Comportamento dinâmico de suspensão eletromecânica: análise da resposta devido ao amortecimento e à rigidez não linear

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEB

Simulação e controle de um quadcopter utilizando lógica fuzzy

The present work develops a model to simulate the dynamics of a quadcopter being controlled by a PD fuzzy controller. Initially is presented a brief history of quadcopters an introduction to fuzzy logic and fuzzy control systems. Afterwards is presented an overview of the quadcopter dynamics and the mathematical modelling development applying Newton-Euler method. Then the modelling are implemented in a Simulink model in addition to a PD fuzzy controller. A prototype proposition is made, by describing each necessary component to build up a quadcopter. In the end the results from the simulators are discussed and compared due to the discrepancy between the model using ideal sensor and the model using non-ideal sensors

A fuzzy Lyapunov function approach for stabilization and control of switched TS fuzzy systems

In this work, sufficient conditions for the existence of switching laws for stabilizing switched TS fuzzy systems via a fuzzy Lyapunov function are proposed. The conditions are found by exploring properties of the membership functions and are formulated in terms of linear matrix inequalities (LMIs). Stabilizing switching conditions with bounds on the decay rate solution and H1 performance are also obtained. Numerical examples illustrate the effectiveness of the proposed design methods.

Contribution of electrical parameters on the dynamical behaviour of a nonlinear electromagnetic damper

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Short-term expansion planning of radial electrical distribution systems using mixed-integer linear programming

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Analysis of metabolic pools in broilers chicks

This paper shows the possibility of obtaining new parameters for the mathematical modelling of data on stable isotopes in biological systems and its application in obtaining data on metabolic pools of blood plasma, blood serum, liver and muscle of broilers. This theory states that the modelling of turnover used for studies of isotopic incorporation when the metabolism has a single metabolic pool is feasible by the technique of setting an exponential. However, when the metabolism has more than one metabolic pool, it is necessary to apply the linearization technique, linear regression adjustment and evaluation of the assumptions of regression to obtain the kinetic parameters such as half-life (T1/2) and isotope exchange rate (k). The application of this technique on carbon-13 data from 100 one-day-old chicks, with the change of diet composed of grains of the photosynthetic cycle of plants from C4 to C3, in broilers has enabled the discovery that the liver, blood plasma and blood serum have a single metabolic pool; however, the pectoral muscle has two metabolic pools. For the liver, blood plasma and blood serum, the half-life values were found by the exponential fit being T1/2 = 1.4 days with the rate of exchange of k = 0.502, T1/2 = 2.4 days with k = 0.293 and T1/2 = 2.0 days with k = 0.348, respectively. For the pectoral muscle, after linearization, the half-life values were found for T1/2(1) = 1.7 and T1/2(2) = 3 days, with exchange rates of k1 = 0.405 and k2 = 0.235, representing approximately 66 and 34 %, respectively.

Ecological optimization of an irreversible Brayton cycle with regeneration, inter-cooling and reheating

A mathematical model is developed for an irreversible Brayton cycle with regeneration, inter-cooling and reheating. The irreversibility are from the thermal resistance in the heat exchangers, the pressure drops in pipes, the non-isentropic behavior in the adiabatic expansions and compressions and the heat leakage to the cold source. The cycle is optimized by maximizing the ecological function, which is achieved by the search for optimal values for the temperatures of the cycle and for the pressure ratios of the first stage compression and the first stage expansion. The advantages of using the regenerator, intercooler and reheater are presented by comparison with cycles that do not incorporate one or more of these processes. Optimization results are compared with those obtained by maximizing the power output and it is concluded that the point of maximum ecological function has major advantages with respect to the entropy generation rate and the thermal efficiency, at the cost of a small loss in power.

Metaheuristics for a crop rotation problem

This paper presents a mathematical model adapted from literature for the crop rotation problem with demand constraints (CRP-D). The main aim of the present work is to study metaheuristics and their performance in a real context. The proposed algorithms for solution of the CRP-D are a genetic algorithm, a simulated annealing and hybrid approaches: a genetic algorithm with simulated annealing and a genetic algorithm with local search algorithm. A new constructive heuristic was also developed to provide initial solutions for the metaheuristics. Computational experiments were performed using a real planting area and semi-randomly generated instances created by varying the number, positions and dimensions of the lots. The computational results showed that these algorithms determined good feasible solutions in a short computing time as compared with the time spent to get optimal solutions, thus proving their efficacy for dealing with this practical application of the CRP-D.

A general framework for multi-compartmental analysis of drug chemotherapy dynamics in human immunodeficiency virus type-1 infected individuals

An optimal control strategy for the highly active antiretroviral therapy associated to the acquired immunodeficiency syndrome should be designed regarding a comprehensive analysis of the drug chemotherapy behavior in the host tissues, from major viral replication sites to viral sanctuary compartments. Such approach is critical in order to efficiently explore synergistic, competitive and prohibitive relationships among drugs and, hence, therapy costs and side-effect minimization. In this paper, a novel mathematical model for HIV-1 drug chemotherapy dynamics in distinct host anatomic compartments is proposed and theoretically evaluated on fifteen conventional anti-retroviral drugs. Rather than interdependence between drug type and its concentration profile in a host tissue, simulated results suggest that such profile is importantly correlated with the host tissue under consideration. Furthermore, the drug accumulative dynamics are drastically affected by low patient compliance with pharmacotherapy, even when a single dose lacks. (C) 2012 Elsevier Inc. All rights reserved.

A Cost-Effectiveness-Assessing Model of Vaccination for Varicella and Zoster

A decision analytical model is presented and analysed to assess the effectiveness and cost-effectiveness of routine vaccination against varicella and herpes-zoster, or shingles. These diseases have as common aetiological agent the varicella-zoster virus (VZV). Zoster can more likely occur in aged people with declining cell-mediated immunity. The general concern is that universal varicella vaccination might lead to more cases of zoster: with more vaccinated children exposure of the general population to varicella infectives become smaller and thus a larger proportion of older people will have weaker immunity to VZV, leading to more cases of reactivation of zoster. Our compartment model shows that only two possible equilibria exist, one without varicella and the other one where varicella arid zoster both thrive. Threshold quantities to distinguish these cases are derived. Cost estimates on a possible herd vaccination program are discussed indicating a possible tradeoff choice.

Reconstruction of the aquifer history of Gran Canaria

[EN]A study on the recent history and current state of the aquifer in the Island of Gran Canaria (Canary Is., 28oN, 15oW) is performed. Though rainfall is scarce on the island, traditional agricultural practices and small population were able to keep the aquifer in a constant state for centuries. Nevertheless, at the beginning of the 20th Century, culture of several water-consuming species was introduced on a commercial basis due to the relative proximity of the Canaries to continental Europe and to the possibility of more than one yearly harvest. This led to generalised well digging (more than 300m deep in many cases) and to the appearance of a chronic hydraulic deficit, as well as to spoiling vastcoastal areas of the aquifer through intrusion of brackish water. In the mid 1960’s, coincident with the apex of agricultural exploitation, massive tourism appeared in the scene. This new activity soon became a susbstitute for Agriculture, but it attracted more new labour force to the island, and a fast growth of population was the main result. Moreover, new water use practices entered the scene. As a consequence, the main causes for the aquifer decline are population growth and extensive Agriculture practices in use during the last half of the 20th Century. Some remarks on sustainability issues in order to cope with Climate Change are also offered.

Utilizzo metrico di immagini panoramiche satellitari CORONA

CAPITOLO 1 INTRODUZIONE Il lavoro presentato è relativo all’utilizzo a fini metrici di immagini satellitari storiche a geometria panoramica; in particolare sono state elaborate immagini satellitari acquisite dalla piattaforma statunitense CORONA, progettata ed impiegata essenzialmente a scopi militari tra gli anni ’60 e ’70 del secolo scorso, e recentemente soggette ad una declassificazione che ne ha consentito l’accesso anche a scopi ed utenti non militari. Il tema del recupero di immagini aeree e satellitari del passato è di grande interesse per un ampio spettro di applicazioni sul territorio, dall’analisi dello sviluppo urbano o in ambito regionale fino ad indagini specifiche locali relative a siti di interesse archeologico, industriale, ambientale. Esiste infatti un grandissimo patrimonio informativo che potrebbe colmare le lacune della documentazione cartografica, di per sé, per ovvi motivi tecnici ed economici, limitata a rappresentare l’evoluzione territoriale in modo asincrono e sporadico, e con “forzature” e limitazioni nel contenuto informativo legate agli scopi ed alle modalità di rappresentazione delle carte nel corso del tempo e per diversi tipi di applicazioni. L’immagine di tipo fotografico offre una rappresentazione completa, ancorché non soggettiva, dell’esistente e può complementare molto efficacemente il dato cartografico o farne le veci laddove questo non esista. La maggior parte del patrimonio di immagini storiche è certamente legata a voli fotogrammetrici che, a partire dai primi decenni del ‘900, hanno interessato vaste aree dei paesi più avanzati, o regioni di interesse a fini bellici. Accanto a queste, ed ovviamente su periodi più vicini a noi, si collocano le immagini acquisite da piattaforma satellitare, tra le quali rivestono un grande interesse quelle realizzate a scopo di spionaggio militare, essendo ad alta risoluzione geometrica e di ottimo dettaglio. Purtroppo, questo ricco patrimonio è ancora oggi in gran parte inaccessibile, anche se recentemente sono state avviate iniziative per permetterne l’accesso a fini civili, in considerazione anche dell’obsolescenza del dato e della disponibilità di altre e migliori fonti di informazione che il moderno telerilevamento ci propone. L’impiego di immagini storiche, siano esse aeree o satellitari, è nella gran parte dei casi di carattere qualitativo, inteso ad investigare sulla presenza o assenza di oggetti o fenomeni, e di rado assume un carattere metrico ed oggettivo, che richiederebbe tra l’altro la conoscenza di dati tecnici (per esempio il certificato di calibrazione nel caso delle camere aerofotogrammetriche) che sono andati perduti o sono inaccessibili. Va ricordato anche che i mezzi di presa dell’epoca erano spesso soggetti a fenomeni di distorsione ottica o altro tipo di degrado delle immagini che ne rendevano difficile un uso metrico. D’altra parte, un utilizzo metrico di queste immagini consentirebbe di conferire all’analisi del territorio e delle modifiche in esso intercorse anche un significato oggettivo che sarebbe essenziale per diversi scopi: per esempio, per potere effettuare misure su oggetti non più esistenti o per potere confrontare con precisione o co-registrare le immagini storiche con quelle attuali opportunamente georeferenziate. Il caso delle immagini Corona è molto interessante, per una serie di specificità che esse presentano: in primo luogo esse associano ad una alta risoluzione (dimensione del pixel a terra fino a 1.80 metri) una ampia copertura a terra (i fotogrammi di alcune missioni coprono strisce lunghe fino a 250 chilometri). Queste due caratteristiche “derivano” dal principio adottato in fase di acquisizione delle immagini stesse, vale a dire la geometria panoramica scelta appunto perché l’unica che consente di associare le due caratteristiche predette e quindi molto indicata ai fini spionaggio. Inoltre, data la numerosità e la frequenza delle missioni all’interno dell’omonimo programma, le serie storiche di questi fotogrammi permettono una ricostruzione “ricca” e “minuziosa” degli assetti territoriali pregressi, data appunto la maggior quantità di informazioni e l’imparzialità associabili ai prodotti fotografici. Va precisato sin dall’inizio come queste immagini, seppur rappresentino una risorsa “storica” notevole (sono datate fra il 1959 ed il 1972 e coprono regioni moto ampie e di grandissimo interesse per analisi territoriali), siano state molto raramente impiegate a scopi metrici. Ciò è probabilmente imputabile al fatto che il loro trattamento a fini metrici non è affatto semplice per tutta una serie di motivi che saranno evidenziati nei capitoli successivi. La sperimentazione condotta nell’ambito della tesi ha avuto due obiettivi primari, uno generale ed uno più particolare: da un lato il tentativo di valutare in senso lato le potenzialità dell’enorme patrimonio rappresentato da tali immagini (reperibili ad un costo basso in confronto a prodotti simili) e dall’altro l’opportunità di indagare la situazione territoriale locale per una zona della Turchia sud orientale (intorno al sito archeologico di Tilmen Höyük) sulla quale è attivo un progetto condotto dall’Università di Bologna (responsabile scientifico il Prof. Nicolò Marchetti del Dipartimento di Archeologia), a cui il DISTART collabora attivamente dal 2005. L’attività è condotta in collaborazione con l’Università di Istanbul ed il Museo Archeologico di Gaziantep. Questo lavoro si inserisce, inoltre, in un’ottica più ampia di quelle esposta, dello studio cioè a carattere regionale della zona in cui si trovano gli scavi archeologici di Tilmen Höyük; la disponibilità di immagini multitemporali su un ampio intervallo temporale, nonché di tipo multi sensore, con dati multispettrali, doterebbe questo studio di strumenti di conoscenza di altissimo interesse per la caratterizzazione dei cambiamenti intercorsi. Per quanto riguarda l’aspetto più generale, mettere a punto una procedura per il trattamento metrico delle immagini CORONA può rivelarsi utile all’intera comunità che ruota attorno al “mondo” dei GIS e del telerilevamento; come prima ricordato tali immagini (che coprono una superficie di quasi due milioni di chilometri quadrati) rappresentano un patrimonio storico fotografico immenso che potrebbe (e dovrebbe) essere utilizzato sia a scopi archeologici, sia come supporto per lo studio, in ambiente GIS, delle dinamiche territoriali di sviluppo di quelle zone in cui sono scarse o addirittura assenti immagini satellitari dati cartografici pregressi. Il lavoro è stato suddiviso in 6 capitoli, di cui il presente costituisce il primo. Il secondo capitolo è stato dedicato alla descrizione sommaria del progetto spaziale CORONA (progetto statunitense condotto a scopo di fotoricognizione del territorio dell’ex Unione Sovietica e delle aree Mediorientali politicamente correlate ad essa); in questa fase vengono riportate notizie in merito alla nascita e all’evoluzione di tale programma, vengono descritti piuttosto dettagliatamente gli aspetti concernenti le ottiche impiegate e le modalità di acquisizione delle immagini, vengono riportati tutti i riferimenti (storici e non) utili a chi volesse approfondire la conoscenza di questo straordinario programma spaziale. Nel terzo capitolo viene presentata una breve discussione in merito alle immagini panoramiche in generale, vale a dire le modalità di acquisizione, gli aspetti geometrici e prospettici alla base del principio panoramico, i pregi ed i difetti di questo tipo di immagini. Vengono inoltre presentati i diversi metodi rintracciabili in bibliografia per la correzione delle immagini panoramiche e quelli impiegati dai diversi autori (pochi per la verità) che hanno scelto di conferire un significato metrico (quindi quantitativo e non solo qualitativo come è accaduto per lungo tempo) alle immagini CORONA. Il quarto capitolo rappresenta una breve descrizione del sito archeologico di Tilmen Höyuk; collocazione geografica, cronologia delle varie campagne di studio che l’hanno riguardato, monumenti e suppellettili rinvenute nell’area e che hanno reso possibili una ricostruzione virtuale dell’aspetto originario della città ed una più profonda comprensione della situazione delle capitali del Mediterraneo durante il periodo del Bronzo Medio. Il quinto capitolo è dedicato allo “scopo” principe del lavoro affrontato, vale a dire la generazione dell’ortofotomosaico relativo alla zona di cui sopra. Dopo un’introduzione teorica in merito alla produzione di questo tipo di prodotto (procedure e trasformazioni utilizzabili, metodi di interpolazione dei pixel, qualità del DEM utilizzato), vengono presentati e commentati i risultati ottenuti, cercando di evidenziare le correlazioni fra gli stessi e le problematiche di diversa natura incontrate nella redazione di questo lavoro di tesi. Nel sesto ed ultimo capitolo sono contenute le conclusioni in merito al lavoro in questa sede presentato. Nell’appendice A vengono riportate le tabelle dei punti di controllo utilizzati in fase di orientamento esterno dei fotogrammi.

Studio di modelli matematici per la verifica e la progettazione di impianti di digestione anaerobica su scala di laboratorio e industriale

Il lavoro di Dottorato si è incentrato con successo sullo studio della possibilità di applicare il modello ADM1 per la descrizione e verifica di impianti industriali di digestione anaerobica. Dai dati sperimentali il modello e l'implementazione in software di analisi numerica si sono rivelati strumenti efficaci. Il software sviluppato è stato utilizzato come strumento di progettazione di impianti alimentati con biomasse innovative, analizzate con metodiche biochimiche (BMP) in scala di laboratorio. Lo studio è stato corredato con lo studio di fattibilità di un impianto reale con verifica di ottimo economico.

Extensive clonal spread and extreme longevity in saw palmetto, a foundation clonal plant

The lack of effective tools have hampered our ability to assess the size, growth and ages of clonal plants. With Serenoa repens (saw palmetto) as a model, we introduce a novel analytical framework that integrates DNA fingerprinting and mathematical modelling to simulate growth and estimate ages of clonal plants. We also demonstrate the application of such life-history information of clonal plants to provide insight into management plans. Serenoa is an ecologically important foundation species in many Southeastern United States ecosystems; yet, many land managers consider Serenoa a troublesome invasive plant. Accordingly, management plans have been developed to reduce or eliminate Serenoa with little understanding of its life history. Using Amplified Fragment Length Polymorphisms, we genotyped 263 Serenoa and 134 Sabal etonia (a sympatric non-clonal palmetto) samples collected from a 20 X 20 m study plot in Florida scrub. Sabal samples were used to assign small field-unidentifiable palmettos to Serenoa or Sabal and also as a negative control for clone detection. We then mathematically modelled clonal networks to estimate genet ages. Our results suggest that Serenoa predominantly propagate via vegetative sprouts and 10000-year-old genets may be common, while showing no evidence of clone formation by Sabal. The results of this and our previous studies suggest that: (i) Serenoa has been part of scrub associations for thousands of years, (ii) Serenoa invasion are unlikely and (ii) once Serenoa is eliminated from local communities, its restoration will be difficult. Reevaluation of the current management tools and plans is an urgent task.

Extensive clonal spread and extreme longevity in saw palmetto, a foundation clonal plant

The lack of effective tools has hampered our ability to assess the size, growth and ages of clonal plants. With Serenoa repens (saw palmetto) as a model, we introduce a novel analytical frame work that integrates DNA fingerprinting and mathematical modelling to simulate growth and estimate ages of clonal plants. We also demonstrate the application of such life-history information of clonal plants to provide insight into management plans. Serenoa is an ecologically important foundation species in many Southeastern United States ecosystems; yet, many land managers consider Serenoa a troublesome invasive plant. Accordingly, management plans have been developed to reduce or eliminate Serenoa with little understanding of its life history. Using Amplified Fragment Length Polymorphisms, we genotyped 263 Serenoa and 134 Sabal etonia (a sympatric non-clonal palmetto) samples collected from a 20 x 20 m study plot in Florida scrub. Sabal samples were used to assign small field-unidentifiable palmettos to Serenoa or Sabal and also as a negative control for clone detection. We then mathematically modelled clonal networks to estimate genet ages. Our results suggest that Serenoa predominantly propagate via vegetative sprouts and 10000-year-old genets maybe common, while showing no evidence of clone formation by Sabal. The results of this and our previous studies suggest that: (i) Serenoa has been part of scrub associations for thousands of years, (ii) Serenoa invasions are unlikely and (ii) once Serenoa is eliminated from local communities, its restoration will be difficult. Reevaluation of the current management tools and plans is an urgent task.