Non-Linear Network-Flow Model of Lukasiewicz’s Multivalue Logic

The paper presents a new network-flow interpretation of Łukasiewicz’s logic based on models with an increased effectiveness. The obtained results show that the presented network-flow models principally may work for multivalue logics with more than three states of the variables i.e. with a finite set of states in the interval from 0 to 1. The described models give the opportunity to formulate various logical functions. If the results from a given model that are contained in the obtained values of the arc flow functions are used as input data for other models then it is possible in Łukasiewicz’s logic to interpret successfully other sophisticated logical structures. The obtained models allow a research of Łukasiewicz’s logic with specific effective methods of the network-flow programming. It is possible successfully to use the specific peculiarities and the results pertaining to the function ‘traffic capacity of the network arcs’. Based on the introduced network-flow approach it is possible to interpret other multivalue logics – of E.Post, of L.Brauer, of Kolmogorov, etc.

Modeling volatile organic compounds (voc`s) adsorption onto cup-stacked carbon nanotubes (cscnt) using the linear driving force model

Modeling volatile organic compounds (voc`s) adsorption onto cup-stacked carbon nanotubes (cscnt) using the linear driving force model. Volatile organic compounds (VOC`s) are an important category of air pollutants and adsorption has been employed in the treatment (or simply concentration) of these compounds. The current study used an ordinary analytical methodology to evaluate the properties of a cup-stacked nanotube (CSCNT), a stacking morphology of truncated conical graphene, with large amounts of open edges on the outer surface and empty central channels. This work used a Carbotrap bearing a cup-stacked structure (composite); for comparison, Carbotrap was used as reference (without the nanotube). The retention and saturation capacities of both adsorbents to each concentration used (1, 5, 20 and 35 ppm of toluene and phenol) were evaluated. The composite performance was greater than Carbotrap; the saturation capacities for the composite was 67% higher than Carbotrap (average values). The Langmuir isotherm model was used to fit equilibrium data for both adsorbents, and a linear driving force model (LDF) was used to quantify intraparticle adsorption kinetics. LDF was suitable to describe the curves.

Ancillary services dispatch using linear programming and genetic algorithm approaches

Electricity market players operating in a liberalized environment requires access to an adequate decision support tool, allowing them to consider all the business opportunities and take strategic decisions. Ancillary services represent a good negotiation opportunity that must be considered by market players. For this, decision support tools must include ancillary market simulation. This paper proposes two different methods (Linear Programming and Genetic Algorithm approaches) for ancillary services dispatch. The methodologies are implemented in MASCEM, a multi-agent based electricity market simulator. A test case concerning the dispatch of Regulation Down, Regulation Up, Spinning Reserve and Non-Spinning Reserve services is included in this paper.

Stochastic short-term maintenance scheduling of GENCOs in an oligopolistic electricity market

In the proposed model, the independent system operator (ISO) provides the opportunity for maintenance outage rescheduling of generating units before each short-term (ST) time interval. Long-term (LT) scheduling for 1 or 2 years in advance is essential for the ISO and the generation companies (GENCOs) to decide their LT strategies; however, it is not possible to be exactly followed and requires slight adjustments. The Cournot-Nash equilibrium is used to characterize the decision-making procedure of an individual GENCO for ST intervals considering the effective coordination with LT plans. Random inputs, such as parameters of the demand function of loads, hourly demand during the following ST time interval and the expected generation pattern of the rivals, are included as scenarios in the stochastic mixed integer program defined to model the payoff-maximizing objective of a GENCO. Scenario reduction algorithms are used to deal with the computational burden. Two reliability test systems were chosen to illustrate the effectiveness of the proposed model for the ST decision-making process for future planned outages from the point of view of a GENCO.

Scheduling of a hydro producer considering head-dependency, price scenarios and risk-aversion

In this paper, a mixed-integer quadratic programming approach is proposed for the short-term hydro scheduling problem, considering head-dependency, discontinuous operating regions and discharge ramping constraints. As new contributions to earlier studies, market uncertainty is introduced in the model via price scenarios, and risk aversion is also incorporated by limiting the volatility of the expected profit through the conditional value-at-risk. Our approach has been applied successfully to solve a case Study based on one of the main Portuguese cascaded hydro systems, requiring a negligible computational time.

Gestão de Recursos Energéticos nas SmartGrids

A sustentabilidade do sistema energético é crucial para o desenvolvimento económico e social das sociedades presentes e futuras. Para garantir o bom funcionamento dos sistemas de energia actua-se, tipicamente, sobre a produção e sobre as redes de transporte e de distribuição. No entanto, a integração crescente de produção distribuída, principalmente nas redes de distribuição de média e de baixa tensão, a liberalização dos mercados energéticos, o desenvolvimento de mecanismos de armazenamento de energia, o desenvolvimento de sistemas automatizados de controlo de cargas e os avanços tecnológicos das infra-estruturas de comunicação impõem o desenvolvimento de novos métodos de gestão e controlo dos sistemas de energia. O contributo deste trabalho é o desenvolvimento de uma metodologia de gestão de recursos energéticos num contexto de SmartGrids, considerando uma entidade designada por VPP que gere um conjunto de instalações (unidades produtoras, consumidores e unidades de armazenamento) e, em alguns casos, tem ao seu cuidado a gestão de uma parte da rede eléctrica. Os métodos desenvolvidos contemplam a penetração intensiva de produção distribuída, o aparecimento de programas de Demand Response e o desenvolvimento de novos sistemas de armazenamento. São ainda propostos níveis de controlo e de tomada de decisão hierarquizados e geridos por entidades que actuem num ambiente de cooperação mas também de concorrência entre si. A metodologia proposta foi desenvolvida recorrendo a técnicas determinísticas, nomeadamente, à programação não linear inteira mista, tendo sido consideradas três funções objectivo distintas (custos mínimos, emissões mínimas e cortes de carga mínimos), originando, posteriormente, uma função objectivo global, o que permitiu determinar os óptimos de Pareto. São ainda determinados os valores dos custos marginais locais em cada barramento e consideradas as incertezas dos dados de entrada, nomeadamente, produção e consumo. Assim, o VPP tem ao seu dispor um conjunto de soluções que lhe permitirão tomar decisões mais fundamentadas e de acordo com o seu perfil de actuação. São apresentados dois casos de estudo. O primeiro utiliza uma rede de distribuição de 32 barramentos publicada por Baran & Wu. O segundo caso de estudo utiliza uma rede de distribuição de 114 barramentos adaptada da rede de 123 barramentos do IEEE.

Resolução do problema de atribuição de salas a exames

Este trabalho pretende resolver o problema das alocações de salas a exames no Departamento de Engenharia Mecânica do Instituto Superior de Engenharia do Porto. A solução desenvolvida atribui salas a exames respeitando as restrições de capacidade de salas e a restrição de realização dum único exame por sala num determinado período, por forma a minimizar a atribuição de salas e, consequentemente, docentes a exames. Foi criado um modelo matemático, que representa as variáveis relevantes do problema, e realiza a sua implementação numa plataforma informática amigável para o utilizador. O modelo matemático foi validado comparando as suas soluções com as obtidas através do processo manual. Os resultados do novo método demonstram a sua supremacia relativamente ao modelo atual. No futuro, poderá ser estudada a possibilidade de usar esta ferramenta na resolução do mesmo problema em realidades diferentes da do Departamento de Engenharia Mecânica do ISEP.

How realistic is the mixed-criticality real-time system model?

23rd International Conference on Real-Time Networks and Systems (RTNS 2015). 4 to 6, Nov, 2015, Main Track. Lille, France. Best Paper Award Nominee

Localização Ótima de Aparelhos de Corte Normalmente Abertos e Normalmente Fechados em Redes de Distribuição

Tipicamente as redes elétricas de distribuição apresentam uma topologia parcialmente malhada e são exploradas radialmente. A topologia radial é obtida através da abertura das malhas nos locais que otimizam o ponto de operação da rede, através da instalação de aparelhos de corte que operam normalmente abertos. Para além de manterem a topologia radial, estes equipamentos possibilitam também a transferência de cargas entre saídas, aquando da ocorrência de defeitos. As saídas radiais são ainda dotadas de aparelhos de corte que operam normalmente fechados, estes têm como objetivo maximizar a fiabilidade e isolar defeitos, minimizando a área afetada pelos mesmos. Assim, na presente dissertação são desenvolvidos dois algoritmos determinísticos para a localização ótima de aparelhos de corte normalmente abertos e fechados, minimizando a potência ativa de perdas e o custo da energia não distribuída. O algoritmo de localização de aparelhos de corte normalmente abertos visa encontrar a topologia radial ótima que minimiza a potência ativa de perdas. O método é desenvolvido em ambiente Matlab – Tomlab, e é formulado como um problema de programação quadrática inteira mista. A topologia radial ótima é garantida através do cálculo de um trânsito de potências ótimo baseado no modelo DC. A função objetivo é dada pelas perdas por efeito de Joule. Por outro lado o problema é restringido pela primeira lei de Kirchhoff, limites de geração das subestações, limites térmicos dos condutores, trânsito de potência unidirecional e pela condição de radialidade. Os aparelhos de corte normalmente fechados são localizados ao longo das saídas radiais obtidas pelo anterior algoritmo, e permite minimizar o custo da energia não distribuída. No limite é possível localizar um aparelho de corte normalmente fechado em todas as linhas de uma rede de distribuição, sendo esta a solução que minimiza a energia não distribuída. No entanto, tendo em conta que a cada aparelho de corte está associado um investimento, é fundamental encontrar um equilíbrio entre a melhoria de fiabilidade e o investimento. Desta forma, o algoritmo desenvolvido avalia os benefícios obtidos com a instalação de aparelhos de corte normalmente fechados, e retorna o número e a localização dos mesmo que minimiza o custo da energia não distribuída. Os métodos apresentados são testados em duas redes de distribuição reais, exploradas com um nível de tensão de 15 kV e 30 kV, respetivamente. A primeira rede é localizada no distrito do Porto e é caraterizada por uma topologia mista e urbana. A segunda rede é localizada no distrito de Bragança e é caracterizada por uma topologia maioritariamente aérea e rural.

Synthesis of plantwide control strategies using mixed integer optimization

Magdeburg, Univ., Fak. für Elektrotechnik und Informationstechnik, Diss., 2012

Optimal operation of multiproduct batch plants

Multiproduct plants, Dynamic Optimization, Mixed Integer Linear/Non-Linear Programming, Scheduling

Predicting trabecular bone microdamage initiation and accumulation using a non-linear perfect damage model

Studies evaluating the mechanical behavior of the trabecular microstructure play an important role in our understanding of pathologies such as osteoporosis, and in increasing our understanding of bone fracture and bone adaptation. Understanding of such behavior in bone is important for predicting and providing early treatment of fractures. The objective of this study is to present a numerical model for studying the initiation and accumulation of trabecular bone microdamage in both the pre- and post-yield regions. A sub-region of human vertebral trabecular bone was analyzed using a uniformly loaded anatomically accurate microstructural three-dimensional finite element model. The evolution of trabecular bone microdamage was governed using a non-linear, modulus reduction, perfect damage approach derived from a generalized plasticity stress-strain law. The model introduced in this paper establishes a history of microdamage evolution in both the pre- and post-yield regions

Evaluation of a linear spectral mixture model and vegetation indices (NDVI and EVI) in a study of schistosomiasis mansoni and Biomphalaria glabrata distribution in the state of Minas Gerais, Brazil

This paper analyses the associations between Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) and Enhanced Vegetation Index (EVI) on the prevalence of schistosomiasis and the presence of Biomphalaria glabrata in the state of Minas Gerais (MG), Brazil. Additionally, vegetation, soil and shade fraction images were created using a Linear Spectral Mixture Model (LSMM) from the blue, red and infrared channels of the Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer spaceborne sensor and the relationship between these images and the prevalence of schistosomiasis and the presence of B. glabrata was analysed. First, we found a high correlation between the vegetation fraction image and EVI and second, a high correlation between soil fraction image and NDVI. The results also indicate that there was a positive correlation between prevalence and the vegetation fraction image (July 2002), a negative correlation between prevalence and the soil fraction image (July 2002) and a positive correlation between B. glabrata and the shade fraction image (July 2002). This paper demonstrates that the LSMM variables can be used as a substitute for the standard vegetation indices (EVI and NDVI) to determine and delimit risk areas for B. glabrata and schistosomiasis in MG, which can be used to improve the allocation of resources for disease control.

Restless bandits, linear programming relaxations and a primal-dual index heuristic

We develop a mathematical programming approach for the classicalPSPACE - hard restless bandit problem in stochastic optimization.We introduce a hierarchy of n (where n is the number of bandits)increasingly stronger linear programming relaxations, the lastof which is exact and corresponds to the (exponential size)formulation of the problem as a Markov decision chain, while theother relaxations provide bounds and are efficiently computed. Wealso propose a priority-index heuristic scheduling policy fromthe solution to the first-order relaxation, where the indices aredefined in terms of optimal dual variables. In this way wepropose a policy and a suboptimality guarantee. We report resultsof computational experiments that suggest that the proposedheuristic policy is nearly optimal. Moreover, the second-orderrelaxation is found to provide strong bounds on the optimalvalue.

Mixed equilibrium in a Downsian model with a favored candidate

This paper examines competition in the standard one-dimensional Downsian model of two-candidate elections, but where one candidate (A) enjoys an advantage over the other candidate (D). Voters' preferences are Euclidean, but any voter will vote for candidate A over candidate D unless D is closer to her ideal point by some fixed distance \delta. The location of the median voter's ideal point is uncertain, and its distribution is commonly known by both candidates. The candidates simultaneously choose locations to maximize the probability of victory. Pure strategy equilibria often fails to exist in this model, except under special conditions about \delta and the distribution of the median ideal point. We solve for the essentially unique symmetric mixed equilibrium, show that candidate A adopts more moderate policies than candidate D, and obtain some comparative statics results about the probability of victory and the expected distance between the two candidates' policies.