Core and patch position optimizations for vibration control of piezolaminated structures

This paper deals with a finite formulation baserd on the classical laminated plate tehory, for active control of thin late laminated structures with integrated piezoelectric layers, acting as sensors and actuators. The control is initialized through a previuos optimization of the core of the laminated structure, in order to minimize the vibration amplitude. Also the optimization of the patches position in performed to maximize the piezoelectric actuator efficiency. the simulating annealing mthod is used for these purposes. The finite element model is a single layer triangular nonconforming plate/shell element with 18 degrees of fredom for the generalized displacements, and one electrical potential degree of freedom for each piezoelectric element layer, wich can be surface bonded or imbedded on the laminate. To achieve a mechanism of active control of the structure dynamic response, a feedback control algorirhm is used, coupling the sensor and active piezoelectric layers. To calculate the dynamic response of the laminated structures the Newmark method is considered. The model is applied in the solution of an illustrative case and the results are presented and discussed.

Promoting self-regulated learning in technology enhanced learning environments : keeping a digital track of the learning process

Tese de doutoramento (co-tutela), Psicologia (Psicologia da Educação), Faculdade de Psicologia da Universidade de Lisboa, Faculdade de Psicologia e de Ciências da Educação da Universidade de Coimbra, Technial University of Darmstadt, 2014

A multi-objective approach for the motion planning of redundant manipulators

Kinematic redundancy occurs when a manipulator possesses more degrees of freedom than those required to execute a given task. Several kinematic techniques for redundant manipulators control the gripper through the pseudo-inverse of the Jacobian, but lead to a kind of chaotic inner motion with unpredictable arm configurations. Such algorithms are not easy to adapt to optimization schemes and, moreover, often there are multiple optimization objectives that can conflict between them. Unlike single optimization, where one attempts to find the best solution, in multi-objective optimization there is no single solution that is optimum with respect to all indices. Therefore, trajectory planning of redundant robots remains an important area of research and more efficient optimization algorithms are needed. This paper presents a new technique to solve the inverse kinematics of redundant manipulators, using a multi-objective genetic algorithm. This scheme combines the closed-loop pseudo-inverse method with a multi-objective genetic algorithm to control the joint positions. Simulations for manipulators with three or four rotational joints, considering the optimization of two objectives in a workspace without and with obstacles are developed. The results reveal that it is possible to choose several solutions from the Pareto optimal front according to the importance of each individual objective.

Adaptive tackling of the swinging problem for a 2 DOF crane – payload system

The control of a crane carrying its payload by an elastic string corresponds to a task in which precise, indirect control of a subsystem dynamically coupled to a directly controllable subsystem is needed. This task is interesting since the coupled degree of freedom has little damping and it is apt to keep swinging accordingly. The traditional approaches apply the input shaping technology to assist the human operator responsible for the manipulation task. In the present paper a novel adaptive approach applying fixed point transformations based iterations having local basin of attraction is proposed to simultaneously tackle the problems originating from the imprecise dynamic model available for the system to be controlled and the swinging problem, too. The most important phenomenological properties of this approach are also discussed. The control considers the 4th time-derivative of the trajectory of the payload. The operation of the proposed control is illustrated via simulation results.

Strength prediction of single- and double-lap joints by standard and extended finite element modelling

The structural integrity of multi-component structures is usually determined by the strength and durability of their unions. Adhesive bonding is often chosen over welding, riveting and bolting, due to the reduction of stress concentrations, reduced weight penalty and easy manufacturing, amongst other issues. In the past decades, the Finite Element Method (FEM) has been used for the simulation and strength prediction of bonded structures, by strength of materials or fracture mechanics-based criteria. Cohesive-zone models (CZMs) have already proved to be an effective tool in modelling damage growth, surpassing a few limitations of the aforementioned techniques. Despite this fact, they still suffer from the restriction of damage growth only at predefined growth paths. The eXtended Finite Element Method (XFEM) is a recent improvement of the FEM, developed to allow the growth of discontinuities within bulk solids along an arbitrary path, by enriching degrees of freedom with special displacement functions, thus overcoming the main restriction of CZMs. These two techniques were tested to simulate adhesively bonded single- and double-lap joints. The comparative evaluation of the two methods showed their capabilities and/or limitations for this specific purpose.

Approximating fractional derivatives in the perspective of system control

The theory of fractional calculus goes back to the beginning of the theory of differential calculus, but its application received attention only recently. In the area of automatic control some work was developed, but the proposed algorithms are still in a research stage. This paper discusses a novel method, with two degrees of freedom, for the design of fractional discrete-time derivatives. The performance of several approximations of fractional derivatives is investigated in the perspective of nonlinear system control.

Determination of displacement, stress- and strain-distribution in the human heart: a FE-model on the basis of MR imaging.

The determination of characteristic cardiac parameters, such as displacement, stress and strain distribution are essential for an understanding of the mechanics of the heart. The calculation of these parameters has been limited until recently by the use of idealised mathematical representations of biventricular geometries and by applying simple material laws. On the basis of 20 short axis heart slices and in consideration of linear and nonlinear material behaviour we have developed a FE model with about 100,000 degrees of freedom. Marching Cubes and Phong's incremental shading technique were used to visualise the three dimensional geometry. In a quasistatic FE analysis continuous distribution of regional stress and strain corresponding to the endsystolic state were calculated. Substantial regional variation of the Von Mises stress and the total strain energy were observed at all levels of the heart model. The results of both the linear elastic model and the model with a nonlinear material description (Mooney-Rivlin) were compared. While the stress distribution and peak stress values were found to be comparable, the displacement vectors obtained with the nonlinear model were generally higher in comparison with the linear elastic case indicating the need to include nonlinear effects.

The influence of drug-induced dyskinesias on manual tracking in Parkinson's disease

The influence of peak-dose drug-induced dyskinesia (DID) on manual tracking (MT) was examined in 10 dyskinetic patients (OPO), and compared to 10 age/gendermatched non-dyskinetic patients (NDPD) and 10 healthy controls. Whole body movement (WBM) and MT were recorded with a 6-degrees of freedom magnetic motion tracker and forearm rotation sensors, respectively. Subjects were asked to match the length of a computer-generated line with a line controlled via wrist rotation. Results show that OPO patients had greater WBM displacement and velocity than other groups. All groups displayed increased WBM from rest to MT, but only DPD and NDPO patients demonstrated a significant increase in WBM displacement and velocity. In addition, OPO patients exhibited excessive increase in WBM suggesting overflow DID. When two distinct target pace segments were examined (FAST/SLOW), all groups had slight increases in WBM displacement and velocity from SLOW to FAST, but only OPO patients showed significantly increased WBM displacement and velocity from SLOW to FAST. Therefore, it can be suggested that overflow DID was further increased with increased task speed. OPO patients also showed significantly greater ERROR matching target velocity, but no significant difference in ERROR in displacement, indicating that significantly greater WBM displacement in the OPO group did not have a direct influence on tracking performance. Individual target and performance traces demonstrated this relatively good tracking performance with the exception of distinct deviations from the target trace that occurred suddenly, followed by quick returns to the target coherent in time with increased performance velocity. In addition, performance hand velocity was not correlated with WBM velocity in DPO patients, suggesting that increased ERROR in velocity was not a direct result of WBM velocity. In conclusion, we propose that over-excitation of motor cortical areas, reported to be present in DPO patients, resulted in overflow DID during voluntary movement. Furthermore, we propose that the increased ERROR in velocity was the result of hypermetric voluntary movements also originating from the over-excitation of motor cortical areas.

The impact of drug-induced dyskinesias on rapid alternating movements in patients with Parkinson's disease

We investigated the likelihood that hypokinesia/bradykinesia coexist with druginduced dyskinesias (DID) in patients with Parkinson's disease (PD). The influence of dyskinesias on rapid alternating movements (RAM) was investigated in ten dyskinetic patients (DPD). Their motor performance was compared to that of ten age/gendermatched non-dyskinetic patients (NDPD) and ten healthy control subjects. Whole-body magnitude (WBM) and fast pronation-supination at the wrist were recorded using 6- degrees of freedom magnetic motion tracker and forearm rotational sensors, respectively. Subjects were asked to pronate-supinate their dominant hand for 10s. Pre- and postmeasures were taken in a neutral position for 20s. RANGE (measure of hypokinesia), DURATION (measure of bradykinesia). VELOCITY (measure of bradykinesia) and IRREGULARITY (measure of fluctuations in movement amplitude) were used to assess RAM performance. Results showed that DPD patients had greater WBM than NDPD and control groups during rest and RAM performance. There were no differences in performance between NDPD and DPD groups for RANGE, DURATION and VELOCITY, despite significant longer disease duration for the DPD group (DPD = 15.5 ± 6.2 years versus NDPD = 6.6 ± 2.6 years). However, both the NDPD and DPD groups showed lower RANGE, longer DURATION, and reduced VELOCITY compared to controls,, suggesting the presence of bradykinesia and hypokinesia. In the case of IRREGULARITY, DPD patients showed clear fluctuations in movement amplitude compared to the NDPD and control groups. However, the lack of correlation between WBM and IRREGULARITY within the DPD group (Spearman's rank order, Rho - 0.31, p > 0.05), suggests that DID was not the primary cause of the fluctuating movementamplitude observed in that group. In conclusion, these findings suggest that DID may coexists with bradykinesia and hypokinesia, but that they are not inevitably accompanied with worsening motor performance.

An examination of Simone de Beauvoir's theme of situated embodiment

Abstract This thesis is an examination of Simone de Beauvoir's theme of situated embodiment. The aim of the thesis is to demonstrate that the theme of situated embodiment was a concern of Beauvoir's since early childhood and that it was this interest which was the impetus for Beauvoir's later philosophical notion of authentic embodiment. Through the examination of Beauvoir's autobiographies it becomes evident that Beauvoir consistently demonstrates an early awareness that one's situation will be expressed through one's body. This idea is also present in Beauvoir's novels. In the novels it is shown that many of the characters are struggling within authentic embodiment. Beauvoir also fictionalizes many of her own experiences in the novels. These novels are used as concrete examples of Beauvoir's philosophy. Through Beauvoir's philosophical works it becomes evident that authentic embodiment will include the notions of freedom, ambiguity, and reciprocity. All are crucial when trying to live an authentic existence. Beauvoir's philosophy also focuses on marginalized groups who are in the position ofthe Other. One of the marginalized groups studied are women, and this thesis investigates Beauvoir's understanding of why woman is in the position of the Other. This thesis also addresses two feminist criticisms of Beauvoir's study on women. These criticisms are argued against in an effort to defend the notion ofauthentic situated embodiment as delineated in the first three chapters. Overall it is established that Beauvoir's early experiences allowed for her to form the philosophical idea of situated embodiment that lies at the core of her philosophy.

"Man of science, man of faith" : Lost, consumer agency and the fate/free will binary in the post-9/11 context

In 2004, Lost debuted on ABC and quickly became a cultural phenomenon. Its postmodem take on the classic Robinson Crusoe desert island scenario gestures to a variety of different issues circulating within the post-9II1 cultural consciousness, such as terrorism, leadership, anxieties involving air travel, torture, and globalization. Lost's complex interwoven flashback and flash-forward narrative structure encourages spectators to creatively hypothesize solutions to the central mysteries of the narrative, while also thematically addressing archetypal questions of freedom of choice versus fate. Through an examination of the narrative structure, the significance of technological shifts in television, and fan cultures in Lost, this thesis discusses the tenuous notion of consumer agency within the current cultural context. Furthermore, I also explore these issues in relation to the wider historical post-9/II context.

The Economics Of Civil Law Contract And Of Good Faith

Prepared for the Symposium in honour of Michael J. Trebilcock, 1-2 October 2009, in Toronto

Individual and social determinants of multiple chronic disease behavioural risk factors in Canadian children and adolescents

Contexte: Les facteurs de risque comportementaux, notamment l’inactivité physique, le comportement sédentaire, le tabagisme, la consommation d’alcool et le surpoids sont les principales causes modifiables de maladies chroniques telles que le cancer, les maladies cardiovasculaires et le diabète. Ces facteurs de risque se manifestent également de façon concomitante chez l’individu et entraînent des risques accrus de morbidité et de mortalité. Bien que les facteurs de risque comportementaux aient été largement étudiés, la distribution, les patrons d’agrégation et les déterminants de multiples facteurs de risque comportementaux sont peu connus, surtout chez les enfants et les adolescents. Objectifs: Cette thèse vise 1) à décrire la prévalence et les patrons d’agrégation de multiples facteurs de risque comportementaux des maladies chroniques chez les enfants et adolescents canadiens; 2) à explorer les corrélats individuels, sociaux et scolaires de multiples facteurs de risque comportementaux chez les enfants et adolescents canadiens; et 3) à évaluer, selon le modèle conceptuel de l’étude, l’influence longitudinale d’un ensemble de variables distales (c’est-à-dire des variables situées à une distance intermédiaire des comportements à risque) de type individuel (estime de soi, sentiment de réussite), social (relations sociales, comportements des parents/pairs) et scolaire (engagement collectif à la réussite, compréhension des règles), ainsi que de variables ultimes (c’est-à-dire des variables situées à une distance éloignée des comportements à risque) de type individuel (traits de personnalité, caractéristiques démographiques), social (caractéristiques socio-économiques des parents) et scolaire (type d’école, environnement favorable, climat disciplinaire) sur le taux d’occurrence de multiples facteurs de risque comportementaux chez les enfants et adolescents canadiens. Méthodes: Des données transversales (n = 4724) à partir du cycle 4 (2000-2001) de l’Enquête longitudinale nationale sur les enfants et les jeunes (ELNEJ) ont été utilisées pour décrire la prévalence et les patrons d’agrégation de multiples facteurs de risque comportementaux chez les jeunes canadiens âgés de 10-17 ans. L’agrégation des facteurs de risque a été examinée en utilisant une méthode du ratio de cas observés sur les cas attendus. La régression logistique ordinale a été utilisée pour explorer les corrélats de multiples facteurs de risque comportementaux dans un échantillon transversal (n = 1747) de jeunes canadiens âgés de 10-15 ans du cycle 4 (2000-2001) de l’ELNEJ. Des données prospectives (n = 1135) à partir des cycle 4 (2000-2001), cycle 5 (2002-2003) et cycle 6 (2004-2005) de l’ELNEJ ont été utilisées pour évaluer l’influence longitudinale des variables distales et ultimes (tel que décrit ci-haut dans les objectifs) sur le taux d’occurrence de multiples facteurs de risque comportementaux chez les jeunes canadiens âgés de 10-15 ans; cette analyse a été effectuée à l’aide des modèles de Poisson longitudinaux. Résultats: Soixante-cinq pour cent des jeunes canadiens ont rapporté avoir deux ou plus de facteurs de risque comportementaux, comparativement à seulement 10% des jeunes avec aucun facteur de risque. Les facteurs de risque comportementaux se sont agrégés en de multiples combinaisons. Plus précisément, l’occurrence simultanée des cinq facteurs de risque était 120% plus élevée chez les garçons (ratio observé/attendu (O/E) = 2.20, intervalle de confiance (IC) 95%: 1.31-3.09) et 94% plus élevée chez les filles (ratio O/E = 1.94, IC 95%: 1.24-2.64) qu’attendu. L’âge (rapport de cotes (RC) = 1.95, IC 95%: 1.21-3.13), ayant un parent fumeur (RC = 1.49, IC 95%: 1.09-2.03), ayant rapporté que la majorité/tous de ses pairs consommaient du tabac (RC = 7.31, IC 95%: 4.00-13.35) ou buvaient de l’alcool (RC = 3.77, IC 95%: 2.18-6.53), et vivant dans une famille monoparentale (RC = 1.94, IC 95%: 1.31-2.88) ont été positivement associés aux multiples comportements à risque. Les jeunes ayant une forte estime de soi (RC = 0.92, IC 95%: 0.85-0.99) ainsi que les jeunes dont un des parents avait un niveau d’éducation postsecondaire (RC = 0.58, IC 95%: 0.41-0.82) étaient moins susceptibles d’avoir de multiples facteurs de risque comportementaux. Enfin, les variables de type social distal (tabagisme des parents et des pairs, consommation d’alcool par les pairs) (Log du rapport de vraisemblance (LLR) = 187.86, degrés de liberté = 8, P < 0,001) et individuel distal (estime de soi) (LLR = 76.94, degrés de liberté = 4, P < 0,001) ont significativement influencé le taux d’occurrence de multiples facteurs de risque comportementaux. Les variables de type individuel ultime (âge, sexe, anxiété) et social ultime (niveau d’éducation du parent, revenu du ménage, structure de la famille) ont eu une influence moins prononcée sur le taux de cooccurrence des facteurs de risque comportementaux chez les jeunes. Conclusion: Les résultats suggèrent que les interventions de santé publique devraient principalement cibler les déterminants de type individuel distal (tel que l’estime de soi) ainsi que social distal (tels que le tabagisme des parents et des pairs et la consommation d’alcool par les pairs) pour prévenir et/ou réduire l’occurrence de multiples facteurs de risque comportementaux chez les enfants et les adolescents. Cependant, puisque les variables de type distal (telles que les caractéristiques psychosociales des jeunes et comportements des parents/pairs) peuvent être influencées par des variables de type ultime (telles que les caractéristiques démographiques et socioéconomiques), les programmes et politiques de prévention devraient également viser à améliorer les conditions socioéconomiques des jeunes, particulièrement celles des enfants et des adolescents des familles les plus démunies.

Estimation of State Space Models and Stochastic Volatility

Ma thèse est composée de trois chapitres reliés à l'estimation des modèles espace-état et volatilité stochastique. Dans le première article, nous développons une procédure de lissage de l'état, avec efficacité computationnelle, dans un modèle espace-état linéaire et gaussien. Nous montrons comment exploiter la structure particulière des modèles espace-état pour tirer les états latents efficacement. Nous analysons l'efficacité computationnelle des méthodes basées sur le filtre de Kalman, l'algorithme facteur de Cholesky et notre nouvelle méthode utilisant le compte d'opérations et d'expériences de calcul. Nous montrons que pour de nombreux cas importants, notre méthode est plus efficace. Les gains sont particulièrement grands pour les cas où la dimension des variables observées est grande ou dans les cas où il faut faire des tirages répétés des états pour les mêmes valeurs de paramètres. Comme application, on considère un modèle multivarié de Poisson avec le temps des intensités variables, lequel est utilisé pour analyser le compte de données des transactions sur les marchés financières. Dans le deuxième chapitre, nous proposons une nouvelle technique pour analyser des modèles multivariés à volatilité stochastique. La méthode proposée est basée sur le tirage efficace de la volatilité de son densité conditionnelle sachant les paramètres et les données. Notre méthodologie s'applique aux modèles avec plusieurs types de dépendance dans la coupe transversale. Nous pouvons modeler des matrices de corrélation conditionnelles variant dans le temps en incorporant des facteurs dans l'équation de rendements, où les facteurs sont des processus de volatilité stochastique indépendants. Nous pouvons incorporer des copules pour permettre la dépendance conditionnelle des rendements sachant la volatilité, permettant avoir différent lois marginaux de Student avec des degrés de liberté spécifiques pour capturer l'hétérogénéité des rendements. On tire la volatilité comme un bloc dans la dimension du temps et un à la fois dans la dimension de la coupe transversale. Nous appliquons la méthode introduite par McCausland (2012) pour obtenir une bonne approximation de la distribution conditionnelle à posteriori de la volatilité d'un rendement sachant les volatilités d'autres rendements, les paramètres et les corrélations dynamiques. Le modèle est évalué en utilisant des données réelles pour dix taux de change. Nous rapportons des résultats pour des modèles univariés de volatilité stochastique et deux modèles multivariés. Dans le troisième chapitre, nous évaluons l'information contribuée par des variations de volatilite réalisée à l'évaluation et prévision de la volatilité quand des prix sont mesurés avec et sans erreur. Nous utilisons de modèles de volatilité stochastique. Nous considérons le point de vue d'un investisseur pour qui la volatilité est une variable latent inconnu et la volatilité réalisée est une quantité d'échantillon qui contient des informations sur lui. Nous employons des méthodes bayésiennes de Monte Carlo par chaîne de Markov pour estimer les modèles, qui permettent la formulation, non seulement des densités a posteriori de la volatilité, mais aussi les densités prédictives de la volatilité future. Nous comparons les prévisions de volatilité et les taux de succès des prévisions qui emploient et n'emploient pas l'information contenue dans la volatilité réalisée. Cette approche se distingue de celles existantes dans la littérature empirique en ce sens que ces dernières se limitent le plus souvent à documenter la capacité de la volatilité réalisée à se prévoir à elle-même. Nous présentons des applications empiriques en utilisant les rendements journaliers des indices et de taux de change. Les différents modèles concurrents sont appliqués à la seconde moitié de 2008, une période marquante dans la récente crise financière.

Study on the activation of the biceps brachii compartments in normal subjects

Les prothèses myoélectriques modernes peuvent être dotées de plusieurs degrés de liberté ce qui nécessite plusieurs signaux musculaires pour en exploiter pleinement les capacités. Pour obtenir plus de signaux, il nous a semblé prometteur d'expérimenter si les 6 compartiments du biceps brachial pouvaient être mis sous tension de façon volontaire et obtenir ainsi 6 signaux de contrôle au lieu d'un seul comme actuellement. Des expériences ont donc été réalisées avec 10 sujets normaux. Des matrices d'électrodes ont été placées en surface au-dessus du chef court et long du biceps pour recueillir les signaux électromyographiques (EMG) générés par le muscle lors de contractions effectuées alors que les sujets étaient soit assis, le coude droit fléchi ~ 100 ° ou debout avec le bras droit tendu à l'horizontale dans le plan coronal (sur le côté). Dans ces deux positions, la main était soit en supination, soit en position neutre, soit en pronation. L'amplitude des signaux captés au-dessus du chef court du muscle a été comparée à ceux obtenus à partir du chef long. Pour visualiser la forme du biceps sous les électrodes l'imagerie ultrasonore a été utilisée. En fonction de la tâche à accomplir, l'activité EMG a était plus importante soit dans un chef ou dans l'autre. Le fait de pouvoir activer préférentiellement l'un des 2 chefs du biceps, même si ce n'est pas encore de façon complètement indépendante, suggère que l'utilisation sélective des compartiments pourrait être une avenue possible pour faciliter le contrôle des prothèses myoélectriques du membre supérieur.