An efficient numerical scheme for solving multi-dimensional fractional optimal control problems with a quadratic performance index

The shifted Legendre orthogonal polynomials are used for the numerical solution of a new formulation for the multi-dimensional fractional optimal control problem (M-DFOCP) with a quadratic performance index. The fractional derivatives are described in the Caputo sense. The Lagrange multiplier method for the constrained extremum and the operational matrix of fractional integrals are used together with the help of the properties of the shifted Legendre orthonormal polynomials. The method reduces the M-DFOCP to a simpler problem that consists of solving a system of algebraic equations. For confirming the efficiency and accuracy of the proposed scheme, some test problems are implemented with their approximate solutions.

Formulação fisicamente não - linear da teoria generalizada de vigas

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil

Optimização estrutural na análise não linear dos modelos de escoras e tirantes

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Civil - Perfil Estruturas

System Modeling and Control Through Fractional-Order Algorithms

The theory of fractional calculus goes back to the beginning of thr throry of differential calculus but its inherent complexity postponed the applications of the associated concepts. In the last decade the progress in the areas of chaos and fractals revealed subtle relationships with the fractional calculus leading to an increasing interest in the development of the new paradigm. In the area of automaticcontrol preliminary work has already been carried out but the proposed algorithms are restricted to the frequency domain. The paper discusses the design of fractional-order discrete-time controllers. The algorithms studied adopt the time domein, which makes them suited for z-transform analusis and discrete-time implementation. The performance of discrete-time fractional-order controllers with linear and non-linear systems is also investigated.

Contributo para a modelização de magnetos supercondutores de fluxo residual: aplicação a um motor linear todo supercondutor

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Controlo inteligente de um Sistema de Levitação Magnética

A levitação magnética tem sido um tema bastante investigado sobretudo devido à sua utilização em sistemas ferroviários de transportes. É o método ideal quando existe a necessidade em aplicações de restringir do contacto físico, ou a conveniência, em termos energéticos, de eliminar o atrito. O princípio de funcionamento é simples, um eletroíman cria uma força sobre um objeto ferromagnético que contraria a gravidade. Contudo um sistema de levitação por atração é instável e não linear, o que significa a necessidade de implementar um controlador para satisfazer as características de estabilidade desejadas. Ao longo deste projeto serão descritos os procedimentos teóricos e práticos que foram tomados na criação de um sistema de levitação eletromagnética. Desde a conceção física do sistema, como escolha do sensor, condicionamento de sinal ou construção do eletroíman, até aos procedimentos matemáticos que permitiram a modelação do sistema e criação de controladores. Os controladores clássicos, como o PID ou em avanço de fase, foram projetados através da técnica do Lugar Geométrico de Raízes. No projeto do controlador difuso, pelo contrário não se fez uso da modelação do sistema ou de qualquer relação matemática entre as variáveis. A utilização desta técnica de controlo destacou-se pela usa simplicidade e rapidez de implementação, fornecendo um bom desempenho ao sistema. Na parte final do relatório os resultados obtidos pelos diferentes métodos de controlo são analisados e apresentadas as respetivas conclusões. Estes resultados revelam que para este sistema, relativamente aos outros métodos, o controlador difuso apresenta o melhor desempenho tanto ao nível da resposta transitória, como em regime permanente.

On the analysis of data emerging in non-linear and complex systemscomparison of two X-Ray prony spectra

New arguments proving that successive (repeated) measurements have a memory and actually remember each other are presented. The recognition of this peculiarity can change essentially the existing paradigm associated with conventional observation in behavior of different complex systems and lead towards the application of an intermediate model (IM). This IM can provide a very accurate fit of the measured data in terms of the Prony's decomposition. This decomposition, in turn, contains a small set of the fitting parameters relatively to the number of initial data points and allows comparing the measured data in cases where the “best fit” model based on some specific physical principles is absent. As an example, we consider two X-ray diffractometers (defined in paper as A- (“cheap”) and B- (“expensive”) that are used after their proper calibration for the measuring of the same substance (corundum a-Al2O3). The amplitude-frequency response (AFR) obtained in the frame of the Prony's decomposition can be used for comparison of the spectra recorded from (A) and (B) - X-ray diffractometers (XRDs) for calibration and other practical purposes. We prove also that the Fourier decomposition can be adapted to “ideal” experiment without memory while the Prony's decomposition corresponds to real measurement and can be fitted in the frame of the IM in this case. New statistical parameters describing the properties of experimental equipment (irrespective to their internal “filling”) are found. The suggested approach is rather general and can be used for calibration and comparison of different complex dynamical systems in practical purposes.

Contributo para o estudo do motor linear síncrono supercondutor

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Non-linear time series models

The last three decades have seen quite dramatic changes the way we modeled time dependent data. Linear processes have been in the center stage in modeling time series. As far as the second order properties are concerned, the theory and the methodology are very adequate.However, there are more and more evidences that linear models are not sufficiently flexible and rich enough for modeling purposes and that failure to account for non-linearities can be very misleading and have undesired consequences.

Analyzing Multiple Outcomes: Is it Really Worth the use of Multivariate Linear Regression?

In health related research it is common to have multiple outcomes of interest in a single study. These outcomes are often analysed separately, ignoring the correlation between them. One would expect that a multivariate approach would be a more efficient alternative to individual analyses of each outcome. Surprisingly, this is not always the case. In this article we discuss different settings of linear models and compare the multivariate and univariate approaches. We show that for linear regression models, the estimates of the regression parameters associated with covariates that are shared across the outcomes are the same for the multivariate and univariate models while for outcome-specific covariates the multivariate model performs better in terms of efficiency.

Kalman tracking linear predictor for vowel intelligibility enhancement on european portuguese HMM based speech synthesis

The recent developments on Hidden Markov Models (HMM) based speech synthesis showed that this is a promising technology fully capable of competing with other established techniques. However some issues still lack a solution. Several authors report an over-smoothing phenomenon on both time and frequencies which decreases naturalness and sometimes intelligibility. In this work we present a new vowel intelligibility enhancement algorithm that uses a discrete Kalman filter (DKF) for tracking frame based parameters. The inter-frame correlations are modelled by an autoregressive structure which provides an underlying time frame dependency and can improve time-frequency resolution. The system’s performance has been evaluated using objective and subjective tests and the proposed methodology has led to improved results.

Correlação entre a Extensão Linear do Tronco e o Alinhamento Segmentar do Membro Inferior Contralesional na Posição de Pé em Indivíduos Pós-AVE

O controlo postural (CP) do tronco é um pré-requisito para o movimento tendo como objetivo prevenir e minimizar as perturbações. Um CP adequado pressupõe estabilidade e orientação dos segmentos, sendo necessária uma orientação do tronco com componente de extensão linear para as atividades sentado e pé. Num acidente vascular encefálico (AVE), pode existir comprometimento do CP do tronco quer contralesional (CONTRA) como ipsilesional (IPSI). Neurofisiologicamente, parece haver uma projecção predominantemente ipsilateral para garantir um CP do tronco contralateralmente ao movimento, tornando-se importante perceber a correlação entre componentes do CP do tronco e o alinhamento do membro CONTRA. Contudo, atualmente são poucos os estudos direcionados para a o membro inferior (MI). Assim, uma vez que nesta população, assumir a posição de pé e realizar marcha constitui muitas vezes o seu principal objetivo, considerou-se relevante avaliar a correlação entre a extensão linear do tronco e o alinhamento segmentar do MI CONTRA na posição de pé. Participantes e Métodos: Estudo observacional, transversal, analítico com 11 indivíduos (idade média 70+10 anos, 54,5% homens). Como critérios de inclusão definiram-se AVE isquémico da artéria cerebral média, único e unilateral, em fase crónica. Recorrendo a um software de avaliação postural (SAPo) avaliou-se a extensão linear do tronco (alinhamento dos acrómios, alinhamento das espinhas ilíacas ântero-superiores (EIAS), ângulo formado entre os dois e o alinhamento vertical do tronco) e o alinhamento segmentar do MI (ângulo do joelho e ângulo entre o tronco e MI). Para a análise estatística inferencial utilizou-se o coeficiente de correlação de Pearson entre o ângulo dos acrómios e as EIAS, o alinhamento vertical do tronco e o alinhamento horizontal da pélvis IPSI com as variáveis de alinhamento do MI, para uma significância de 0,05. Resultados: Algumas correlações mostraram ser quase nulas (com valores entre -0,02 a 0,02) ou fracas como o alinhamento horizontal da pélvis IPSI com o ângulo do tronco e MI CONTRA (0,29 com p=0,39). O alinhamento do tronco e o ângulo do joelho apresentou moderada correlação (0,642), estatisticamente significativa (p=0,03). Conclusão: Os resultados deste estudo sugerem a existência de uma correlação positiva entre o alinhamento vertical do tronco e a extensão do joelho do MI CONTRA na posição de pé em indivíduos pós-AVE.

Linear amplification with multiple nonlinear devices

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e Computadores

Estudo de avaliação de emissões de nanopartículas na soldadura por fricção linear de ligas de alumínio

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Mecânica

Análise não linear da interacção dinâmica solo - estaca em areias secas: um estudo numérico e experimental

Dissertação apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Doutor em Engenharia Civil