http://hdl.handle.net/10498/6759 2026-05-09T16:24:30Z 2026-05-09T16:24:30Z Remigio Carmona, Paula http://hdl.handle.net/10498/38386 2026-01-21T01:03:44Z 2025-10-31T00:00:00Z

Técnicas de análisis exploratorio de datos y estrategias de visualización multidimensional del suministro eléctrico basadas en estadísticos de orden superior: indicadores globales para instrumentación moderna Remigio Carmona, Paula Esta tesis doctoral propone un enfoque multidimensional para el análisis de la calidad del suministro eléctrico, integrando indicadores tradicionales y no tradicionales, herramientas de visualización avanzadas y técnicas de inteligencia artificial, con el objetivo principal de desarrollar nuevos métodos de medición que permitan caracterizar y clasificar eventos eléctricos complejos que surgen en redes modernas, marcadas por la creciente incorporación de energías renovables y comportamientos no lineales. La investigación comienza con una revisión exhaustiva de la literatura, identificando lagunas en los enfoques tradicionales, particularmente en la detección y diferenciación de eventos híbridos. A partir de este análisis, se seleccionaron indicadores tradicionales clave de calidad del suministro eléctrico (factor de cresta, THD, SNR), y se complementaron con estadísticos de orden superior. Posteriormente, se utilizó un indicador global para combinarlos, proporcionando una visión unificada del estado de la red eléctrica. Además, se desarrollaron gráficos radar como herramientas visuales optimizadas para facilitar la interpretación de fenómenos eléctricos tanto a expertos como a usuarios con menor experiencia técnica, así como impedir interpretaciones subjetivas del sistema objeto de estudio. Los métodos desarrollados se validaron utilizando, en primer lugar, señales sintéticas que modelan perturbaciones eléctricas puras, es decir, eventos aislados. Estas perturbaciones proceden de set de datos previamente publicados en bases de datos de prestigio, como la plataforma IEEE DataPort. Además, se utilizaron señales reales obtenidas por el grupo de investigación PAIDI-TIC-168, que monitoriza la instalación eléctrica de la Universidad. Los resultados demostraron una precisión cercana al 100% en la detección de eventos sintéticos y de eventos reales como sags, y del 29.79% para transitorios impulsivos reales. En comparación con métodos tradicionales, las herramientas desarrolladas ofrecieron mejoras significativas en la detección de eventos como notches (73%), transitorios impulsivos (54%) y spikes (38%). Asimismo, la tasa de éxito en la clasificación de las perturbaciones, a través de un árbol de decisiones diseñado en base a los indicadores, osciló entre el 90% y el 100%, en función de la perturbación analizada. En resumen, la tesis demuestra que combinaciones seleccionadas de indicadores, técnicas y herramientas de procesamiento de señales, junto con herramientas de IA y visualización, mejoran el análisis de PQ, facilitando la detección de perturbaciones específicas.; This doctoral thesis proposes a multidimensional approach to power supply quality analysis, integrating traditional and non-traditional indicators, advanced visualization tools, and artificial intelligence techniques. The general objective consists of developing new measurement methods for characterizing and classifying complex electrical events that arise in modern electrical networks, marked by the growing incorporation of renewable energies and nonlinear behaviours. The research begins with an exhaustive literature review, identifying gaps in traditional approaches, particularly in the detection and differentiation of hybrid events. Based on this analysis, key traditional power quality indicators were selected (crest factor, THD, SNR) and complemented by higher-order statistics. Subsequently, a global indicator has been used to combine them all, providing a unified view of the electrical network’s state. Additionally, radar charts were developed as optimized visual tools to facilitate the interpretation of electrical phenomena for both experts and users with less technical experience, and also to avoid subjective interpretations of the system under test. The developed methods have been validated using, first, synthetic signals that model pure electrical disturbances, that is, isolated disturbances. These disturbances come from previously published data sets, in prestigious databases, such as the IEEE Data-Port platform. Additionally, real signals were used, obtained by the PAIDI-TIC-168 research group monitoring the University's electrical installation. The results demonstrated nearly 100% accuracy in detecting synthetic events and real-life events like sags, and 29.79% for real impulsive transients. Compared to traditional methods, the developed tools showed significant improvement in detecting events such as notches (73%), impulsive transients (54%) and spikes (38%). Furthermore, the success rate in classifying disturbances, using a decision tree based on the indicators, ranged from 90% to 100%, depending on the disturbance under test. To sum up, the thesis demonstrates that selected combinations of indicator, signal processing techniques and tools, along with AI and visualization tools improves PQ analysis, making easier the detection of specific disturbances.

2025-10-31T00:00:00Z Vílchez Membrilla, José Antonio http://hdl.handle.net/10498/38264 2026-01-10T01:06:20Z 2024-06-27T00:00:00Z

Bobinas óptimas para bioingeniería y electrónica Vílchez Membrilla, José Antonio La estimulación magnética transcraneal, TMS, es una técnica clínica no invasiva empleada para modelar la actividad de cerebral que ha sido usada con éxito en aplicaciones médicas asociadas a trastornos neurológicos como la depresión, enfermedad de Parkinson o la esquizofrenia, entre otros. Actualmente, presenta prometedoras aplicaciones en el ámbito de la neurociencia y un enorme potencial como herramienta de terapia y de diagnóstico, especialmente al combinarla con otras técnicas clínicas como la imagen por resonancia magnética, MRI, o la tomografía por emisión de positrones, PET. La tasa de éxito de esta técnica está asociada a límites en el diseño electrónico del dispositivo ya que una estimulación completamente focalizada y ajustada a la estructura conocida del cerebro supone un avance decisivo en la mejora del paciente. Sin embargo, las bobinas TMS existentes en la actualidad no permiten una gran focalización ni profundidad de la estimulación generada. Además, el uso conjunto de TMS con las técnicas clínicas mencionadas conllevan un desafío técnico difícil de solventar, como es el caso de la aplicación conjunta de TMS y MRI. Los elevados campos magnéticos presentes en el interior los escáneres MRI provocan altas fuerzas de Lorentz que pueden derivar en el fallo de la bobina, presentando incluso potenciales riesgos para el paciente. El objetivo de este trabajo consiste en el desarrollo y la evaluación de un innovador método para el diseño de dispositivos electrónicos para TMS de altas prestaciones, capaces de producir de una forma eficiente estimulaciones más focalizadas, más profundas y que sean estables mecánicamente bajo campos magnéticos elevados. Para este fin, el trabajo incluye la presentación de un formalismo matemático basado en el método de los elementos de contorno inverso, IBEM, formulado en términos de una función stream, a partir del cual se podrán formular distintos problemas de optimización sujetos a distintas condiciones como puede ser maximizar el campo magnético o minimizar la potencia disipada entre otras. La solución a estos problemas de optimización, descritos a partir de un formalismo matemático basado en el uso de Supporting Vectors, permite obtener el cableado de la bobina TMS que cumplirá con las restricciones impuestas en el problema de optimización inicial. De esta forma, en este trabajo se desarrollarán bobinas TMS para aplicaciones de estimulación profunda, dTMS, y bobinas que minimicen las fuerzas de Lorentz con el objetivo de obtener dispositivos estables mecánicamente en el interior de escáneres MRI. Además, dada la potente herramienta para el diseño de bobinas que se desarrolla, se plantea su utilización en otras áreas de la ingeniería como puede ser el desarrollo de transductores para la calibración de sensores magnéticos para la detección de ondas gravitacionales en el espacio a partir del diseño de bobinas en placas de circuito impreso, PCB. Los resultados obtenidos en el trabajo son prometedores, mostrando una clara mejora con respecto a los dispositivos TMS actuales. La utilización del método IBEM junto con el formalismo basado en los Supporting Vectors permite obtener bobinas con cualquier tipo de geometría que produzcan estimulaciones profundas y focalizadas para aplicaciones dTMS. Además, se consigue diseñar dispositivos para aplicaciones TMS en el interior de escáneres MRI que mejoran a los actuales. Estas bobinas operan de manera más segura y son más estables mecánicamente en el bajo elevados campos magnéticos. Además, se diseña una bobina PCB bajo el proyecto MELISA-III para la caracterización de sensores magnéticos para la detección de GWs. El proyecto MELISA-III se lanzó a órbita LEO a finales de 2023.

2024-06-27T00:00:00Z Lara Doña, Alejandro http://hdl.handle.net/10498/37254 2025-09-18T00:06:46Z 2025-03-10T00:00:00Z

Sistema integrado de registro y análisis de la respuesta pupilar en roedores aplicación al estudio del dolor y del locus coeruleus Lara Doña, Alejandro Las teorías actuales sugieren que el dolor crónico puede inducir cambios funcionales responsables del desarrollo de alteraciones afectivas y cognitivas, como ansiedad, depresión, y déficits en la memoria de trabajo y toma de decisiones. Se postula que tanto el dolor crónico como la depresión y la ansiedad podrían compartir mecanismos neurobiológicos comunes, siendo el dolor crónico un factor de riesgo para la aparición de los trastornos afectivos. El Locus Coeruleus (LC), la principal fuente de síntesis cerebral de noradrenalina emerge como una región clave para estudiar los circuitos cerebrales implicados en esta comorbilidad. Sin embargo, el rol del sistema noradrenérgico-LC en el dolor crónico aún no está completamente definido. El LC está relacionado con el comportamiento ansioso y depresivo en modelos de dolor neuropático, lo que refuerza su propuesta como núcleo crítico en la comorbilidad entre dolor crónico y trastornos afectivos. Debido a las dificultades de acceso al LC en humanos, se precisa del uso de técnicas no invasivas para su estudio. Existen evidencias en humanos, primates y roedores que indican que las variaciones en el tamaño de la pupila no inducidas por cambios en el nivel de iluminación están correlacionadas con el nivel de alerta, atención y procesamiento cognitivo. En roedores y primates, se ha demostrado que los cambios en el diámetro de la pupila pueden reflejar cambios en la actividad neuronal del LC. Además, los estímulos nociceptivos evocan la dilatación pupilar junto con la activación del LC. Por ello el objetivo principal de esta tesis doctoral ha sido el de abordar el estudio de la pupilometría como técnica no invasiva, fiable y fácilmente accesible para evaluar los cambios en la actividad del sistema noradrenérgico-LC, dada su implicación en la fisiopatología del dolor crónico y en la comorbilidad dolor crónico-trastornos afectivos como la ansiedad o la depresión. Para lograrlo, se ha desarrollado un nuevo sistema experimental para su uso en modelos animales. Este sistema engloba un diseño mecánico, técnicas de inteligencia artificial y de procesamiento de imágenes para la medición automática y binocular del diámetro pupilar. Además, integra tecnologías de optogenética comerciales para la manipulación selectiva de la actividad del LC y de registro de señales electrofisiológicas (potenciales de campo local). De forma complementaria, se han desarrollado herramientas de análisis que parametrizan el entorno experimental, permitiendo la caracterización precisa y dinámica de la respuesta pupilar mediante nuevas métricas que capturan la magnitud y velocidad de la dilatación pupilar. Todos estos desarrollos se han evaluado con diferentes paradigmas experimentales, incluyendo experimentos en animales sanos y con dolor a largo plazo, para analizar la relación entre la actividad del LC, el tamaño pupilar y la respuesta nociceptiva. Los resultados obtenidos corroboran que la fotoactivación mediante el uso de técnicas de optogenética de las neuronas noradrenérgicas del LC es capaz de producir una respuesta de dilatación pupilar en animales sanos, y se han evidenciado diferencias sexuales en la respuesta pupilar. Además, estas diferencias en la respuesta pupilar entre sexos se produjeron tanto en animales sanos como en modelos con dolor neuropático a largo plazo, y la respuesta pupilar correlacionó con los cambios en la actividad del LC en respuesta a estímulos nociceptivos, lo que respalda su uso como biomarcador no invasivo. La integración de la medida de la actividad electrofisiológica permitió registrar de manera sincronizada la actividad neuronal del LC y la dilatación pupilar, proporcionando una visión más completa de los mecanismos subyacentes. En conclusión, este trabajo establece una metodología robusta para el estudio, vía un biomarcador indirecto como la respuesta pupilar, de la actividad del LC y su relación con el dolor. La pupilometría se presenta como una herramienta prometedora, con gran potencial de traslacionalidad clínica. Este enfoque multidisciplinar, que combina neurociencia, ingeniería biomédica, de sistemas y automática e inteligencia artificial, aspira a contribuir significativamente a la comprensión de los mecanismos neurobiológicos subyacentes, lo que podría contribuir al desarrollo de nuevos enfoques terapéuticos.

2025-03-10T00:00:00Z Kreß, Jannis http://hdl.handle.net/10498/35491 2025-02-19T01:07:28Z 2024-01-01T00:00:00Z

Development and performance of a velocity control system for modern combustion-powered scooters Kreß, Jannis This doctoral thesis covers the development of a velocity-controlled Throttle-by-Wire-System for modern four-stroke 50 cc scooters (Euro 5). Further, the system performance, fuel-saving effect and exhaust optimization was investigated. The European Parliament has adopted major CO2 emission reductions by 2030. But modern combustion-powered scooters are inefficiently restricted and emit unnecessary amounts of CO2. Replacing the original restriction method with the velocity-controlled Throttle-by-Wire-System, the engines operating point is being improved significantly. Controlling the throttle valve opening prevents an inefficient ignition timing shift. The Throttle-by-Wire-System consists of an anisotropic magnetoresistance throttle position sensor and a position controlled stepper motor-driven throttle valve actuator. The sensor unit comes with a measurement deviation of less than 0.16% whereas the actuator unit can approach throttle valve positions with a deviation of less than 0.37%. The actuators settling time does not exceed 0.13 seconds in the case of stable, step-loss free and noiseless operation. A redundant wheel speed sensor measures the vehicle velocity using the Hall effect with a precision of 0.04 km/h. The entire system is managed by a central ECU, executing the actual velocity control, fail-safe functions, power supply and handling inputs/outputs. For velocity control, an adaptive PI-controller has been simulated, virtually tuned and implemented, limiting the top speed regulated by legal constraints (45 km/h). By implementing a humanmachine interface, including a virtual dashboard, the system is capable of interfacing with the rider. For sensor evaluation, Hardware-in-the-Loop test benches have been developed. During test drives, a specially developed measurement box logs vehicle orientation, system/control variables and engine parameters. A Peugeot Kisbee 50 4T (Euro 5) severed as test vehicle. The system has been evaluated regarding performance and fuel efficiency both through simulation and road testing. Fuel savings of 13.6% in real-world test scenarios were achieved while maintaining vehicle performance. Finally, the system behavior, the combustion process and the exhaust gas composition were investigated. The original and the optimized restriction were subjected to various load points on a roller dynamometer at top speed. The resistance parameters required, were previously determined in a coast down test. When driving on level ground, a difference of 50% in the throttle opening leads to a 17% improvement in fuel economy. By measuring the engine parameters, the optimum ignition timing could be proven with increasing internal cylinder pressure. Further, 17% reduction in exhaust gas flow was demonstrated. CO emissions decreased by a factor of 8.4, CO2 by 1.17 and HC by 2.1 while NOx increased by a factor of 3. Overall, the exhaust emissions at top speed have been significantly improved with regard to the existing emission standards. By comparing the CO2 equivalents of the test vehicle with a modern electric scooter, a CO2 saving of 21% could be estimated over the life cycle favoring the combustion engine.

2024-01-01T00:00:00Z