Detection and diagnosis solutions for fault-tolerant VSI

This paper presents solutions for fault detection and diagnosis of two-level, three phase voltage-source inverter (VSI) topologies with IGBT devices. The proposed solutions combine redundant standby VSI structures and contactors (or relays) to improve the fault-tolerant capabilities of power electronics in applications with safety requirements. The suitable combination of these elements gives the inverter the ability to maintain energy processing in the occurrence of several failure modes, including short-circuit in IGBT devices, thus extending its reliability and availability. A survey of previously developed fault-tolerant VSI structures and several aspects of failure modes, detection and isolation mechanisms within VSI is first discussed. Hardware solutions for the protection of power semiconductors with fault detection and diagnosis mechanisms are then proposed to provide conditions to isolate and replace damaged power devices (or branches) in real time. Experimental results from a prototype are included to validate the proposed solutions.

Soliton-type and other travelling wave solutions for an improved class of nonlinear sixth-order Boussinesq equations

An improved class of nonlinear bidirectional Boussinesq equations of sixth order using a wave surface elevation formulation is derived. Exact travelling wave solutions for the proposed class of nonlinear evolution equations are deduced. A new exact travelling wave solution is found which is the uniform limit of a geometric series. The ratio of this series is proportional to a classical soliton-type solution of the form of the square of a hyperbolic secant function. This happens for some values of the wave propagation velocity. However, there are other values of this velocity which display this new type of soliton, but the classical soliton structure vanishes in some regions of the domain. Exact solutions of the form of the square of the classical soliton are also deduced. In some cases, we find that the ratio between the amplitude of this wave and the amplitude of the classical soliton is equal to 35/36. It is shown that different families of travelling wave solutions are associated with different values of the parameters introduced in the improved equations.

Comparing clustering solutions: the use of adjusted paired indices

In the present paper we compare clustering solutions using indices of paired agreement. We propose a new method - IADJUST - to correct indices of paired agreement, excluding agreement by chance. This new method overcomes previous limitations known in the literature as it permits the correction of any index. We illustrate its use in external clustering validation, to measure the accordance between clusters and an a priori known structure. The adjusted indices are intended to provide a realistic measure of clustering performance that excludes agreement by chance with ground truth. We use simulated data sets, under a range of scenarios - considering diverse numbers of clusters, clusters overlaps and balances - to discuss the pertinence and the precision of our proposal. Precision is established based on comparisons with the analytical approach for correction specific indices that can be corrected in this way are used for this purpose. The pertinence of the proposed correction is discussed when making a detailed comparison between the performance of two classical clustering approaches, namely Expectation-Maximization (EM) and K-Means (KM) algorithms. Eight indices of paired agreement are studied and new corrected indices are obtained.

Self-interacting scalar field cosmologies: unified exact solutions and symmetries

We investigate a mechanism that generates exact solutions of scalar field cosmologies in a unified way. The procedure investigated here permits to recover almost all known solutions, and allows one to derive new solutions as well. In particular, we derive and discuss one novel solution defined in terms of the Lambert function. The solutions are organised in a classification which depends on the choice of a generating function which we have denoted by x(phi) that reflects the underlying thermodynamics of the model. We also analyse and discuss the existence of form-invariance dualities between solutions. A general way of defining the latter in an appropriate fashion for scalar fields is put forward.

Reversible Photorheology in Solutions of Cetyltrimethylammonium Bromide, Salicylic Acid, and trans-2,4,4 '-Trihydroxychalcone

We show photorheology in aqueous solutions of weakly entangled wormlike micelles prepared with cetyltrimethylammonium bromide (CTAB), salicylic acid (HSal), and dilute amounts of the photochromic multistate compound trans-2,4,4'-trihydroxychalcone (Ct). Different chemical species of Ct are associated with different colorations and propensities to reside within or outside CTAB micelles. A light-induced transfer between the intra- and intermicellar space is used to alter the mean length of wormlike micelles and hence the rheological properties of the fluid, studied in steady-state shear Bow and in dynamic rheological measurements. Light-induced changes of fluid rheology are reversible by a the relaxation process. at relaxation rates which depend on pH and which are consistent with photochromic reversion rates measured by UV-vis absorption spectroscopy. Parameterizing viscoelostic rheological states by their effective relaxation time tau(c) and corresponding response modulus G(c), we find the light and dark states of the system to fall onto a characteristic state curve defined by comparable experiments conducted without photosensitive components. These reference experiments were prepared with the same concentration of CTAB, but different concentrations of HSal or sodium salicylote (NaSal), and tested at different temperatures.

Solutions of second-order and fourth-order ODEs on the half-line

We start by studying the existence of positive solutions for the differential equation u '' = a(x)u - g(u), with u ''(0) = u(+infinity) = 0, where a is a positive function, and g is a power or a bounded function. In other words, we are concerned with even positive homoclinics of the differential equation. The main motivation is to check that some well-known results concerning the existence of homoclinics for the autonomous case (where a is constant) are also true for the non-autonomous equation. This also motivates us to study the analogous fourth-order boundary value problem {u((4)) - cu '' + a(x)u = vertical bar u vertical bar(p-1)u u'(0) = u'''(0) = 0, u(+infinity) = u'(+infinity) = 0 for which we also find nontrivial (and, in some instances, positive) solutions.

Low Complexity Intra Mode Selection for Efficient Distributed Video Coding

Motion compensated frame interpolation (MCFI) is one of the most efficient solutions to generate side information (SI) in the context of distributed video coding. However, it creates SI with rather significant motion compensated errors for some frame regions while rather small for some other regions depending on the video content. In this paper, a low complexity Infra mode selection algorithm is proposed to select the most 'critical' blocks in the WZ frame and help the decoder with some reliable data for those blocks. For each block, the novel coding mode selection algorithm estimates the encoding rate for the Intra based and WZ coding modes and determines the best coding mode while maintaining a low encoder complexity. The proposed solution is evaluated in terms of rate-distortion performance with improvements up to 1.2 dB regarding a WZ coding mode only solution.

Manutenção proactiva de sistemas AVAC com recurso aos sistemas inteligentes multiagente

Nos tempos actuais os equipamentos para Aquecimento Ventilação e Ar Condicionado (AVAC) ocupam um lugar de grande importância na concepção, desenvolvimento e manutenção de qualquer edifício por mais pequeno que este seja. Assim, surge a necessidade premente de racionalizar os consumos energéticos optimizando-os. A alta fiabilidade desejada nestes sistemas obriga-nos cada vez mais a descobrir formas de tornar a sua manutenção mais eficiente, pelo que é necessário prevenir de uma forma proactiva todas as falhas que possam prejudicar o bom desempenho destas instalações. Como tal, torna-se necessário detectar estas falhas/anomalias, sendo imprescíndivel que nos antecipemos a estes eventos prevendo o seu acontecimento num horizonte temporal pré-definido, permitindo actuar o mais cedo possível. É neste domínio que a presente dissertação tenta encontrar soluções para que a manutenção destes equipamentos aconteça de uma forma proactiva e o mais eficazmente possível. A ideia estruturante é a de tentar intervir ainda numa fase incipiente do problema, alterando o comportamento dos equipamentos monitorizados, de uma forma automática, com recursos a agentes inteligentes de diagnóstico de falhas. No caso em estudo tenta-se adaptar de forma automática o funcionamento de uma Unidade de Tratamento de Ar (UTA) aos desvios/anomalias detectadas, promovendo a paragem integral do sistema apenas como último recurso. A arquitectura aplicada baseia-se na utilização de técnicas de inteligência artificial, nomeadamente dos sistemas multiagente. O algoritmo utilizado e testado foi construído em Labview®, utilizando um kit de ferramentas de controlo inteligente para Labview®. O sistema proposto é validado através de um simulador com o qual se conseguem reproduzir as condições reais de funcionamento de uma UTA.

Sensor de glicose polarimétrico

Esta tese tem como principal objectivo a investigação teórica e experimental do desempenho de um sensor polarimétrico baseado num cristal líquido para medição da concentração de glicose. Recentemente uma série de sensores polarimétricos baseados em cristais líquidos foram propostos na literatura e receberam considerável interesse devido as suas características únicas. De facto, em comparação com outros moduladores electro-ópticos, o cristal líquido funciona com tensões mais baixas, tem baixo consumo de energia e maior ângulo de rotação. Além disso, este tipo de polarímetro pode ter pequenas dimensões que é uma característica interessante para dispositivos portáteis e compactos. Existem por outro lado algumas desvantagens, nomeadamente o facto do desempenho do polarímetro ser fortemente dependente do tipo de cristal líquido e da tensão a ele aplicada o que coloca desafios na escolha dos parâmetros óptimos de operação. Esta tese descreve o desenvolvimento do sensor polarimétrico, incluindo a integração dos componentes de óptica e electrónica, os algoritmos de processamento de sinal e um interface gráfico que facilita a programação de diversos parâmetros de operação e a calibração do sensor. Após a optimização dos parâmetros de operação verificou-se que o dispositivo mede a concentração da glicose em amostras com uma concentração de 8 mg/ml, com uma percentagem de erro inferior a 6% e um desvio padrão de 0,008o. Os resultados foram obtidos para uma amostra com percurso óptico de apenas 1 cm.

Advanced side information creation techniques and framework for Wyner-Ziv video coding

Recently, several distributed video coding (DVC) solutions based on the distributed source coding (DSC) paradigm have appeared in the literature. Wyner-Ziv (WZ) video coding, a particular case of DVC where side information is made available at the decoder, enable to achieve a flexible distribution of the computational complexity between the encoder and decoder, promising to fulfill novel requirements from applications such as video surveillance, sensor networks and mobile camera phones. The quality of the side information at the decoder has a critical role in determining the WZ video coding rate-distortion (RD) performance, notably to raise it to a level as close as possible to the RD performance of standard predictive video coding schemes. Towards this target, efficient motion search algorithms for powerful frame interpolation are much needed at the decoder. In this paper, the RD performance of a Wyner-Ziv video codec is improved by using novel, advanced motion compensated frame interpolation techniques to generate the side information. The development of these type of side information estimators is a difficult problem in WZ video coding, especially because the decoder only has available some reference, decoded frames. Based on the regularization of the motion field, novel side information creation techniques are proposed in this paper along with a new frame interpolation framework able to generate higher quality side information at the decoder. To illustrate the RD performance improvements, this novel side information creation framework has been integrated in a transform domain turbo coding based Wyner-Ziv video codec. Experimental results show that the novel side information creation solution leads to better RD performance than available state-of-the-art side information estimators, with improvements up to 2 dB: moreover, it allows outperforming H.264/AVC Intra by up to 3 dB with a lower encoding complexity.

Controlo de tráfego

O crescente número de automóveis nas ruas das grandes cidades, assim como o crescente número de transportes urbanos para atender o crescimento das populações, veio fazer com que as cidades cada vez mais fiquem mais congestionadas e mais propícias para acidentes envolvendo viaturas e peões. Devido a isso, foram criados sistemas de controlo de tráfego capazes de melhorar o tráfego urbano nas cidades, sem deixar de lado as preocupações com os peões e nem com as emissões de poluentes para o ar. Baseado nesse cenário, este trabalho tem como objetivo abordar as possíveis soluções existentes no mercado para melhorar o fluxo das viaturas, principalmente dos transportes colectivos, com prioridades para viaturas de emergências e autocarros, assim como, as passagens de peões, e sistemas de mobilidade urbana. Desempenho do transporte público pode ser melhorado através de um melhor controlo e gerenciamento de tráfego em geral. Nos testes realizados em campo: foi medida a velocidade de viagem do autocarro no cruzamento fixo (Praça de Espanha), e correlacionando-os com intervalos do ciclo dos semáforos para este cruzamento. A flexibilidade do controlador actuando, com o auxílio de detectores de veículos, sendo capaz de variar os intervalos dentro do ciclo, bem como o volume de carros e de prestações em velocidade de viagem do autocarro. Resultados mostram que, durante o período em estudo, os benefícios de velocidade da viagem do autocarro, seria possível, através de um verdadeiro controlo de tempo feedback de cooperação entre as áreas urbanas de controlo de tráfego (Gertrude) e do sistema de localização de veículos de transportes públicos (SAEIP). Ao longo prazo, sugerimos a implantação de um sistema integrado. Fazendo com que o volume no carro seja reduzido. Este efeito leva também, a um aumento da velocidade comercial do autocarro urbano, da mesma forma como foi proposto em nossa experiência.

Projecto de um regulador linear de tensão: LDO

Os reguladores de tensão LDO são utilizados intensivamente na actual indústria de electrónica, são uma parte essencial de um bloco de gestão de potência para um SoC. O aumento de produtos portáteis alimentados por baterias levou ao crescimento de soluções totalmente integradas, o que degrada o rendimento dos blocos analógicos que o constituem face às perturbações introduzidas na alimentação. Desta forma, surge a necessidade de procurar soluções cada vez mais optimizadas, impondo assim novas soluções, e/ou melhoramentos dos circuitos de gestão de potência, tendo como objectivo final o aumento do desempenho e da autonomia dos dispositivos electrónicos. Normalmente este tipo de reguladores tem a corrente de saída limitada, devido a problemas de estabilidade associados. Numa tentativa de evitar a instabilidade para as correntes de carga definidas e aumentar o PSRR do mesmo, é apresentado um método de implementação que tem como objectivo melhorar estas características, em que se pretende aumentar o rendimento e melhorar a resposta à variação da carga. No entanto, a técnica apresentada utiliza polarização adaptativa do estágio de potência, o que implica um aumento da corrente de consumo. O regulador LDO foi implementado na tecnologia CMOS UMC 0.18μm e ocupa uma área inferior a 0,2mm2. Os resultados da simulação mostram que o mesmo suporta uma transição de corrente 10μA para 100mA, com uma queda de tensão entre a tensão de alimentação e a tensão de saída inferior a 200mV. A estabilidade é assegurada para todas as correntes de carga. O tempo de estabelecimento é inferior a 6μs e as variações da tensão de saída relativamente a seu valor nominal são inferiores a 5mV. A corrente de consumo varia entre os 140μA até 200μA, o que permite atingir as especificações proposta para um PSRR de 40dB@10kHz.

Impacto das novas tecnologias no aumento da eficiência da iluminação pública: caso de estudo do parque das nações

Portugal comprometeu-se em finais de 2009 com novos objetivos para a política energética e estabeleceu como prioridade a eficiência energética, designadamente através da aplicação de programas de redução do consumo de energia na Administração Pública e da promoção de comportamentos e escolhas que minimizem o consumo energético. Neste contexto, o principal objetivo a que se propõe este trabalho é: contribuir para a nova política energética do Governo, através do estudo do impacto das novas tecnologias e novos procedimentos, no aumento da eficiência da Iluminação Pública. Nesta dissertação é efetuada uma análise aos sistemas de Iluminação Pública existentes e, também o estudo das inovações tecnológicas disponíveis no mercado. Feita esta caracterização e com base em critérios económicos e técnicos suportados por normas nacionais e internacionais em vigor, as soluções que maximizem a eficiência energética na sua globalidade são identificadas e propostas para implementação no terreno. Será igualmente analisado o impacto no sistema elétrico existente das alterações propostas. A componente experimental desta dissertação foi realizada no Parque das Nações com a colaboração da Parque Expo – Gestão Urbana do Parque das Nações, S.A., entidade gestora do espaço público do Parque das Nações. O Parque das Nações apresenta-se como um local de inegável interesse para os objetivos desta dissertação porque: dispõe de uma grande diversidade de soluções na Iluminação Pública; encontra-se a curta distância do ISEL e funciona, não raras vezes, como “montra” tecnológica do País.

Positive Solutions of the Dirichlet Problem for the One-dimensional Minkowski-Curvature Equation

We discuss existence and multiplicity of positive solutions of the Dirichlet problem for the quasilinear ordinary differential equation-(u' / root 1 - u'(2))' = f(t, u). Depending on the behaviour of f = f(t, s) near s = 0, we prove the existence of either one, or two, or three, or infinitely many positive solutions. In general, the positivity of f is not required. All results are obtained by reduction to an equivalent non-singular problem to which variational or topological methods apply in a classical fashion.

Reconfigurable antenna for mobile devices

O trabalho descrito nesta dissertação de mestrado foca-se em geral na investigação de antenas impressas. São apresentados conceitos básicos, em conjunto com alguns exemplos desenvolvidos. No entanto, o principal foco prende-se com técnicas de miniaturização e reconfigurabilidade de antenas. A miniaturização de antenas é um tema de investigação de longa data, no entanto, novas técnicas e soluções são apresentadas regularmente. Nesta tese, é aplicada uma técnica recente, baseada na introdução de indutores encapsulados no elemento ressonante de uma antena, que permite miniaturizar um monopólio impresso com uma frequência de ressonância de 2.5 GHz. Outro assunto abordado neste trabalho é a reconfigurabilidade de antenas. Algumas das técnicas mais comuns na investigação actual são apresentadas e debatidas. Uma solução com recurso a díodos PIN é usada para estudar esta capacidade. Os conceitos e características deste tipo de componentes são apresentadas sendo feito o desenho e fabrico de um possível monopólio impresso reconfigurável para operação em dupla banda. Por fim, são combinadas as técnicas de miniaturização com inductor encapsulado e reconfigurabilidade através de díodos PIN, por forma a projectar uma antena reconfigurável muito pequena, para operação em duas bandas distintas. Os resultados são discutidos e com base nestes, algumas possíveis otimizações são propostas. The work reported in this dissertation is focused in the printed antenna research. Basic concepts of printed antennas are presented, along with a few examples that were developed. The main focus however, is around miniaturization and reconfigurability of antennas. Antenna miniaturization is a long time research subject, however, new techniques and solutions are presented everyday. In this thesis, a recent technique based on the introduction of chip inductors in the resonating element of a printed antenna is used in order to miniaturize a monopole with a resonating frequency at 2.5 GHz. Another issue approached in this work is antenna reconfigurability. Some common techniques used in antenna reconfiguration are presented and debated. A solution with PIN diodes is used to study this capability. The concepts and characteristics of this type of components are presented and an example of a reconfigurable printed monopole for dual-band operation is designed and fabricated. At last, miniaturization with chip inductor and reconfigurability through PIN diodes are used together to create a very small antenna for dual-band operation. The simulated and measured results are discussed and upon these, some possible optimizations are proposed.