Adaptive stepsize based on control theory for stochastic differential equations

The numerical solution of stochastic differential equations (SDEs) has been focussed recently on the development of numerical methods with good stability and order properties. These numerical implementations have been made with fixed stepsize, but there are many situations when a fixed stepsize is not appropriate. In the numerical solution of ordinary differential equations, much work has been carried out on developing robust implementation techniques using variable stepsize. It has been necessary, in the deterministic case, to consider the best choice for an initial stepsize, as well as developing effective strategies for stepsize control-the same, of course, must be carried out in the stochastic case. In this paper, proportional integral (PI) control is applied to a variable stepsize implementation of an embedded pair of stochastic Runge-Kutta methods used to obtain numerical solutions of nonstiff SDEs. For stiff SDEs, the embedded pair of the balanced Milstein and balanced implicit method is implemented in variable stepsize mode using a predictive controller for the stepsize change. The extension of these stepsize controllers from a digital filter theory point of view via PI with derivative (PID) control will also be implemented. The implementations show the improvement in efficiency that can be attained when using these control theory approaches compared with the regular stepsize change strategy. (C) 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.

The gambling related cognitions scale (GRCS): development, confirmatory factor validation and psychometric properties

Aims The aims of this study are to develop and validate a measure to screen for a range of gambling-related cognitions (GRC) in gamblers. Design and participants A total of 968 volunteers were recruited from a community-based population. They were divided randomly into two groups. Principal axis factoring with varimax rotation was performed on group one and confirmatory factor analysis (CFA) was used on group two to confirm the best-fitted solution. Measurements The Gambling Related Cognition Scale (GRCS) was developed for this study and the South Oaks Gambling Screen (SOGS), the Motivation Towards Gambling Scale (MTGS) and the Depression Anxiety Stress Scale (DASS-2 1) were used for validation. Findings Exploratory factor analysis performed using half the sample indicated five factors, which included interpretative control/bias (GRCS-IB), illusion of control (GRCS-IC), predictive control (GRCS-PC), gambling-related expectancies (GRCS-GE) and a perceived inability to stop gambling (GRCS-IS). These accounted for 70% of the total variance. Using the other half of the sample, CFA confirmed that the five-factor solution fitted the data most effectively. Cronbach's alpha coefficients for the factors ranged from 0.77 to 0.91, and 0.93 for the overall scale. Conclusions This paper demonstrated that the 23-item GRCS has good psychometric properties and thus is a useful instrument for identifying GRC among non-clinical gamblers. It provides the first step towards devising/adapting similar tools for problem gamblers as well as developing more specialized instruments to assess particular domains of GRC.

The cost of uniqueness in groundwater model calibration

Calibration of a groundwater model requires that hydraulic properties be estimated throughout a model domain. This generally constitutes an underdetermined inverse problem, for which a Solution can only be found when some kind of regularization device is included in the inversion process. Inclusion of regularization in the calibration process can be implicit, for example through the use of zones of constant parameter value, or explicit, for example through solution of a constrained minimization problem in which parameters are made to respect preferred values, or preferred relationships, to the degree necessary for a unique solution to be obtained. The cost of uniqueness is this: no matter which regularization methodology is employed, the inevitable consequence of its use is a loss of detail in the calibrated field. This, ill turn, can lead to erroneous predictions made by a model that is ostensibly well calibrated. Information made available as a by-product of the regularized inversion process allows the reasons for this loss of detail to be better understood. In particular, it is easily demonstrated that the estimated value for an hydraulic property at any point within a model domain is, in fact, a weighted average of the true hydraulic property over a much larger area. This averaging process causes loss of resolution in the estimated field. Where hydraulic conductivity is the hydraulic property being estimated, high averaging weights exist in areas that are strategically disposed with respect to measurement wells, while other areas may contribute very little to the estimated hydraulic conductivity at any point within the model domain, this possibly making the detection of hydraulic conductivity anomalies in these latter areas almost impossible. A study of the post-calibration parameter field covariance matrix allows further insights into the loss of system detail incurred through the calibration process to be gained. A comparison of pre- and post-calibration parameter covariance matrices shows that the latter often possess a much smaller spectral bandwidth than the former. It is also demonstrated that, as all inevitable consequence of the fact that a calibrated model cannot replicate every detail of the true system, model-to-measurement residuals can show a high degree of spatial correlation, a fact which must be taken into account when assessing these residuals either qualitatively, or quantitatively in the exploration of model predictive uncertainty. These principles are demonstrated using a synthetic case in which spatial parameter definition is based oil pilot points, and calibration is Implemented using both zones of piecewise constancy and constrained minimization regularization. (C) 2005 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Sviluppo e Applicazione di Metodologie per l'Ottimizzazione di Sistemi Energetici

La riduzione dei consumi di combustibili fossili e lo sviluppo di tecnologie per il risparmio energetico sono una questione di centrale importanza sia per l’industria che per la ricerca, a causa dei drastici effetti che le emissioni di inquinanti antropogenici stanno avendo sull’ambiente. Mentre un crescente numero di normative e regolamenti vengono emessi per far fronte a questi problemi, la necessità di sviluppare tecnologie a basse emissioni sta guidando la ricerca in numerosi settori industriali. Nonostante la realizzazione di fonti energetiche rinnovabili sia vista come la soluzione più promettente nel lungo periodo, un’efficace e completa integrazione di tali tecnologie risulta ad oggi impraticabile, a causa sia di vincoli tecnici che della vastità della quota di energia prodotta, attualmente soddisfatta da fonti fossili, che le tecnologie alternative dovrebbero andare a coprire. L’ottimizzazione della produzione e della gestione energetica d’altra parte, associata allo sviluppo di tecnologie per la riduzione dei consumi energetici, rappresenta una soluzione adeguata al problema, che può al contempo essere integrata all’interno di orizzonti temporali più brevi. L’obiettivo della presente tesi è quello di investigare, sviluppare ed applicare un insieme di strumenti numerici per ottimizzare la progettazione e la gestione di processi energetici che possa essere usato per ottenere una riduzione dei consumi di combustibile ed un’ottimizzazione dell’efficienza energetica. La metodologia sviluppata si appoggia su un approccio basato sulla modellazione numerica dei sistemi, che sfrutta le capacità predittive, derivanti da una rappresentazione matematica dei processi, per sviluppare delle strategie di ottimizzazione degli stessi, a fronte di condizioni di impiego realistiche. Nello sviluppo di queste procedure, particolare enfasi viene data alla necessità di derivare delle corrette strategie di gestione, che tengano conto delle dinamiche degli impianti analizzati, per poter ottenere le migliori prestazioni durante l’effettiva fase operativa. Durante lo sviluppo della tesi il problema dell’ottimizzazione energetica è stato affrontato in riferimento a tre diverse applicazioni tecnologiche. Nella prima di queste è stato considerato un impianto multi-fonte per la soddisfazione della domanda energetica di un edificio ad uso commerciale. Poiché tale sistema utilizza una serie di molteplici tecnologie per la produzione dell’energia termica ed elettrica richiesta dalle utenze, è necessario identificare la corretta strategia di ripartizione dei carichi, in grado di garantire la massima efficienza energetica dell’impianto. Basandosi su un modello semplificato dell’impianto, il problema è stato risolto applicando un algoritmo di Programmazione Dinamica deterministico, e i risultati ottenuti sono stati comparati con quelli derivanti dall’adozione di una più semplice strategia a regole, provando in tal modo i vantaggi connessi all’adozione di una strategia di controllo ottimale. Nella seconda applicazione è stata investigata la progettazione di una soluzione ibrida per il recupero energetico da uno scavatore idraulico. Poiché diversi layout tecnologici per implementare questa soluzione possono essere concepiti e l’introduzione di componenti aggiuntivi necessita di un corretto dimensionamento, è necessario lo sviluppo di una metodologia che permetta di valutare le massime prestazioni ottenibili da ognuna di tali soluzioni alternative. Il confronto fra i diversi layout è stato perciò condotto sulla base delle prestazioni energetiche del macchinario durante un ciclo di scavo standardizzato, stimate grazie all’ausilio di un dettagliato modello dell’impianto. Poiché l’aggiunta di dispositivi per il recupero energetico introduce gradi di libertà addizionali nel sistema, è stato inoltre necessario determinare la strategia di controllo ottimale dei medesimi, al fine di poter valutare le massime prestazioni ottenibili da ciascun layout. Tale problema è stato di nuovo risolto grazie all’ausilio di un algoritmo di Programmazione Dinamica, che sfrutta un modello semplificato del sistema, ideato per lo scopo. Una volta che le prestazioni ottimali per ogni soluzione progettuale sono state determinate, è stato possibile effettuare un equo confronto fra le diverse alternative. Nella terza ed ultima applicazione è stato analizzato un impianto a ciclo Rankine organico (ORC) per il recupero di cascami termici dai gas di scarico di autovetture. Nonostante gli impianti ORC siano potenzialmente in grado di produrre rilevanti incrementi nel risparmio di combustibile di un veicolo, è necessario per il loro corretto funzionamento lo sviluppo di complesse strategie di controllo, che siano in grado di far fronte alla variabilità della fonte di calore per il processo; inoltre, contemporaneamente alla massimizzazione dei risparmi di combustibile, il sistema deve essere mantenuto in condizioni di funzionamento sicure. Per far fronte al problema, un robusto ed efficace modello dell’impianto è stato realizzato, basandosi sulla Moving Boundary Methodology, per la simulazione delle dinamiche di cambio di fase del fluido organico e la stima delle prestazioni dell’impianto. Tale modello è stato in seguito utilizzato per progettare un controllore predittivo (MPC) in grado di stimare i parametri di controllo ottimali per la gestione del sistema durante il funzionamento transitorio. Per la soluzione del corrispondente problema di ottimizzazione dinamica non lineare, un algoritmo basato sulla Particle Swarm Optimization è stato sviluppato. I risultati ottenuti con l’adozione di tale controllore sono stati confrontati con quelli ottenibili da un classico controllore proporzionale integrale (PI), mostrando nuovamente i vantaggi, da un punto di vista energetico, derivanti dall’adozione di una strategia di controllo ottima.

Pragmatic approach to the development of robust real-time protocols

This research is concerned with the development of distributed real-time systems, in which software is used for the control of concurrent physical processes. These distributed control systems are required to periodically coordinate the operation of several autonomous physical processes, with the property of an atomic action. The implementation of this coordination must be fault-tolerant if the integrity of the system is to be maintained in the presence of processor or communication failures. Commit protocols have been widely used to provide this type of atomicity and ensure consistency in distributed computer systems. The objective of this research is the development of a class of robust commit protocols, applicable to the coordination of distributed real-time control systems. Extended forms of the standard two phase commit protocol, that provides fault-tolerant and real-time behaviour, were developed. Petri nets are used for the design of the distributed controllers, and to embed the commit protocol models within these controller designs. This composition of controller and protocol model allows the analysis of the complete system in a unified manner. A common problem for Petri net based techniques is that of state space explosion, a modular approach to both the design and analysis would help cope with this problem. Although extensions to Petri nets that allow module construction exist, generally the modularisation is restricted to the specification, and analysis must be performed on the (flat) detailed net. The Petri net designs for the type of distributed systems considered in this research are both large and complex. The top down, bottom up and hybrid synthesis techniques that are used to model large systems in Petri nets are considered. A hybrid approach to Petri net design for a restricted class of communicating processes is developed. Designs produced using this hybrid approach are modular and allow re-use of verified modules. In order to use this form of modular analysis, it is necessary to project an equivalent but reduced behaviour on the modules used. These projections conceal events local to modules that are not essential for the purpose of analysis. To generate the external behaviour, each firing sequence of the subnet is replaced by an atomic transition internal to the module, and the firing of these transitions transforms the input and output markings of the module. Thus local events are concealed through the projection of the external behaviour of modules. This hybrid design approach preserves properties of interest, such as boundedness and liveness, while the systematic concealment of local events allows the management of state space. The approach presented in this research is particularly suited to distributed systems, as the underlying communication model is used as the basis for the interconnection of modules in the design procedure. This hybrid approach is applied to Petri net based design and analysis of distributed controllers for two industrial applications that incorporate the robust, real-time commit protocols developed. Temporal Petri nets, which combine Petri nets and temporal logic, are used to capture and verify causal and temporal aspects of the designs in a unified manner.

Computer integrated manufacturing control

Many manufacturing companies have long endured the problems associated with the presence of `islands of automation'. Due to rapid computerisation, `islands' such as Computer-Aided Design (CAD), Computer-Aided Manufacturing (CAM), Flexible Manufacturing Systems (FMS) and Material Requirement Planning (MRP), have emerged, and with a lack of co-ordination, often lead to inefficient performance of the overall system. The main objective of Computer-Integrated Manufacturing (CIM) technology is to form a cohesive network between these islands. Unfortunately, a commonly used approach - the centralised system approach, has imposed major technical constraints and design complication on development strategies. As a consequence, small companies have experienced difficulties in participating in CIM technology. The research described in this thesis has aimed to examine alternative approaches to CIM system design. Through research and experimentation, the cellular system approach, which has existed in the form of manufacturing layouts, has been found to simplify the complexity of an integrated manufacturing system, leading to better control and far higher system flexibility. Based on the cellular principle, some central management functions have also been distributed to smaller cells within the system. This concept is known, specifically, as distributed planning and control. Through the development of an embryo cellular CIM system, the influence of both the cellular principle and the distribution methodology have been evaluated. Based on the evidence obtained, it has been concluded that distributed planning and control methodology can greatly enhance cellular features within an integrated system. Both the cellular system approach and the distributed control concept will therefore make significant contributions to the design of future CIM systems, particularly systems designed with respect to small company requirements.

Aspects of the design and operation of production control systems in manufacturing industry

Computerised production control developments have concentrated on Manufacturing Resources Planning (MRP II) systems. The literature suggests however, that despite the massive investment in hardware, software and management education, successful implementation of such systems in manufacturing industries has proved difficult. This thesis reviews the development of production planning and control systems, in particular, investigates the causes of failures in implementing MRP/MRP II systems in industrial environments and argues that the centralised and top-down planning structure, as well as the routine operational methodology of such systems, is inherently prone to failure. The thesis reviews the control benefits of cellular manufacturing systems but concludes that in more dynamic manufacturing environments, techniques such as Kanban are inappropriate. The basic shortcomings of MRP II systems are highlighted and a new enhanced operational methodology based on distributed planning and control principles is introduced. Distributed Manufacturing Resources Planning (DMRP), was developed as a capacity sensitive production planning and control solution for cellular manufacturing environments. The system utilises cell based, independently operated MRP II systems, integrated into a plant-wide control system through a Local Area Network. The potential benefits of adopting the system in industrial environments is discussed and the results of computer simulation experiments to compare the performance of the DMRP system against the conventional MRP II systems presented. DMRP methodology is shown to offer significant potential advantages which include ease of implementation, cost effectiveness, capacity sensitivity, shorter manufacturing lead times, lower working in progress levels and improved customer service.

Representing spray zone with cross flow as a well-mixed compartment in a high shear granulator

The spray zone is an important region to control nucleation of granules in a high shear granulator. In this study, a spray zone with cross flow is quantified as a well-mixed compartment in a high shear granulator. Granulation kinetics is quantitatively derived at both particle-scale and spray zone-scale. Two spatial decay rates, DGSDR (droplet-granule spatial decay rate) ζDG and DPSDR (droplet-primary particle spatial decay rate) ζDP, which are functions of volume fraction and diameter of particulate species within the powder bed, are defined to simplify the deduction. It is concluded that in cross flow, explicit analytical results show that the droplet concentration is subject to exponential decay with depth which produces a numerically infinite depth of spray zone in a real penetration process. In a well-mixed spray zone, the depth of the spray zone is 4/(ζDG + ζDP) and π2/3(ζDG + ζDP) in cuboid and cylinder shape, respectively. The first-order droplet-based collision rates of, nucleation rate B0 and rewetting rate RW0 are uncorrelated with the flow pattern and shape of the spray zone. The second-order droplet-based collision rate, nucleated granule-granule collision rate RGG, is correlated with the mixing pattern. Finally, a real formulation case of a high shear granulation process is used to estimate the size of the spray zone. The results show that the spray zone is a thin layer at the powder bed surface. We present, for the first time, the spray zone as a well-mixed compartment. The granulation kinetics of a well-mixed spray zone could be integrated into a Population Balance Model (PBM), particularly to aid development of a distributed model for product quality prediction.

Mécanismes psychophysiques et neuronaux de la compensation dynamique de multiples champs de force : facilitation et anticipation liée à des indices de couleur

Dans cette thèse, nous abordons le contrôle moteur du mouvement du coude à travers deux approches expérimentales : une première étude psychophysique a été effectuée chez les sujets humains, et une seconde implique des enregistrements neurophysiologiques chez le singe. Nous avons recensé plusieurs aspects non résolus jusqu’à présent dans l’apprentissage moteur, particulièrement concernant l’interférence survenant lors de l’adaptation à deux ou plusieurs champs de force anti-corrélés. Nous avons conçu un paradigme où des stimuli de couleur aident les sujets à prédire la nature du champ de force externe actuel avant qu’ils ne l’expérimentent physiquement durant des mouvements d’atteinte. Ces connaissances contextuelles faciliteraient l’adaptation à des champs de forces en diminuant l’interférence. Selon le modèle computationnel de l’apprentissage moteur MOSAIC (MOdular Selection And Identification model for Control), les stimuli de couleur aident les sujets à former « un modèle interne » de chaque champ de forces, à s’en rappeler et à faire la transition entre deux champs de force différents, sans interférence. Dans l’expérience psychophysique, quatre groupes de sujets humains ont exécuté des mouvements de flexion/extension du coude contre deux champs de forces. Chaque force visqueuse était associée à une couleur de l’écran de l’ordinateur et les deux forces étaient anti-corrélées : une force résistante (Vr) a été associée à la couleur rouge de l’écran et l’autre, assistante (Va), à la couleur verte de l’écran. Les deux premiers groupes de sujets étaient des groupes témoins : la couleur de l’écran changeait à chaque bloc de 4 essais, tandis que le champ de force ne changeait pas. Les sujets du groupe témoin Va ne rencontraient que la force assistante Va et les sujets du groupe témoin Vr performaient leurs mouvements uniquement contre une force résistante Vr. Ainsi, dans ces deux groupes témoins, les stimuli de couleur n’étaient pas pertinents pour adapter le mouvement et les sujets ne s’adaptaient qu’à une seule force (Va ou Vr). Dans les deux groupes expérimentaux, cependant, les sujets expérimentaient deux champs de forces différents dans les différents blocs d’essais (4 par bloc), associés à ces couleurs. Dans le premier groupe expérimental (groupe « indice certain », IC), la relation entre le champ de force et le stimulus (couleur de l’écran) était constante. La couleur rouge signalait toujours la force Vr tandis que la force Va était signalée par la couleur verte. L’adaptation aux deux forces anti-corrélées pour le groupe IC s’est avérée significative au cours des 10 jours d’entraînement et leurs mouvements étaient presque aussi bien ajustés que ceux des deux groupes témoins qui n’avaient expérimenté qu’une seule des deux forces. De plus, les sujets du groupe IC ont rapidement démontré des changements adaptatifs prédictifs dans leurs sorties motrices à chaque changement de couleur de l’écran, et ceci même durant leur première journée d’entraînement. Ceci démontre qu’ils pouvaient utiliser les stimuli de couleur afin de se rappeler de la commande motrice adéquate. Dans le deuxième groupe expérimental, la couleur de l’écran changeait régulièrement de vert à rouge à chaque transition de blocs d’essais, mais le changement des champs de forces était randomisé par rapport aux changements de couleur (groupe « indice-incertain », II). Ces sujets ont pris plus de temps à s’adapter aux champs de forces que les 3 autres groupes et ne pouvaient pas utiliser les stimuli de couleurs, qui n’étaient pas fiables puisque non systématiquement reliés aux champs de forces, pour faire des changements prédictifs dans leurs sorties motrices. Toutefois, tous les sujets de ce groupe ont développé une stratégie ingénieuse leur permettant d’émettre une réponse motrice « par défaut » afin de palper ou de sentir le type de la force qu’ils allaient rencontrer dans le premier essai de chaque bloc, à chaque changement de couleur. En effet, ils utilisaient la rétroaction proprioceptive liée à la nature du champ de force afin de prédire la sortie motrice appropriée pour les essais qui suivent, jusqu’au prochain changement de couleur d’écran qui signifiait la possibilité de changement de force. Cette stratégie était efficace puisque la force demeurait la même dans chaque bloc, pendant lequel la couleur de l’écran restait inchangée. Cette étude a démontré que les sujets du groupe II étaient capables d’utiliser les stimuli de couleur pour extraire des informations implicites et explicites nécessaires à la réalisation des mouvements, et qu’ils pouvaient utiliser ces informations pour diminuer l’interférence lors de l’adaptation aux forces anti-corrélées. Les résultats de cette première étude nous ont encouragés à étudier les mécanismes permettant aux sujets de se rappeler d’habiletés motrices multiples jumelées à des stimuli contextuels de couleur. Dans le cadre de notre deuxième étude, nos expériences ont été effectuées au niveau neuronal chez le singe. Notre but était alors d’élucider à quel point les neurones du cortex moteur primaire (M1) peuvent contribuer à la compensation d’un large éventail de différentes forces externes durant un mouvement de flexion/extension du coude. Par cette étude, nous avons testé l’hypothèse liée au modèle MOSAIC, selon laquelle il existe plusieurs modules contrôleurs dans le cervelet qui peuvent prédire chaque contexte et produire un signal de sortie motrice approprié pour un nombre restreint de conditions. Selon ce modèle, les neurones de M1 recevraient des entrées de la part de plusieurs contrôleurs cérébelleux spécialisés et montreraient ensuite une modulation appropriée de la réponse pour une large variété de conditions. Nous avons entraîné deux singes à adapter leurs mouvements de flexion/extension du coude dans le cadre de 5 champs de force différents : un champ nul ne présentant aucune perturbation, deux forces visqueuses anti-corrélées (assistante et résistante) qui dépendaient de la vitesse du mouvement et qui ressemblaient à celles utilisées dans notre étude psychophysique chez l’homme, une force élastique résistante qui dépendait de la position de l’articulation du coude et, finalement, un champ viscoélastique comportant une sommation linéaire de la force élastique et de la force visqueuse. Chaque champ de force était couplé à une couleur d’écran de l’ordinateur, donc nous avions un total de 5 couleurs différentes associées chacune à un champ de force (relation fixe). Les singes étaient bien adaptés aux 5 conditions de champs de forces et utilisaient les stimuli contextuels de couleur pour se rappeler de la sortie motrice appropriée au contexte de forces associé à chaque couleur, prédisant ainsi leur sortie motrice avant de sentir les effets du champ de force. Les enregistrements d’EMG ont permis d’éliminer la possibilité de co-contractions sous-tendant ces adaptations, étant donné que le patron des EMG était approprié pour compenser chaque condition de champ de force. En parallèle, les neurones de M1 ont montré des changements systématiques dans leurs activités, sur le plan unitaire et populationnel, dans chaque condition de champ de force, signalant les changements requis dans la direction, l’amplitude et le décours temporel de la sortie de force musculaire nécessaire pour compenser les 5 conditions de champs de force. Les changements dans le patron de réponse pour chaque champ de force étaient assez cohérents entre les divers neurones de M1, ce qui suggère que la plupart des neurones de M1 contribuent à la compensation de toutes les conditions de champs de force, conformément aux prédictions du modèle MOSAIC. Aussi, cette modulation de l’activité neuronale ne supporte pas l’hypothèse d’une organisation fortement modulaire de M1.

Mécanismes psychophysiques et neuronaux de la compensation dynamique de multiples champs de force : facilitation et anticipation liée à des indices de couleur

Dans cette thèse, nous abordons le contrôle moteur du mouvement du coude à travers deux approches expérimentales : une première étude psychophysique a été effectuée chez les sujets humains, et une seconde implique des enregistrements neurophysiologiques chez le singe. Nous avons recensé plusieurs aspects non résolus jusqu’à présent dans l’apprentissage moteur, particulièrement concernant l’interférence survenant lors de l’adaptation à deux ou plusieurs champs de force anti-corrélés. Nous avons conçu un paradigme où des stimuli de couleur aident les sujets à prédire la nature du champ de force externe actuel avant qu’ils ne l’expérimentent physiquement durant des mouvements d’atteinte. Ces connaissances contextuelles faciliteraient l’adaptation à des champs de forces en diminuant l’interférence. Selon le modèle computationnel de l’apprentissage moteur MOSAIC (MOdular Selection And Identification model for Control), les stimuli de couleur aident les sujets à former « un modèle interne » de chaque champ de forces, à s’en rappeler et à faire la transition entre deux champs de force différents, sans interférence. Dans l’expérience psychophysique, quatre groupes de sujets humains ont exécuté des mouvements de flexion/extension du coude contre deux champs de forces. Chaque force visqueuse était associée à une couleur de l’écran de l’ordinateur et les deux forces étaient anti-corrélées : une force résistante (Vr) a été associée à la couleur rouge de l’écran et l’autre, assistante (Va), à la couleur verte de l’écran. Les deux premiers groupes de sujets étaient des groupes témoins : la couleur de l’écran changeait à chaque bloc de 4 essais, tandis que le champ de force ne changeait pas. Les sujets du groupe témoin Va ne rencontraient que la force assistante Va et les sujets du groupe témoin Vr performaient leurs mouvements uniquement contre une force résistante Vr. Ainsi, dans ces deux groupes témoins, les stimuli de couleur n’étaient pas pertinents pour adapter le mouvement et les sujets ne s’adaptaient qu’à une seule force (Va ou Vr). Dans les deux groupes expérimentaux, cependant, les sujets expérimentaient deux champs de forces différents dans les différents blocs d’essais (4 par bloc), associés à ces couleurs. Dans le premier groupe expérimental (groupe « indice certain », IC), la relation entre le champ de force et le stimulus (couleur de l’écran) était constante. La couleur rouge signalait toujours la force Vr tandis que la force Va était signalée par la couleur verte. L’adaptation aux deux forces anti-corrélées pour le groupe IC s’est avérée significative au cours des 10 jours d’entraînement et leurs mouvements étaient presque aussi bien ajustés que ceux des deux groupes témoins qui n’avaient expérimenté qu’une seule des deux forces. De plus, les sujets du groupe IC ont rapidement démontré des changements adaptatifs prédictifs dans leurs sorties motrices à chaque changement de couleur de l’écran, et ceci même durant leur première journée d’entraînement. Ceci démontre qu’ils pouvaient utiliser les stimuli de couleur afin de se rappeler de la commande motrice adéquate. Dans le deuxième groupe expérimental, la couleur de l’écran changeait régulièrement de vert à rouge à chaque transition de blocs d’essais, mais le changement des champs de forces était randomisé par rapport aux changements de couleur (groupe « indice-incertain », II). Ces sujets ont pris plus de temps à s’adapter aux champs de forces que les 3 autres groupes et ne pouvaient pas utiliser les stimuli de couleurs, qui n’étaient pas fiables puisque non systématiquement reliés aux champs de forces, pour faire des changements prédictifs dans leurs sorties motrices. Toutefois, tous les sujets de ce groupe ont développé une stratégie ingénieuse leur permettant d’émettre une réponse motrice « par défaut » afin de palper ou de sentir le type de la force qu’ils allaient rencontrer dans le premier essai de chaque bloc, à chaque changement de couleur. En effet, ils utilisaient la rétroaction proprioceptive liée à la nature du champ de force afin de prédire la sortie motrice appropriée pour les essais qui suivent, jusqu’au prochain changement de couleur d’écran qui signifiait la possibilité de changement de force. Cette stratégie était efficace puisque la force demeurait la même dans chaque bloc, pendant lequel la couleur de l’écran restait inchangée. Cette étude a démontré que les sujets du groupe II étaient capables d’utiliser les stimuli de couleur pour extraire des informations implicites et explicites nécessaires à la réalisation des mouvements, et qu’ils pouvaient utiliser ces informations pour diminuer l’interférence lors de l’adaptation aux forces anti-corrélées. Les résultats de cette première étude nous ont encouragés à étudier les mécanismes permettant aux sujets de se rappeler d’habiletés motrices multiples jumelées à des stimuli contextuels de couleur. Dans le cadre de notre deuxième étude, nos expériences ont été effectuées au niveau neuronal chez le singe. Notre but était alors d’élucider à quel point les neurones du cortex moteur primaire (M1) peuvent contribuer à la compensation d’un large éventail de différentes forces externes durant un mouvement de flexion/extension du coude. Par cette étude, nous avons testé l’hypothèse liée au modèle MOSAIC, selon laquelle il existe plusieurs modules contrôleurs dans le cervelet qui peuvent prédire chaque contexte et produire un signal de sortie motrice approprié pour un nombre restreint de conditions. Selon ce modèle, les neurones de M1 recevraient des entrées de la part de plusieurs contrôleurs cérébelleux spécialisés et montreraient ensuite une modulation appropriée de la réponse pour une large variété de conditions. Nous avons entraîné deux singes à adapter leurs mouvements de flexion/extension du coude dans le cadre de 5 champs de force différents : un champ nul ne présentant aucune perturbation, deux forces visqueuses anti-corrélées (assistante et résistante) qui dépendaient de la vitesse du mouvement et qui ressemblaient à celles utilisées dans notre étude psychophysique chez l’homme, une force élastique résistante qui dépendait de la position de l’articulation du coude et, finalement, un champ viscoélastique comportant une sommation linéaire de la force élastique et de la force visqueuse. Chaque champ de force était couplé à une couleur d’écran de l’ordinateur, donc nous avions un total de 5 couleurs différentes associées chacune à un champ de force (relation fixe). Les singes étaient bien adaptés aux 5 conditions de champs de forces et utilisaient les stimuli contextuels de couleur pour se rappeler de la sortie motrice appropriée au contexte de forces associé à chaque couleur, prédisant ainsi leur sortie motrice avant de sentir les effets du champ de force. Les enregistrements d’EMG ont permis d’éliminer la possibilité de co-contractions sous-tendant ces adaptations, étant donné que le patron des EMG était approprié pour compenser chaque condition de champ de force. En parallèle, les neurones de M1 ont montré des changements systématiques dans leurs activités, sur le plan unitaire et populationnel, dans chaque condition de champ de force, signalant les changements requis dans la direction, l’amplitude et le décours temporel de la sortie de force musculaire nécessaire pour compenser les 5 conditions de champs de force. Les changements dans le patron de réponse pour chaque champ de force étaient assez cohérents entre les divers neurones de M1, ce qui suggère que la plupart des neurones de M1 contribuent à la compensation de toutes les conditions de champs de force, conformément aux prédictions du modèle MOSAIC. Aussi, cette modulation de l’activité neuronale ne supporte pas l’hypothèse d’une organisation fortement modulaire de M1.

Plataforma interactiva para edifícios inteligentes com controlo preditivo

Esta dissertação desenvolve uma plataforma de controlo interactiva para edifícios inteligentes através de um sistema SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition). Este sistema SCADA integra diferentes tipos de informações provenientes das várias tecnologias presentes em edifícios modernos (controlo da ventilação, temperatura, iluminação, etc.). A estratégia de controlo desenvolvida implementa um controlador em cascada hierárquica onde os "loops" interiores são executados pelos PLC's locais (Programmable Logic Controller), e o "loop" exterior é gerido pelo sistema SCADA centralizado, que interage com a rede local de PLC's. Nesta dissertação é implementado um controlador preditivo na plataforma SCADA centralizada. São apresentados testes efectuados para o controlo da temperatura e luminosidade de salas com uma grande área. O controlador preditivo desenvolvido tenta optimizar a satisfação dos utilizadores, com base nas preferências introduzidas em várias interfaces distribuídas, sujeito às restrições de minimização do desperdício de energia. De forma a executar o controlador preditivo na plataforma SCADA foi desenvolvido um canal de comunicação para permitir a comunicação entre a aplicação SCADA e a aplicação MATLAB, onde o controlador preditivo é executado. ABSTRACT: This dissertation develops an operational control platform for intelligent buildings using a SCADA system (Supervisory Control And Data Acquisition). This SCADA system integrates different types of information coming from the several technologies present in modem buildings (control of ventilation, temperature, illumination, etc.). The developed control strategy implements a hierarchical cascade controller where inner loops are performed by local PLCs (Programmable Logic Controller), and the outer loop is managed by the centralized SCADA system, which interacts with the entire local PLC network. ln this dissertation a Predictive Controller is implemented at the centralized SCADA platform. Tests applied to the control of temperature and luminosity in huge­area rooms are presented. The developed Predictive Controller tries to optimize the satisfaction of user explicit preferences coming from several distributed user-interfaces, subjected to the constraints of energy waste minimization. ln order to run the Predictive Controller at the SCADA platform a communication channel was developed to allow communication between the SCADA application and the MATLAB application where the Predictive Controller runs.

Modelling and PI Control of an Irrigation Canal

The main goal of this paper is to expose and validate a methodology to design efficient automatic controllers for irrigation canals, based on the Saint-Venant model. This model-based methodology enables to design controllers at the design stage (when the canal is not already built). The methodology is applied on an experimental canal located in Portugal. First the full nonlinear PDE model is calibrated, using a single steady-state experiment. The model is then linearized around a functioning point, in order to design linear PI controllers. Two classical control strategies are tested (local upstream control and distant downstream control) and compared on the canal. The experimental results show the effectiveness of the model.

Tax Cost of Investment Projects: the case of ICMS credits

This article discusses the impact on the profitability of firms under Complementary Law 102/2000 (which abrogated the Law 89/96 - Kandir Law) allowing the appropriation of ICMS credits, due to investment in fixed assets goods, at a ratio of 1/48 per month. The paper seeks to demonstrate how this new system - which resulted in the transformation of the ICMS as a value added tax (VAT) consumption-type to an income-type - leads to a loss of approximately 30% of the value of credits to be recovered and the effect it generates on the cost of investment and the profits for small, medium and large firms. From the methodological point of view, it is a descriptive and quantitative research, which proceeded in three stages. Initially, we have obtained estimated value of net sales and volume of investments, based on report Painel de Competitividade prepared by the Federacao das Indtustrias do Estado de Sao Paulo (Fiesp/Serasa). Based on this information, it was possible to obtain estimates of the factors of generation of debits and credits for ICMS, using the model Credit Control of Fixed Assets (CIAP). Finally, we have calculated three indicators: (i) present value of debt recovery/value of credits, (ii) present value of debt recovery / investment value, (iii) present value of debt recovery / sales profitability. We have conclude that the system introduced by Complementary Law 102/2000 implicates great opportunity cost for firms and that legislation should be reviewed from this perspective, aiming to ensure lower costs associated with investment projects.

Leukotrienes Are Potent Adjuvant during Fungal Infection: Effects on Memory T Cells

Leukotrienes (LTs) are potent lipid mediators involved in the control of host defense. LTB(4) induces leukocyte accumulation, enhances phagocytosis and bacterial clearance, and increases NO synthesis. LTB(4) is also important in early effector T cell recruitment that is mediated by LTB(4) receptor 1, the high-affinity receptor for LTB(4). The aims of this study were to evaluate whether LTs are involved in the secondary immune response to vaccination in a murine model of Histoplasma capsulatum infection. Our results demonstrate that protection of wild-type mice immunized with cell-free Ags from H. capsulatum against histoplasmosis was associated with increased LTB(4) and IFN-gamma production as well as recruitment of memory T cells into the lungs. In contrast, cell-free Ag-immunized mice lacking 5-lipoxygenase(-/-), a critical enzyme involved in LT synthesis, displayed a marked decrease on recruitment of memory T cells to the lungs associated with increased synthesis of TGF-beta as well as IL-10. Strikingly, these effects were associated with increased mortality to 5-lipoxygenase(-/-)-infected mice. These data establish an important immunomodulatory role of LTs, in both the primary and secondary immune responses to histoplasmosis. The Journal of Immunology, 2008,181: 8544-8551.