An on-line algorithm of uncertain time delay estimation in a continuous system

In this paper, we present an on-line estimation algorithm for an uncertain time delay in a continuous system based on the observational input-output data, subject to observational noise. The first order Pade approximation is used to approximate the time delay. At each time step, the algorithm combines the well known Kalman filter algorithm and the recursive instrumental variable least squares (RIVLS) algorithm in cascade form. The instrumental variable least squares algorithm is used in order to achieve the consistency of the delay parameter estimate, since an error-in-the-variable model is involved. An illustrative example is utilized to demonstrate the efficacy of the proposed approach.

Planning “Discrete” Movements Using a Continuous System: Insights from a Dynamic Field Theory of Movement Preparation

The timed-initiation paradigm developed by Ghez and colleagues (1997) has revealed two modes of motor planning: continuous and discrete. Continuous responding occurs when targets are separated by less than 60° of spatial angle, and discrete responding occurs when targets are separated by greater than 60°. Although these two modes are thought to reflect the operation of separable strategic planning systems, a new theory of movement preparation, the Dynamic Field Theory, suggests that two modes emerge flexibly from the same system. Experiment 1 replicated continuous and discrete performance using a task modified to allow for a critical test of the single system view. In Experiment 2, participants were allowed to correct their movements following movement initiation (the standard task does not allow corrections). Results showed continuous planning performance at large and small target separations. These results are consistent with the proposal that the two modes reflect the time-dependent “preshaping” of a single planning system.

Continuous-Flow Surface Aeration Systems

An aeration process in ail activated sludge plant is a continuous-flow system. In this system, there is a steady input flow (flow from the primary clarifier or settling tank with some part from the secondary clarifier or secondary settling tank) and output flow connection to the secondary clarifier or settling tank. The experimental and numerical results obtained through batch systems can not be relied on and applied for the designing of a continuous aeration tank. In order to scale up laboratory results for field application, it is imperative to know the geometric parameters of a continuous system. Geometric parameters have a greater influence on the mass transfer process of surface aeration systems. The present work establishes the optimal geometric configuration of a continuous-flow surface aeration system. It is found that the maintenance of these optimal geometric parameters systems result in maximum aeration efficiency. By maintaining the obtained optimal geometric parameters, further experiments are conducted in continuous-flow surface aerators with three different sizes in order to develop design curves correlating the oxygen transfer coefficient and power number with the rotor speed. The design methodology to implement the presently developed optimal geometric parameters and correlation equations for field application is discussed.

Random response of nonlinear continuous systems

This thesis presents a technique for obtaining the stochastic response of a nonlinear continuous system. First, the general method of nonstationary continuous equivalent linearization is developed. This technique allows replacement of the original nonlinear system with a time-varying linear continuous system. Next, a numerical implementation is described which allows solution of complex problems on a digital computer. In this procedure, the linear replacement system is discretized by the finite element method. Application of this method to systems satisfying the one-dimensional wave equation with two different types of constitutive nonlinearities is described. Results are discussed for nonlinear stress-strain laws of both hardening and softening types.

Shape-controlled continuous synthesis of metal nanostructures

A segmented flow-based microreactor is used for the continuous production of faceted nanocrystals. Flow segmentation is proposed as a versatile tool to manipulate the reduction kinetics and control the growth of faceted nanostructures; tuning the size and shape. Switching the gas from oxygen to carbon monoxide permits the adjustment in nanostructure growth from 1D (nanorods) to 2D (nanosheets). CO is a key factor in the formation of Pd nanosheets and Pt nanocubes; operating as a second phase, a reductant, and a capping agent. This combination confines the growth to specific structures. In addition, the segmented flow microfluidic reactor inherently has the ability to operate in a reproducible manner at elevated temperatures and pressures whilst confining potentially toxic reactants, such as CO, in nanoliter slugs. This continuous system successfully synthesised Pd nanorods with an aspect ratio of 6; thin palladium nanosheets with a thickness of 1.5 nm; and Pt nanocubes with a 5.6 nm edge length, all in a synthesis time as low as 150 s.

A three-dimensional hybrid smoothed finite element method (H-SFEM) for nonlinear solid mechanics problems

This paper presents a novel three-dimensional hybrid smoothed finite element method (H-SFEM) for solid mechanics problems. In 3D H-SFEM, the strain field is assumed to be the weighted average between compatible strains from the finite element method (FEM) and smoothed strains from the node-based smoothed FEM with a parameter α equipped into H-SFEM. By adjusting α, the upper and lower bound solutions in the strain energy norm and eigenfrequencies can always be obtained. The optimized α value in 3D H-SFEM using a tetrahedron mesh possesses a close-to-exact stiffness of the continuous system, and produces ultra-accurate solutions in terms of displacement, strain energy and eigenfrequencies in the linear and nonlinear problems. The novel domain-based selective scheme is proposed leading to a combined selective H-SFEM model that is immune from volumetric locking and hence works well for nearly incompressible materials. The proposed 3D H-SFEM is an innovative and unique numerical method with its distinct features, which has great potential in the successful application for solid mechanics problems.

Ferrous iron oxidation by foam immobilized Acidithiobacillus ferrooxidans: Experiments and modeling

Ferrous iron bio-oxidation by Acidithiobacillus ferrooxidans immobilized on polyurethane foam was investigated. Cells were immobilized on foams by placing them in a growth environment and fully bacterially activated polyurethane foams (BAPUFs) were prepared by serial subculturing in batches with partially bacterially activated foam (pBAPUFs). The dependence of foam density on cell immobilization process, the effect of pH and BAPUF loading on ferrous oxidation were studied to choose operating parameters for continuous operations. With an objective to have high cell densities both in foam and the liquid phase, pretreated foams of density 50 kg/m3 as cell support and ferrous oxidation at pH 1.5 to moderate the ferric precipitation were preferred. A novel basket-type bioreactor for continuous ferrous iron oxidation, which features a multiple effect of stirred tank in combination with recirculation, was designed and operated. The results were compared with that of a free cell and a sheet-type foam immobilized reactors. A fivefold increase in ferric iron productivity at 33.02 g/h/L of free volume in foam was achieved using basket-type bioreactor when compared to a free cell continuous system. A mathematical model for ferrous iron oxidation by Acidithiobacillus ferrooxidans cells immobilized on polyurethane foam was developed with cell growth in foam accounted by an effectiveness factor. The basic parameters of simulation were estimated using the experimental data on free cell growth as well as from cell attachment to foam under nongrowing conditions. The model predicted the phase of both oxidation of ferrous in shake flasks by pBAPUFs as well as by fully activated BAPUFs for different cell loadings in foam. Model for stirred tank basket bioreactor predicted within 5% both transient and steady state of the experiments closely for the simulated dilution rates. Bio-oxidation at high Fe2+ concentrations were simulated with experiments when substrate and product inhibition coefficients were factored into cell growth kinetics.

Convergence of attractors

The system of coupled oscillators and its time-discretization (with constant stepsize h) are considered in this paper. Under some conditions, it is showed that the discrete systems have one-dimensional global attractors l(h) converging to l which is the global attractor of continuous system.

Complete solution of the columbus problem for large-disturbance cases

The Columbus problem has been rigorously solved by Lyapunov's direct approach to the continuous system in gencral cases of large disturbance and the theory has proved to be in strict consistency with Kelvin's experiments.

Biossorção de tório com emprego de Sargassum filipendula

Com o aumento do rigor para descarte de efluentes contaminado com metais pesados, as pesquisas têm se intensificado na busca de métodos de remoção, que tragam bons resultados de captação dos metais, aliado a um baixo custo. O uso de biomassas como bactérias, fungos e algas marinhas como material adsorvente, tem se apresentado como uma alternativa, principalmente para soluções com baixo teor de metais. Neste trabalho, a alga marinha Sargassum filipendula foi avaliada na sua capacidade de remoção do metal tório de uma solução sintética e do efluente dos laboratórios de análises ambientais do IRD. A cinética desta biossorção foi estudada em regime de batelada e o equilíbrio foi alcançado com 180 min de reação. Dois modelos cinéticos foram utilizados nesta avaliação, um de primeira ordem e um modelo de pseudo segunda ordem, tendo o modelo de segunda ordem apresentado um melhor ajuste dos dados. Na avaliação da capacidade máxima de captação do tório pela biomassa marinha em regime de batelada, foi construída a isoterma que apresentou um perfil crescente na captação alcançando um máximo de 2,59 mol/g. Os modelos de Langmuir e Freundlich foram utilizados para ajustar os dados da isoterma, tendo apresentado maior correlação com os dados o modelo de Langmuir, resultando num valor de captação máxima calculado pelo modelo de 2,92 mol/g. A capacidade de remoção do metal tório da alga Sargassum filipendula também foi avaliada em regime contínuo. Um estudo de altura crítica de leito foi realizado preenchendo-se uma coluna com diferentes massas de alga correspondendo a diferentes alturas de leito. A concentração de tório residual foi quantificada na solução de saída e a menor concentração na saída foi alcançada com 40 cm de leito ou 96 g de biomassa. Após este estudo um sistema contínuo com duas colunas, com 96 g de biomassa cada, e uma bomba peristáltica foi utilizado para o tratamento do efluente real do IRD, contendo não apenas o metal tório, mas outros metais como urânio, cálcio, cromo, ferro, chumbo, etc. Cento e cinco litros de efluente foram tratados numa concentração de 6 mg/L, a concentração do efluente de saída foi de 3,75 mg/L. A caracterização do efluente quanto aos metais presentes foi realizada em ICP-MS, os resultados demonstraram que não houve competição pelos sítios ligantes da biomassa entre o tório e os demais metais. Além disso, alguns metais como cálcio, ferro e magnésio, tiveram um aumento na concentração de saída indicando a presença do mecanismo de troca iônica na biossorção do tório por Sargassum filipendula

Ensaios dinâmicos de biossorção de cobre com macroalgas em leitos-fixos contendo materiais adsorventes de natureza não-biológica

A biossorção é o termo aplicado à tecnologia de adsorção de íons metálicos em solução, por meio de materiais de natureza biológica inativa, comparável à adsorção utilizando-se adsorventes convencionais. A biossorção depende da temperatura, pH, concentração inicial do íon metálico, e tipo de biosorvente. O objetivo principal dessa dissertação é estudar e comparar os processos de adsorção de cobre iônico a partir de soluções aquosas utilizando Sargassum sp., alginato de cálcio úmido e desidratado e carvão ativo em pó e granular, em regime de batelada e contínuo. O alginato de cálcio foi preparado através de uma solução 4% (m/v) de alginato de sódio gotejada em solução 37% (m/v) de cloreto de cálcio dihidratado. O alginato de cálcio apresentou uma umidade de 89% após secagem em estufa a 100C por 24 horas. Os parâmetros da biossorção foram fixados em: a dose de adsorventes de 2 g/L; a temperatura em 30C; pH da solução em 5,0; e velocidade de rotação da chapa rotatória em 150 rpm. Para os estudos de cinética e equilíbrio, os ensaios foram feitos em regime de batelada. Nos ensaios cinéticos para duas concentrações medias (0,16 e 3,15 mmol/L) variou-se o tempo de contato (1 a 120 min) para se atingir o equilíbrio. Nos ensaios de equilíbrio variou-se as concentrações (0,16 a 15,72 mmol/L) utilizando o tempo de equilíbrio determinado nos ensaios cinéticos. Foram utilizadas duas modelagens cinéticas (a de pseudo-primeira ordem e a de segunda ordem) e duas modelagens do equilíbrio (Langmuir e Freundlich). O modelo cinético de segunda ordem ajustou melhor os resultados. O tempo de equilíbrio para adsorção do cobre foi de 60 minutos para Sargassum sp. e pellets de alginatos de cálcio úmido e desidratado. Para os carvões ativos os tempos de equilíbrio para a adsorção do cobre foram mais rápidos, mas a capacidade de remoção do cobre foram muito baixas. Com base nos resultados desfavoráveis obtidos para os carvões ativos eles foram descartados para se prosseguir com os ensaios de equilíbrio. A isoterma de Freundlich melhor ajusta os dados experimentais para Sargassum sp. e alginato de cálcio úmido. A capacidade de adsorção máxima calculada pelo modelo de Freundlich: na concentração de equilíbrio de 11,66 0,06 mmol/L foi de 1,97 0,07 mmol/g para Sargassum sp.; e na concentração de equilíbrio de 12,12 0,03 mmol/L foi de 1,69 0,04 mmol/g para alginato de cálcio úmido. O processo de biossorção em regime contínuo, com alturas de leito variável de 10 a 40 cm, teve melhor desempenho com a altura de 40 cm. Em regime de batelada, o desempenho da Sargassum sp. foi superior ao dos alginatos de cálcio (úmido melhor que o desidratado), que por sua vez foram superiores ao desempenho dos carvões ativos em pó e granular (em pó melhor que o granular). O sistema contínuo com concentração inicial de cobre de 8,5 mmol/L deve ser operado com altura de leito igual ou superior a 40 cm, ou com sistemas multicolunas para soluções mais concentradas

Biossorção de lantânio por Sargassum sp.: ensaios em batelada e contínuos

Diante dos avanços tecnológicos, pesquisadores têm intensificado a busca por métodos de remoção de metais, que tragam bons resultados de captação a partir de efluentes contaminados, aliados a um baixo custo. A utilização de materiais biológicos como algas marinhas, fungos e bactérias vem se destacando e se tornando uma solução atrativa quando comparados com os tratamentos químicos convencionais; essa técnica é denominada biossorção. A biossorção é um processo de captação de íons metálicos de uma solução, a partir de interações entre o metal e determinados sítios ativos presentes na parede celular da biomassa. Existe também um crescente interesse pelo estudo dos elementos de terras raras (TR) por possuirem alto valor agregado, acarretado por processos caros e de alta complexidade na sua separação e purificação. Desta forma, este trabalho teve como objetivo descrever o potencial de biossorção de lantânio - um representante dos TR - pela macroalga Sargassum sp., a partir de soluções aquosas. Para isso foram realizados estudos em batelada, aplicando modelos cinéticos e de equilíbrio, e estudos em regime contínuo de biossorção dos íons de lantânio (III), além de um sistema contínuo bimetálico, no qual houve a adição do metal cério, outro TR. As determinações analíticas foram realizadas por espectrometria de emissão ótica por plasma indutivamente acoplado. Os ensaios cinéticos foram realizados nas concentrações metálicas de 10 e 100 mg.L-1 e em duas concentrações distintas de biomassa 2 e 5 g.L-1 na temperatura de 301C. Dois modelos cinéticos foram testados, pseudo-primeira ordem e segunda ordem, tendo o modelo de segunda ordem apresentado melhor ajuste dos dados, com r2 igual a 0,9697. No ensaio de equilíbrio foi construída a isoterma que apresentou um perfil crescente na captação no entanto não alcançou a remoção máxima. Os modelos de Langmuir e Freundlich foram utilizados para ajustar os dados da isoterma, sendo verificado maior correlação dos dados com o modelo de Langmuir; resultando num valor de captação máxima calculado pelo modelo de 3,55 mmol.g-1. No ensaio dinâmico foram realizados dois experimentos, 1 e 2. O Experimento 1 foi realizado com três colunas interligadas e recheadas com 20g de biomassa cada, sendo bombeada uma solução aquosa de lantânio na concentração de 1,41mmol.L-1. O Experimento 2 foi constituido de uma solução contendo lantânio e cério ambos na mesma concentração anterior de 1,41 mmol.L-1, sendo bombeada somente para uma única coluna recheada com 20g de biomassa. Os resultados demonstraram que o ponto de saturação não foi atingido dentro das 8 horas em que se deu o processo, o que indica a alta afinidade da Sargassum sp. pelo lantânio e que a presença do cério associada a redução da vazão prejudicou a captação do lantânio

20世纪运动稳定性研究的三个重要结果

本文论述 2 0世纪运动稳定性理论研究的三个重要结果 :李雅普诺夫函数、谢聂稳定判据、卡利托洛夫定理 .这三个结果都是对一般的连续系统作出的 ,结论明确 ,简单实用 ,因而具有广泛的应用性

jλ变换与离散振荡指标Md在海洋机器人控制系统动态综合中的应用

本文给出由连续系统的S域,到离散领域?的转换的通式。并给出了离散传递函数W(?)的基本属性、离散振荡指标Md的基本概念、?变换的稳定判据、二阶无静差数字随动系统的动态综合、Md综合在海洋机器人航向控制中的应用。

Integración de herramientas de simulación para la realización de aplicaciones de enseñanza.

En la actualidad, Internet es una herramienta con mucha importancia en la educación. El lenguaje Java permite cursos con un carácter más interactivo, de ejecución más rápida y más fácilmente transportables. El interés generado en este campo hace necesarias herramientas adecuadas para la elaboración de cursos, que deben permitir expresar todas las posibilidades ofrecidas por la enseñanza a través de Internet. La programación orientada a objetos surgió en la década de los años sesenta, con un lenguaje que ya incorporaba muchas de las ideas introducidas posteriormente con el lenguaje de programación Incremento de C (C++).. En esta investigación se desarrollan varias herramientas de simulación avanzadas que simplifican la generación de cursos educativos para Internet. El lenguaje empleado para ello es una extensión del antiguo Continuous System Modelling Program (CSMP) de IBM. Se denomina al nuevo lenguaje OOCSMP, porque se añaden extensiones a CSMP que le permiten estar orientado a objetos. Estas construcciones permiten simular con una mayor facilidad sistemas complejos basados en la interacción mutua de muchos agentes similares. Se construye un compilador en C++, a Compiler for the OOCSMP Language (C-OOL) que puede generar código C++ o bien Java y/o páginas en lenguaje de marcado hipertextual (HTML). C-OOL genera una interfaz de usuario completamente configurable mediante opciones de compilación. La interfaz permite una simulación interactiva y visual, y la exploración del problema al ser capaz, a diferencia del sistema CSMP anterior en que no era posible, de responder a preguntas del tipo ¿qué pasaría si...? C-OOL también es capaz de compilar los antiguos modelos CSMP, manteniendo las ventajas expuestas. Es compatible con el mayor número posible de navegadores de Internet. Para la validación del lenguaje, se generan automáticamente varios cursos para Internet. El lenguaje OOCSMP, el compilador C-OOL y los cursos generados, se describen con detalle en el este trabajo, acompañados de numerosos ejemplos de uso y aplicación del lenguaje y el compilador..