On the numerical computation of the Mittag-Leffler function

Recently simple limiting functions establishing upper and lower bounds on the Mittag-Leffler function were found. This paper follows those expressions to design an efficient algorithm for the approximate calculation of expressions usual in fractional-order control systems. The numerical experiments demonstrate the superior efficiency of the proposed method.

PV inverters for module level applications

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Energias Renováveis – Conversão Eléctrica e Utilização Sustentáveis

Desenvolvimento de sequenciador para um Problema de Roteamento de Veículos

Este projecto tem como objectivo a optimização das rotas dos técnicos de serviço após venda da Schmitt+Sohn Elevadores, associadas à realização das manutenções preventivas a cada elemento contratado à empresa (elevadores, escadas rolantes, etc). Como tal, é necessário fazer uma distribuição dos equipamentos que se encontram em carteira, por um dos técnicos que assegura a manutenção, pelos vários dias úteis de cada mês, e pelas horas de trabalho de cada dia. Apesar do técnico ter disponíveis, por dia, 8h de trabalho, apenas 6h podem ser preenchidas com manutenções preventivas. As 2h restantes são essencialmente para possíveis manutenções correctivas para as quais o técnico seja solicitado. Caso o técnico não seja contactado para resolver nenhuma avaria, essas horas podem ser utilizadas pelo mesmo para adiantar trabalho do dia seguinte, isto é, visitar já alguns dos próximos pontos de manutenção preventiva do dia seguinte, ou para compensar trabalho que esteja atrasado. De salientar que, para cada dia, as deslocações do técnico de qualquer local ao primeiro ponto de uma rota ou de regresso do último ponto de uma rota não são contabilizadas. O trabalho desenvolvido nesta dissertação pretende dar resposta ao problema apresentado pela Schmitt+Sohn Elevadores. Para isso foi desenvolvida uma heurística para a optimização das rotas dos técnicos. Esta é baseada no conceito de “vizinho mais próximo” que procura sempre o ponto que se apresenta mais perto do último ponto que foi adicionado à rota. Com base nesta metodologia, nos processos de escolha dos pontos que formam clusters, e na selecção dos pontos iniciais de cada uma das rotas diárias, a ferramenta de optimização resultante define as rotas diárias para que o percurso efectuado por cada técnico num mês seja o menor possível. São feitas alterações às rotas definidas inicialmente quando encontrados pontos de uma mesma entrada a serem visitados em dias diferentes. Isto obrigaria o técnico a fazer duas viagens ao mesmo local. Por fim, o resultado é apresentado num documento Word a ser utilizado pelo técnico como guia diário das suas deslocações aos equipamentos que necessitam de verificações periódicas. Os resultados obtidos foram comparados com as rotas que estavam a ser usadas pela empresa, tendo apresentado resultados de melhor qualidade, constatando-se a eficiência da solução criada pelo algoritmo proposto neste trabalho.

Prognostic Value of a New Cardiopulmonary Exercise Testing Parameter in Chronic Heart Failure: Oxygen Uptake Efficiency at Peak Exercise - Comparison with Oxygen Uptake Efficiency Slope

INTRODUCTION: A growing body of evidence shows the prognostic value of oxygen uptake efficiency slope (OUES), a cardiopulmonary exercise test (CPET) parameter derived from the logarithmic relationship between O(2) consumption (VO(2)) and minute ventilation (VE) in patients with chronic heart failure (CHF). OBJECTIVE: To evaluate the prognostic value of a new CPET parameter - peak oxygen uptake efficiency (POUE) - and to compare it with OUES in patients with CHF. METHODS: We prospectively studied 206 consecutive patients with stable CHF due to dilated cardiomyopathy - 153 male, aged 53.3±13.0 years, 35.4% of ischemic etiology, left ventricular ejection fraction 27.7±8.0%, 81.1% in sinus rhythm, 97.1% receiving ACE-Is or ARBs, 78.2% beta-blockers and 60.2% spironolactone - who performed a first maximal symptom-limited treadmill CPET, using the modified Bruce protocol. In 33% of patients an cardioverter-defibrillator (ICD) or cardiac resynchronization therapy device (CRT-D) was implanted during follow-up. Peak VO(2), percentage of predicted peak VO(2), VE/VCO(2) slope, OUES and POUE were analyzed. OUES was calculated using the formula VO(2) (l/min) = OUES (log(10)VE) + b. POUE was calculated as pVO(2) (l/min) / log(10)peakVE (l/min). Correlation coefficients between the studied parameters were obtained. The prognosis of each variable adjusted for age was evaluated through Cox proportional hazard models and R2 percent (R2%) and V index (V6) were used as measures of the predictive accuracy of events of each of these variables. Receiver operating characteristic (ROC) curves from logistic regression models were used to determine the cut-offs for OUES and POUE. RESULTS: pVO(2): 20.5±5.9; percentage of predicted peak VO(2): 68.6±18.2; VE/VCO(2) slope: 30.6±8.3; OUES: 1.85±0.61; POUE: 0.88±0.27. During a mean follow-up of 33.1±14.8 months, 45 (21.8%) patients died, 10 (4.9%) underwent urgent heart transplantation and in three patients (1.5%) a left ventricular assist device was implanted. All variables proved to be independent predictors of this combined event; however, VE/VCO2 slope was most strongly associated with events (HR 11.14). In this population, POUE was associated with a higher risk of events than OUES (HR 9.61 vs. 7.01), and was also a better predictor of events (R2: 28.91 vs. 22.37). CONCLUSION: POUE was more strongly associated with death, urgent heart transplantation and implantation of a left ventricular assist device and proved to be a better predictor of events than OUES. These results suggest that this new parameter can increase the prognostic value of CPET in patients with CHF.

A multi-objective model for scheduling of short-term incentive-based demand response programs offered by electricity retailers

In this paper, we formulate the electricity retailers’ short-term decision-making problem in a liberalized retail market as a multi-objective optimization model. Retailers with light physical assets, such as generation and storage units in the distribution network, are considered. Following advances in smart grid technologies, electricity retailers are becoming able to employ incentive-based demand response (DR) programs in addition to their physical assets to effectively manage the risks of market price and load variations. In this model, the DR scheduling is performed simultaneously with the dispatch of generation and storage units. The ultimate goal is to find the optimal values of the hourly financial incentives offered to the end-users. The proposed model considers the capacity obligations imposed on retailers by the grid operator. The profit seeking retailer also has the objective to minimize the peak demand to avoid the high capacity charges in form of grid tariffs or penalties. The non-dominated sorting genetic algorithm II (NSGA-II) is used to solve the multi-objective problem. It is a fast and elitist multi-objective evolutionary algorithm. A case study is solved to illustrate the efficient performance of the proposed methodology. Simulation results show the effectiveness of the model for designing the incentive-based DR programs and indicate the efficiency of NSGA-II in solving the retailers’ multi-objective problem.

Testing Nelder-Mead Based Repulsion Algorithms for Multiple Roots of Nonlinear Systems via a Two-Level Factorial Design of Experiments

This paper addresses the challenging task of computing multiple roots of a system of nonlinear equations. A repulsion algorithm that invokes the Nelder-Mead (N-M) local search method and uses a penalty-type merit function based on the error function, known as 'erf', is presented. In the N-M algorithm context, different strategies are proposed to enhance the quality of the solutions and improve the overall efficiency. The main goal of this paper is to use a two-level factorial design of experiments to analyze the statistical significance of the observed differences in selected performance criteria produced when testing different strategies in the N-M based repulsion algorithm. The main goal of this paper is to use a two-level factorial design of experiments to analyze the statistical significance of the observed differences in selected performance criteria produced when testing different strategies in the N-M based repulsion algorithm.

PIASA: A power and interference aware resource management strategy for heterogeneous workloads in cloud data centers

Cloud data centers have been progressively adopted in different scenarios, as reflected in the execution of heterogeneous applications with diverse workloads and diverse quality of service (QoS) requirements. Virtual machine (VM) technology eases resource management in physical servers and helps cloud providers achieve goals such as optimization of energy consumption. However, the performance of an application running inside a VM is not guaranteed due to the interference among co-hosted workloads sharing the same physical resources. Moreover, the different types of co-hosted applications with diverse QoS requirements as well as the dynamic behavior of the cloud makes efficient provisioning of resources even more difficult and a challenging problem in cloud data centers. In this paper, we address the problem of resource allocation within a data center that runs different types of application workloads, particularly CPU- and network-intensive applications. To address these challenges, we propose an interference- and power-aware management mechanism that combines a performance deviation estimator and a scheduling algorithm to guide the resource allocation in virtualized environments. We conduct simulations by injecting synthetic workloads whose characteristics follow the last version of the Google Cloud tracelogs. The results indicate that our performance-enforcing strategy is able to fulfill contracted SLAs of real-world environments while reducing energy costs by as much as 21%.

High diagnostic efficiency of IgM-ELISA with the use of multiple antigen peptides (MAP1) from T. gondii ESA (SAG-1, GRA-1 and GRA-7), in acute toxoplasmosis

The main serological marker for the diagnosis of recent toxoplasmosis is the specific IgM antibody, along with IgG antibodies of low avidity. However, in some patients these antibodies may persist long after the acute/recent phase, contributing to misdiagnosis in suspected cases of toxoplasmosis. In the present study, the diagnostic efficiency of ELISA was evaluated, with the use of peptides derived from T. gondii ESA antigens, named SAG-1, GRA-1 and GRA-7. In the assay referred to, we studied each of these peptides individually, as well as in four different combinations, as Multiple Antigen Peptides (MAP), aiming to establish a reliable profile for the acute/recent toxoplasmosis with only one patient serum sample. The diagnostic performance of the assay using MAP1, with the combination of SAG-1, GRA-1 and GRA-7 peptides, demonstrated better discrimination of the acute/recent phase from non acute/recent phase of toxoplasmosis. Our results show that IgM antibodies to MAP1 may be useful as a serological marker, enhancing the diagnostic efficiency of the assay for acute/recent phase of toxoplasmosis.

Efficiency of strengthening techniques assessed for existing masonry buildings

The Azores archipelago is a zone with a vast cultural heritage, presenting a building stock mainly constructed in traditional stone masonry. It is known that this type of construction exhibits poor behaviour under seismic excitations; however it is extensively used in seismic prone areas, such as this case. The 9th of July of 1998 earthquake was the last seismic event in the islands, leaving many traditional stone constructions severely damaged or totally destroyed. This scenario led to an effort by the local government of improving the seismic resistance of these constructions, with the application of several reinforcement techniques. This work aims to study some of the most used reinforcement schemes after the 1998 earthquake, and to assess their effectiveness in the mitigation of the construction’s seismic vulnerability. A brief evaluation of the cost versus benefit of these retrofitting techniques is also made, seeking to identify those that are most suitable for each building typology. Thus, it was sought to analyze the case of real structures with different geometrical and physical characteristics, by establishing a comparison between the seismic performance of reinforced and non-reinforced structures. The first section contains the analysis of a total of six reinforcement scenarios for each building chosen. Using the recorded 1998 earthquake accelerograms, a linear time-history analysis was performed for each reinforcement scenario. A comparison was then established between the maximum displacements, inter-storey drift and maximum stress obtained, in order to evaluate the global seismic response of each reinforced structure. In the second part of the work, the examination of the performance obtained in the previous section, in relation to the cost of implementing each reinforcement technique, allowed to draw conclusions concerning the viability of implementing each reinforcement method, based on the book value of the buildings in study.

A filter algorithm: comparison with NLP solvers

The purpose of this work is to present an algorithm to solve nonlinear constrained optimization problems, using the filter method with the inexact restoration (IR) approach. In the IR approach two independent phases are performed in each iteration—the feasibility and the optimality phases. The first one directs the iterative process into the feasible region, i.e. finds one point with less constraints violation. The optimality phase starts from this point and its goal is to optimize the objective function into the satisfied constraints space. To evaluate the solution approximations in each iteration a scheme based on the filter method is used in both phases of the algorithm. This method replaces the merit functions that are based on penalty schemes, avoiding the related difficulties such as the penalty parameter estimation and the non-differentiability of some of them. The filter method is implemented in the context of the line search globalization technique. A set of more than two hundred AMPL test problems is solved. The algorithm developed is compared with LOQO and NPSOL software packages.

Algorithms for information extraction and signal annotation on long-term biosignals using clustering techniques

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Biomédica

Providing energy efficiency location-based strategies for buildings using linked open data

Dissertation submitted in partial fulfillment of the requirements for the Degree of Master of Science in Geospatial Technologies.

Algorithm for the Parkinson’s disease behavioural models characterization using a biosensor

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Biomédica

Multicore Scheduling of Real-Time Irregular Parallel Algorithms in Linux

Face à estagnação da tecnologia uniprocessador registada na passada década, aos principais fabricantes de microprocessadores encontraram na tecnologia multi-core a resposta `as crescentes necessidades de processamento do mercado. Durante anos, os desenvolvedores de software viram as suas aplicações acompanhar os ganhos de performance conferidos por cada nova geração de processadores sequenciais, mas `a medida que a capacidade de processamento escala em função do número de processadores, a computação sequencial tem de ser decomposta em várias partes concorrentes que possam executar em paralelo, para que possam utilizar as unidades de processamento adicionais e completar mais rapidamente. A programação paralela implica um paradigma completamente distinto da programação sequencial. Ao contrário dos computadores sequenciais tipificados no modelo de Von Neumann, a heterogeneidade de arquiteturas paralelas requer modelos de programação paralela que abstraiam os programadores dos detalhes da arquitectura e simplifiquem o desenvolvimento de aplicações concorrentes. Os modelos de programação paralela mais populares incitam os programadores a identificar instruções concorrentes na sua lógica de programação, e a especificá-las sob a forma de tarefas que possam ser atribuídas a processadores distintos para executarem em simultâneo. Estas tarefas são tipicamente lançadas durante a execução, e atribuídas aos processadores pelo motor de execução subjacente. Como os requisitos de processamento costumam ser variáveis, e não são conhecidos a priori, o mapeamento de tarefas para processadores tem de ser determinado dinamicamente, em resposta a alterações imprevisíveis dos requisitos de execução. `A medida que o volume da computação cresce, torna-se cada vez menos viável garantir as suas restrições temporais em plataformas uniprocessador. Enquanto os sistemas de tempo real se começam a adaptar ao paradigma de computação paralela, há uma crescente aposta em integrar execuções de tempo real com aplicações interativas no mesmo hardware, num mundo em que a tecnologia se torna cada vez mais pequena, leve, ubíqua, e portável. Esta integração requer soluções de escalonamento que simultaneamente garantam os requisitos temporais das tarefas de tempo real e mantenham um nível aceitável de QoS para as restantes execuções. Para tal, torna-se imperativo que as aplicações de tempo real paralelizem, de forma a minimizar os seus tempos de resposta e maximizar a utilização dos recursos de processamento. Isto introduz uma nova dimensão ao problema do escalonamento, que tem de responder de forma correcta a novos requisitos de execução imprevisíveis e rapidamente conjeturar o mapeamento de tarefas que melhor beneficie os critérios de performance do sistema. A técnica de escalonamento baseado em servidores permite reservar uma fração da capacidade de processamento para a execução de tarefas de tempo real, e assegurar que os efeitos de latência na sua execução não afectam as reservas estipuladas para outras execuções. No caso de tarefas escalonadas pelo tempo de execução máximo, ou tarefas com tempos de execução variáveis, torna-se provável que a largura de banda estipulada não seja consumida por completo. Para melhorar a utilização do sistema, os algoritmos de partilha de largura de banda (capacity-sharing) doam a capacidade não utilizada para a execução de outras tarefas, mantendo as garantias de isolamento entre servidores. Com eficiência comprovada em termos de espaço, tempo, e comunicação, o mecanismo de work-stealing tem vindo a ganhar popularidade como metodologia para o escalonamento de tarefas com paralelismo dinâmico e irregular. O algoritmo p-CSWS combina escalonamento baseado em servidores com capacity-sharing e work-stealing para cobrir as necessidades de escalonamento dos sistemas abertos de tempo real. Enquanto o escalonamento em servidores permite partilhar os recursos de processamento sem interferências a nível dos atrasos, uma nova política de work-stealing que opera sobre o mecanismo de capacity-sharing aplica uma exploração de paralelismo que melhora os tempos de resposta das aplicações e melhora a utilização do sistema. Esta tese propõe uma implementação do algoritmo p-CSWS para o Linux. Em concordância com a estrutura modular do escalonador do Linux, ´e definida uma nova classe de escalonamento que visa avaliar a aplicabilidade da heurística p-CSWS em circunstâncias reais. Ultrapassados os obstáculos intrínsecos `a programação da kernel do Linux, os extensos testes experimentais provam que o p-CSWS ´e mais do que um conceito teórico atrativo, e que a exploração heurística de paralelismo proposta pelo algoritmo beneficia os tempos de resposta das aplicações de tempo real, bem como a performance e eficiência da plataforma multiprocessador.

Estudo sobre viabilidade de produção descentralizada de energia à custa do efeito chaminé

A procura por alternativas ao atual paradigma energético, que se caracteriza por uma predominância indiscutível das fontes combustíveis fósseis, é o motivo primário desta investigação. A energia emitida pelo Sol que chega à Terra diariamente ultrapassa em várias ordens de grandeza a energia que a nossa sociedade atual necessita. O efeito chaminé é uma das formas de aproveitar essa energia. Este efeito tem origem no diferencial de temperaturas existente entre o interior e o exterior de uma chaminé, que provoca um gradiente nas massas volúmicas do fluido entre o interior e o exterior da chaminé, induzindo assim um fluxo de ar. Esta diferença de temperaturas radica na exposição da face exterior da chaminé à radiação solar. No sistema que nos propomos estudar, o ar entra na chaminé por pequenos orifícios situados na sua base, e, ao tomar contacto com as paredes internas da chaminé, aquece desde a temperatura ambiente, Ta, até à temperatura interna, Ti . Este aumento de temperatura torna o ar dentro da chaminé mais “leve” em comparação com o ar mais frio do exterior levando-o a ascender ao longo do interior da chaminé. Este escoamento contém energia cinética que pode, por exemplo, ser transformada em energia elétrica por intermédio de turbinas. A eficiência de conversão da energia será tanto maior quanto menor for a velocidade do ar a jusante da turbina. Esta tecnologia poderá ser instalada de forma descentralizada, como acontece com as atuais centrais concentradoras solares térmicas e fotovoltaicas localizadas na periferia de grandes cidades ou, alternativamente, poderá ser inserida no próprio tecido urbanístico. A investigação demonstra que as dimensões da chaminé, a irradiação e a temperatura do ar são os fatores com maior impacto na potência hidráulica gerada.