Using bifurcations in the determination of lock-in ranges for third-order phase-locked loops

Transmission and switching in digital telecommunication networks require distribution of precise time signals among the nodes. Commercial systems usually adopt a master-slave (MS) clock distribution strategy building slave nodes with phase-locked loop (PLL) circuits. PLLs are responsible for synchronizing their local oscillations with signals from master nodes, providing reliable clocks in all nodes. The dynamics of a PLL is described by an ordinary nonlinear differential equation, with order one plus the order of its internal linear low-pass filter. Second-order loops are commonly used because their synchronous state is asymptotically stable and the lock-in range and design parameters are expressed by a linear equivalent system [Gardner FM. Phaselock techniques. New York: John Wiley & Sons: 1979]. In spite of being simple and robust, second-order PLLs frequently present double-frequency terms in PD output and it is very difficult to adapt a first-order filter in order to cut off these components [Piqueira JRC, Monteiro LHA. Considering second-harmonic terms in the operation of the phase detector for second order phase-locked loop. IEEE Trans Circuits Syst [2003;50(6):805-9; Piqueira JRC, Monteiro LHA. All-pole phase-locked loops: calculating lock-in range by using Evan`s root-locus. Int J Control 2006;79(7):822-9]. Consequently, higher-order filters are used, resulting in nonlinear loops with order greater than 2. Such systems, due to high order and nonlinear terms, depending on parameters combinations, can present some undesirable behaviors, resulting from bifurcations, as error oscillation and chaos, decreasing synchronization ranges. In this work, we consider a second-order Sallen-Key loop filter [van Valkenburg ME. Analog filter design. New York: Holt, Rinehart & Winston; 1982] implying a third order PLL The resulting lock-in range of the third-order PLL is determined by two bifurcation conditions: a saddle-node and a Hopf. (C) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

Evolution of a mate recognition system after hybridization between two Drosophila species

I investigated the genetic relationship between male and female components of the mate recognition system and how this relationship influenced the subsequent evolution of the two traits, in a series of replicate populations of interspecific hybrids. Thirty populations of hybrids between Drosophila serrata and Drosophila birchii were established and maintained for 24 generations. At the fifth generation after hybridization, the mating success of hybrid individuals with the D. serrata parent was determined. The genetic correlation between male and female components of the male recognition system, as a consequence of pleiotropy or tight physical linkage, was found to be significant but low (r = 0.388). This result suggested that pleiotropy may play only a minor role in the evolution of mate recognition in this system. At the twenty-fourth generation after hybridization, the mating success of the hybrids was again determined. The evolution of male and female components was investigated by analyzing the direction of evolution of each hybrid line with respect to its initial position in relation to the genetic regression. Male and female components appeared to converge on a single equilibrium point, rather than evolving along trajectories with slope equal to the genetic regression, toward a line of equilibria.

Analysis of small signal stability margins using genetic optimization

Power system small signal stability analysis aims to explore different small signal stability conditions and controls, namely: (1) exploring the power system security domains and boundaries in the space of power system parameters of interest, including load flow feasibility, saddle node and Hopf bifurcation ones; (2) finding the maximum and minimum damping conditions; and (3) determining control actions to provide and increase small signal stability. These problems are presented in this paper as different modifications of a general optimization to a minimum/maximum, depending on the initial guesses of variables and numerical methods used. In the considered problems, all the extreme points are of interest. Additionally, there are difficulties with finding the derivatives of the objective functions with respect to parameters. Numerical computations of derivatives in traditional optimization procedures are time consuming. In this paper, we propose a new black-box genetic optimization technique for comprehensive small signal stability analysis, which can effectively cope with highly nonlinear objective functions with multiple minima and maxima, and derivatives that can not be expressed analytically. The optimization result can then be used to provide such important information such as system optimal control decision making, assessment of the maximum network's transmission capacity, etc. (C) 1998 Elsevier Science S.A. All rights reserved.

Computation of bifurcation boundaries for power systems: A new Delta-plane method

This paper is devoted to the problems of finding the load flow feasibility, saddle node, and Hopf bifurcation boundaries in the space of power system parameters. The first part contains a review of the existing relevant approaches including not-so-well-known contributions from Russia. The second part presents a new robust method for finding the power system load flow feasibility boundary on the plane defined by any three vectors of dependent variables (nodal voltages), called the Delta plane. The method exploits some quadratic and linear properties of the load now equations and state matrices written in rectangular coordinates. An advantage of the method is that it does not require an iterative solution of nonlinear equations (except the eigenvalue problem). In addition to benefits for visualization, the method is a useful tool for topological studies of power system multiple solution structures and stability domains. Although the power system application is developed, the method can be equally efficient for any quadratic algebraic problem.

Stability of nonlinear difference inclusions

The stability of difference inclusions x(k+1) is an element of F(x(k)) is studied, where F(x) = {F(x, gimel) : is an element of Lambda} and the selections F(., gimel) : E -->E assume values in a Banach space E, partially ordered by a cone K. It is assumed that the operators F(.,gimel) are heterotone or pseudoconcave. The main results concern asymptotically stable absorbing sets, and include the case of a single equilibrium point. The results are applied to a number of practical problems.

A study of five cervicocephalic relocation tests in three different subject groups

Objective: To compare head relocation accuracy in traumatic ( whiplash), insidious onset neck pain patients and asymptomatic subjects when targeting a natural head posture (NHP) and complex predetermined positions. Design: A case-control study. Setting: University-based musculoskeletal research clinic. Participants: Sixty-three volunteers divided into three groups of similar gender and age: Group 1 (n=21) an asymptomatic group; group 2 (n=20) insidious onset neck pain; group 3 (n=22) a history of whiplash injury. Intervention: Five randomly ordered tests designed to detect relocation accuracy of the head. Outcome measures: A 3-Space Fastrak system measured the mean absolute relocation error of three trials of each relocation test. Results: A significant difference was found between groups in one of the tests targeting the NHP (p=0.001). Post-hoc pairwise comparisons revealed a significant difference (pless than or equal to0.05) between the asymptomatic group and each symptomatic group. The difference between the symptomatic groups just failed to reach significance (p=0.07). None of the other four tests revealed significant differences. Conclusion: The test of targeting the NHP indicates that relocation inaccuracy exists in patients with neck pain with a trend to suggest that the deficit may be greater in whiplash patients. Tests employing unfamiliar postures or more complex movement were not successful in differentiating subject groups.

Controling delayed transitions with applications to prevent single species extinctions

A new method is proposed to control delayed transitions towards extinction in single population theoretical models with discrete time undergoing saddle-node bifurcations. The control method takes advantage of the delaying properties of the saddle remnant arising after the bifurcation, and allows to sustain populations indefinitely. Our method, which is shown to work for deterministic and stochastic systems, could generally be applied to avoid transitions tied to one-dimensional maps after saddle-node bifurcations.

On chaos, transient chaos and ghosts in single populations models with allee effects

Density-dependent effects, both positive or negative, can have an important impact on the population dynamics of species by modifying their population per-capita growth rates. An important type of such density-dependent factors is given by the so-called Allee effects, widely studied in theoretical and field population biology. In this study, we analyze two discrete single population models with overcompensating density-dependence and Allee effects due to predator saturation and mating limitation using symbolic dynamics theory. We focus on the scenarios of persistence and bistability, in which the species dynamics can be chaotic. For the chaotic regimes, we compute the topological entropy as well as the Lyapunov exponent under ecological key parameters and different initial conditions. We also provide co-dimension two bifurcation diagrams for both systems computing the periods of the orbits, also characterizing the period-ordering routes toward the boundary crisis responsible for species extinction via transient chaos. Our results show that the topological entropy increases as we approach to the parametric regions involving transient chaos, being maximum when the full shift R(L)(infinity) occurs, and the system enters into the essential extinction regime. Finally, we characterize analytically, using a complex variable approach, and numerically the inverse square-root scaling law arising in the vicinity of a saddle-node bifurcation responsible for the extinction scenario in the two studied models. The results are discussed in the context of species fragility under differential Allee effects. (C) 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Population Dynamics Modeling of Arapaima gigas

Pirarucu (Arapaima gigas) has been of the most important natural fishing resources of the Amazon region. Due to its economic importance, and the necessity to preserve the species hand, field research concerning the habits and behavior of the pirarucu has been increasing for the last 20 years. The aim of this paper is to present a mathematical model for the pirarucu population dynamics considering the species peculiarities, particularly the male parental care over the offspring. The solution of the dynamical systems indicates three possible equilibrium points for the population. The first corresponds to extinction; the third corresponds to a stable population close to the environmental carrying capacity. The second corresponds to an unstable equilibrium located between extinction and full use of the carrying capacity. It is shown that lack of males’ parental care closes the gap between the point corresponding to the unstable equilibrium and the point of stable non-trivial equilibrium. If guarding failure reaches a critical point the two points coincide and the population tends irreversibly to extinction. If some event tends to destabilize the population equilibrium, as for instance inadequate parental care, the model responds in such a way as to restore the trajectory towards the stable equilibrium point avoiding the route to extinction. The parameters introduced to solve the system of equations are partially derived from limited but reliable field data collected at the Mamirauá Sustainable Development Reserve (MSDR) in the Brazilian Amazonian Region.

N-dimensional dynamical systems exploiting instabilities in full

We report experimental and numerical results showing how certain N-dimensional dynamical systems are able to exhibit complex time evolutions based on the nonlinear combination of N-1 oscillation modes. The experiments have been done with a family of thermo-optical systems of effective dynamical dimension varying from 1 to 6. The corresponding mathematical model is an N-dimensional vector field based on a scalar-valued nonlinear function of a single variable that is a linear combination of all the dynamic variables. We show how the complex evolutions appear associated with the occurrence of successive Hopf bifurcations in a saddle-node pair of fixed points up to exhaust their instability capabilities in N dimensions. For this reason the observed phenomenon is denoted as the full instability behavior of the dynamical system. The process through which the attractor responsible for the observed time evolution is formed may be rather complex and difficult to characterize. Nevertheless, the well-organized structure of the time signals suggests some generic mechanism of nonlinear mode mixing that we associate with the cluster of invariant sets emerging from the pair of fixed points and with the influence of the neighboring saddle sets on the flow nearby the attractor. The generation of invariant tori is likely during the full instability development and the global process may be considered as a generalized Landau scenario for the emergence of irregular and complex behavior through the nonlinear superposition of oscillatory motions

Full instability behavior of N-dimensional dynamical systems with a one-directional nonlinear vector field

We show how certain N-dimensional dynamical systems are able to exploit the full instability capabilities of their fixed points to do Hopf bifurcations and how such a behavior produces complex time evolutions based on the nonlinear combination of the oscillation modes that emerged from these bifurcations. For really different oscillation frequencies, the evolutions describe robust wave form structures, usually periodic, in which selfsimilarity with respect to both the time scale and system dimension is clearly appreciated. For closer frequencies, the evolution signals usually appear irregular but are still based on the repetition of complex wave form structures. The study is developed by considering vector fields with a scalar-valued nonlinear function of a single variable that is a linear combination of the N dynamical variables. In this case, the linear stability analysis can be used to design N-dimensional systems in which the fixed points of a saddle-node pair experience up to N21 Hopf bifurcations with preselected oscillation frequencies. The secondary processes occurring in the phase region where the variety of limit cycles appear may be rather complex and difficult to characterize, but they produce the nonlinear mixing of oscillation modes with relatively generic features

Contrôle cortico-spinal des mouvements volontaires du coude

Il existe plusieurs théories du contrôle moteur, chacune présumant qu’une différente variable du mouvement est réglée par le cortex moteur. On trouve parmi elles la théorie du modèle interne qui a émis l’hypothèse que le cortex moteur programme la trajectoire du mouvement et l’activité électromyographique (EMG) d’une action motrice. Une autre, appelée l’hypothèse du point d’équilibre, suggère que le cortex moteur établisse et rétablisse des seuils spatiaux; les positions des segments du corps auxquelles les muscles et les réflexes commencent à s’activer. Selon ce dernier, les paramètres du mouvement sont dérivés sans pré-programmation, en fonction de la différence entre la position actuelle et la position seuil des segments du corps. Pour examiner de plus près ces deux théories, nous avons examiné l’effet d’un changement volontaire de l’angle du coude sur les influences cortico-spinales chez des sujets sains en employant la stimulation magnétique transcrânienne (TMS) par-dessus le site du cortex moteur projetant aux motoneurones des muscles du coude. L’état de cette aire du cerveau a été évalué à un angle de flexion du coude activement établi par les sujets, ainsi qu’à un angle d’extension, représentant un déplacement dans le plan horizontal de 100°. L’EMG de deux fléchisseurs du coude (le biceps et le muscle brachio-radial) et de deux extenseurs (les chefs médial et latéral du triceps) a été enregistrée. L’état d’excitabilité des motoneurones peut influer sur les amplitudes des potentiels évoqués moteurs (MEPs) élicitées par la TMS. Deux techniques ont été entreprises dans le but de réduire l’effet de cette variable. La première était une perturbation mécanique qui raccourcissait les muscles à l'étude, produisant ainsi une période de silence EMG. La TMS a été envoyée avec un retard après la perturbation qui entraînait la production du MEP pendant la période de silence. La deuxième technique avait également le but d’équilibrer l’EMG des muscles aux deux angles du coude. Des forces assistantes ont été appliquées au bras par un moteur externe afin de compenser les forces produites par les muscles lorsqu’ils étaient actifs comme agonistes d’un mouvement. Les résultats des deux séries étaient analogues. Un muscle était facilité quand il prenait le rôle d’agoniste d’un mouvement, de manière à ce que les MEPs observés dans le biceps fussent de plus grandes amplitudes quand le coude était à la position de flexion, et ceux obtenus des deux extenseurs étaient plus grands à l’angle d’extension. Les MEPs examinés dans le muscle brachio-radial n'étaient pas significativement différents aux deux emplacements de l’articulation. Ces résultats démontrent que les influences cortico-spinales et l’activité EMG peuvent être dissociées, ce qui permet de conclure que la voie cortico-spinale ne programme pas l’EMG à être générée par les muscles. Ils suggèrent aussi que le système cortico-spinal établit les seuils spatiaux d’activation des muscles lorsqu’un segment se déplace d’une position à une autre. Cette idée suggère que des déficiences dans le contrôle des seuils spatiaux soient à la base de certains troubles moteurs d’origines neurologiques tels que l’hypotonie et la spasticité.

Contributions des voies vestibulospinale et corticospinale au contrôle des mouvements du bras

Le contrôle des mouvements du bras fait intervenir plusieurs voies provenant du cerveau. Cette thèse, composée principalement de deux études, tente d’éclaircir les contributions des voies tirant leur origine du système vestibulaire et du cortex moteur. Dans la première étude (Raptis et al 2007), impliquant des mouvements d’atteinte, nous avons cerné l’importance des voies descendantes partant du système vestibulaire pour l’équivalence motrice, i.e. la capacité du système moteur à atteindre un but moteur donné lorsque le nombre de degrés de liberté articulaires varie. L’hypothèse émise était que le système vestibulaire joue un rôle essentiel dans l’équivalence motrice. Nous avons comparé la capacité d’équivalence motrice de sujets sains et de patients vestibulodéficients chroniques lors de mouvements nécessitant un contrôle des positions du bras et du tronc. Pendant que leur vision était temporairement bloquée, les sujets devaient soit maintenir une position de l’index pendant une flexion du tronc, soit atteindre une cible dans l’espace péri-personnel en combinant le mouvement du bras avec une flexion du tronc. Lors d’essais déterminés aléatoirement et imprévus par les participants, leur tronc était retenu par un mécanisme électromagnétique s’activant en même temps que le signal de départ. Les sujets sains ont pu préserver la position ou la trajectoire de l’index dans les deux conditions du tronc (libre, bloqué) en adaptant avec une courte latence (60-180 ms) les mouvements articulaires au niveau du coude et de l’épaule. En comparaison, six des sept patients vestibulodéficients chroniques ont présenté des déficits au plan des adaptations angulaires compensatoires. Pour ces patients, entre 30 % et 100 % du mouvement du tronc n’a pas été compensé et a été transmis à la position ou trajectoire de l’index. Ces résultats indiqueraient que les influences vestibulaires évoquées par le mouvement de la tête pendant la flexion du tronc jouent un rôle majeur pour garantir l’équivalence motrice dans ces tâches d’atteinte lorsque le nombre de degrés de liberté articulaires varie. Également, ils démontrent que la plasticité de long terme survenant spontanément après une lésion vestibulaire unilatérale complète ne serait pas suffisante pour permettre au SNC de retrouver un niveau d’équivalence motrice normal dans les actions combinant un déplacement du bras et du tronc. Ces tâches de coordination bras-tronc constituent ainsi une approche inédite et sensible pour l’évaluation clinique des déficits vestibulaires. Elles permettent de sonder une dimension fonctionnelle des influences vestibulaires qui n’était pas prise en compte dans les tests cliniques usuels, dont la sensibilité relativement limitée empêche souvent la détection d’insuffisances vestibulaires six mois après une lésion de ces voies. Avec cette première étude, nous avons donc exploré comment le cerveau et les voies descendantes intègrent des degrés de liberté articulaires supplémentaires dans le contrôle du bras. Dans la seconde étude (Raptis et al 2010), notre but était de clarifier la nature des variables spécifiées par les voies descendantes pour le contrôle d’actions motrices réalisées avec ce membre. Nous avons testé l’hypothèse selon laquelle les voies corticospinales contrôlent la position et les mouvements des bras en modulant la position-seuil (position de référence à partir de laquelle les muscles commencent à être activés en réponse à une déviation de cette référence). Selon ce principe, les voies corticospinales ne spécifieraient pas directement les patrons d’activité EMG, ce qui se refléterait par une dissociation entre l’EMG et l’excitabilité corticospinale pour des positions-seuils différentes. Dans un manipulandum, des participants (n=16) ont modifié leur angle du poignet, d’une position de flexion (45°) à une position d’extension (-25°), et vice-versa. Les forces élastiques passives des muscles ont été compensées avec un moteur couple afin que les sujets puissent égaliser leur activité EMG de base dans les deux positions. L’excitabilité motoneuronale dans ces positions a été comparée à travers l’analyse des réponses EMG évoquées à la suite d’étirements brefs. Dans les deux positions, le niveau d’EMG et l’excitabilité motoneuronale étaient semblables. De plus, ces tests ont permis de montrer que le repositionnement du poignet était associé à une translation de la position-seuil. Par contre, malgré la similitude de l’excitabilité motoneuronale dans ces positions, l’excitabilité corticospinale des muscles du poignet était significativement différente : les impulsions de stimulation magnétique transcrânienne (TMS; à 1.2 MT, sur l’aire du poignet de M1) ont provoqué des potentiels moteurs évoqués (MEP) de plus grande amplitude en flexion pour les fléchisseurs comparativement à la position d’extension et vice-versa pour les extenseurs (p<0.005 pour le groupe). Lorsque les mêmes positions étaient établies après une relaxation profonde, les réponses réflexes et les amplitudes des MEPs ont drastiquement diminué. La relation caractéristique observée entre position physique et amplitude des MEPs dans le positionnement actif s’est aussi estompée lorsque les muscles étaient relâchés. Cette étude suggère que la voie corticospinale, en association avec les autres voies descendantes, participerait au contrôle de la position-seuil, un processus qui prédéterminerait le référentiel spatial dans lequel l’activité EMG émerge. Ce contrôle de la « référence » constituerait un principe commun s’appliquant à la fois au contrôle de la force musculaire, de la position, du mouvement et de la relaxation. Nous avons aussi mis en évidence qu’il est nécessaire, dans les prochaines recherches ou applications utilisant la TMS, de prendre en compte la configuration-seuil des articulations, afin de bien interpréter les réponses musculaires (ou leurs changements) évoquées par cette technique; en effet, la configuration-seuil influencerait de manière notable l’excitabilité corticomotrice, qui peut être considérée comme un indicateur non seulement lors d’activités musculaires, mais aussi cognitives, après apprentissages moteurs ou lésions neurologiques causant des déficits moteurs (ex. spasticité, faiblesse). Considérées dans leur ensemble, ces deux études apportent un éclairage inédit sur des principes fondamentaux du contrôle moteur : nous y illustrons de manière plus large le rôle du système vestibulaire dans les tâches d’atteinte exigeant une coordination entre le bras et son « support » (le tronc) et clarifions l’implication des voies corticomotrices dans la spécification de paramètres élémentaires du contrôle moteur du bras. De plus amples recherches sont cependant nécessaires afin de mieux comprendre comment les systèmes sensoriels et descendants (e.g. vestibulo-, réticulo-, rubro-, propriospinal) participent et interagissent avec les signaux corticofugaux afin de spécifier les seuils neuromusculaires dans le contrôle de la posture et du mouvement.

Plan de empresa PS Smoothies

PS Smoothies es una empresa de sociedad anónima simplificada que se dedicará a la comercialización y producción de bebidas, específicamente batidos a base de frutas naturales, comenzando a realizar sus actividades en Junio 2015. Estos batidos se entregarán en un punto de venta semi-estacionario que se ubicará de la carrera 5 a la 11, y de la calle 18 a la 101 de la ciudad de Bogotá. La ambientación del lugar estará basada en el concepto de la fauna y flora colombiana. Para iniciar la empresa se requiere de una inversión inicial por valor de $ 29’535.790 millones de pesos, la cual se recupera al tercer año de actividad. El portafolio de productos manejará solo la línea de Smoothies, los cuales serán elaborados con materias primas e insumos de excelente calidad, naturales y nutritivos, que aportan al consumidor vitaminas esenciales para mantener una buena salud. Al cabo de cumplir el primer año de operación la empresa alcanzará su punto de equilibrio, el cual se fijó en $132’601.368 millones de pesos al año. En el primer año de operación se obtiene utilidad por $7’312.780 millones de pesos y una tasa interna de retorno (TIR) del 20,65% EA. Para el tercer año se espera un crecimiento en ventas respecto al segundo año de un 7,35% y una utilidad de 19’928.523 millones de pesos.

Global asymptotic stability in a class of Putnam-type equations

In this paper, we initiate the study of a class of Putnam-type equation of the form x(n-1) = A(1)x(n) + A(2)x(n-1) + A(3)x(n-2)x(n-3) + A(4)/B(1)x(n)x(n-1) + B(2)x(n-2) + B(3)x(n-3) + B-4 n = 0, 1, 2,..., where A(1), A(2), A(3), A(4), B-1, B-2, B-3, B-4 are positive constants with A(1) + A(2) + A(3) + A(4) = B-1 + B-2 + B-3 + B-4, x(-3), x(-2), x(-1), x(0) are positive numbers. A sufficient condition is given for the global asymptotic stability of the equilibrium point c = 1 of such equations. (c) 2005 Elsevier Ltd. All rights reserved.