. Aquest projecte aporta una idea diferent i pretén millorar el disseny utilitzant un motor elèctric de potencia mitja amb una caixa de canvis AMT (de l'anglès Automatized Manual Transmission o Caixa de canvis Manual Automatitzada) de dues marxes. Aquest tipus de caixes tenen una unitat de control que decideix quina marxa posar en funció d'un mapa de canvi que depèn d'unes variables d'entrada. Al ser un estudi de la construcció d'un prototip de baix cost, es pretén utilitzar peces existents o peces de Nissan les quals es poden obtenir via recanvis. En quant a la caixa, es disposa d'una AMT de 6 marxes de les quals s'estudiarà quines dues marxes s'haurien d'utilitzar. Per tant, la primera etapa d'aquest projecte avarca primer l'estudi de quins elements de la línea motriu del vehicle es van suprimir i quins es van afegir per a la construcció del prototip i segon, la realització d'una comparativa per demostrar la justificació d'utilització d'una caixa de dues marxes vers un reductor d'una única marxa. Un cop definida l'especificació de la línea motriu, el segon objectiu d'aquest projecte és desenvolupar una eina informàtica amb MATLAB que permeti obtenir un mapa de canvi de partida introduint-hi com a paràmetres d'entrada l'especificació del vehicle. Un cop obtingut aquest mapa, el tercer i últim objectiu és dissenyar un model de vehicle en SIMULINK en el que es pugui introduir el mapa de canvi anterior i testejar-lo en diferents condicions dinàmiques. Com és un departament específic qui valida aquests mapes de canvi valorant des de les prestacions fins a les sensacions, és complicat obtenir un mapa correcte directament de l'eina. Per això el que es pretén és que entre l'algorisme i les simulacions s'obtingui el mapa més ajustat possible.

De un tiempo a esta parte, y cada vez más, la conciencia de que hay que reducir el consumo innecesario de energía está en la mente de todos, empresas y particulares. Por tanto se convierte en principal reducir los costes. Para reducir los costes se pueden buscar maneras de aumentar la vida útil de los dispositivos o optimizar los sistemas de distribución de energía. En concordancia con este hecho este proyecto se enmarca en la búsqueda de mejorar el suministro eléctrico sobre diferentes dispositivos, tanto a la calidad de la energía suministrada, como la reducción de posibles defectos. Se ha iniciado este proyecto con el modelado de cuatro topologías de convertidor concluyendo que todas excepto una, la topología de inversor con fuentes ideales de tensión en el bus de continua, tras ser modeladas presentaron un modelo bilineal. Ello implica que las variables de estado se encuentran acopladas con las señales de control y por tanto que, únicamente, se podrá realizar un estudio de control convencional con la primera topología. Del modelo A se extrae la función de transferencia con el objetivo de analizar la tensión de salida del convertidor en función de la señal de control de cada fase. Se realiza un acondicionamiento de la señal mediante un sistema de control Adaptive Feedforward Cancellation y se obtiene un seguimiento correcto de la señal de referencia. Pese al conocimiento de sus diferencias con el modelo A, se aplica el mismo control al modelo B y se observan ciertas carencias en la calidad de la señal de salida. Se identifica un posible fallo en referencia al equilibrado de la tensión de los condensadores que forman el bus de continua. Se aplica el modelo C que contiene una rama controlada para equilibrar la tensión de los semibuses de continua. Se diseña un control específico para el control de esta rama. Al realizar la simulación se observa un mejor seguimiento y los armónicos hallados en la respuesta del convertidor para el modelo B han desaparecido. Como conclusión hemos probado y validado en simulación un sistema de control basado en la técnica AFC para las topologías de inversores estudiadas.