Exercise sheet 7 pdf

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Exam 1998a

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Regularization of time-varying descriptor systems by the asvd

We study linear variable coefficient control problems in descriptor form. Based on a behaviour approach and the general theory for linear differential algebraic systems we give the theoretical analysis and describe numerically stable methods to determine the structural properties of the system.

Density-Profile Processes Describing Biological Signaling Networks: Almost Sure Convergence to Deterministic Trajectories

We introduce jump processes in R(k), called density-profile processes, to model biological signaling networks. Our modeling setup describes the macroscopic evolution of a finite-size spin-flip model with k types of spins with arbitrary number of internal states interacting through a non-reversible stochastic dynamics. We are mostly interested on the multi-dimensional empirical-magnetization vector in the thermodynamic limit, and prove that, within arbitrary finite time-intervals, its path converges almost surely to a deterministic trajectory determined by a first-order (non-linear) differential equation with explicit bounds on the distance between the stochastic and deterministic trajectories. As parameters of the spin-flip dynamics change, the associated dynamical system may go through bifurcations, associated to phase transitions in the statistical mechanical setting. We present a simple example of spin-flip stochastic model, associated to a synthetic biology model known as repressilator, which leads to a dynamical system with Hopf and pitchfork bifurcations. Depending on the parameter values, the magnetization random path can either converge to a unique stable fixed point, converge to one of a pair of stable fixed points, or asymptotically evolve close to a deterministic orbit in Rk. We also discuss a simple signaling pathway related to cancer research, called p53 module.

Modelling the dynamics of dengue real epidemics

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

On Lugre Friction Model to Mitigate Nonideal Vibrations

In this paper, a nonideal mechanical system with the LuGre friction damping model is considered. The mechanical model of the system is an oscillator not necessarily linear connected with an unbalanced motor of excitation with limited power supply. The control of motion and the attenuation of the Sommerfeld effect of the considered nonideal system are analyzed in this paper The mathematical model of the system is represented by coupled non-linear differential equations. The identification of some interesting nonlinear phenomenon in the transient and steady state motion of the system during the passage through resonance (using applied voltages at dc motor as control parameter) is investigated in detail using numerical simulation. [DOI: 10.1115/1.3124783]

Bifurcation of limit cycles from a centre in R-4 in resonance 1:N

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

Nonlinear (2+1)-dimensional systems solvable through asymptotic modules

Some nonlinear differential systems in (2+1) dimensions are characterized by means of asymptotic modules involving two poles and a ring of linear differential operators with scalar coefficients.Rational and soliton-like are exhibited. If these coefficients are rational functions, the formalism leads to nonlinear evolution equations with constraints. © 1989.

Necessary conditions of optimality for vector-valued impulsive control problems

A vector-valued impulsive control problem is considered whose dynamics, defined by a differential inclusion, are such that the vector fields associated with the singular term do not satisfy the so-called Frobenius condition. A concept of robust solution based on a new reparametrization procedure is adopted in order to derive necessary conditions of optimality. These conditions are obtained by taking a limit of those for an appropriate sequence of auxiliary standard optimal control problems approximating the original one. An example to illustrate the nature of the new optimality conditions is provided. © 2000 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Lyapounov stability for impulsive dynamical systems

This article addresses the problem of stability of impulsive control systems whose dynamics are given by measure driven differential inclusions. One important feature concerns the adopted solution which allows the consideration of systems whose singular dynamics do not satisfy the so-called Frobenius condition. After extending the conventional notion of control Lyapounov pair for impulsive systems, some stability conditions of the Lyapounov type are given. Some conclusions follow the outline of the proof of the main result.

Invariance for Impulsive Control Systems

In this article, we provide invariance conditions for control systems whose dynamics are given by measure driven differential inclusions. The solution concept plays a critical role in the extension of the conventional conditions for the impulsive control context. A couple of examples illustrating the specific features of impulsive control systems are included.

Conjuntos limite e bifurfações de campos de vetores suaves por partes no plano

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

Inversão de momentos de fonte em métodos potenciais

A inversão de momentos de fonte gravimétrica tridimensional é analisada em duas situações. Na primeira se admite conhecer apenas a anomalia. Na segunda se admite conhecer, além da anomalia, informação a priori sobre o corpo anômalo. Sem usar informação a priori, mostramos que é possível determinar univocamente todo momento, ou combinação linear de momentos, cujo núcleo polinomial seja função apenas das coordenadas Cartesianas que definem o plano de medida e que tenha Laplaciano nulo. Além disso, mostramos que nenhum momento cujo núcleo polinomial tenha Laplaciano não nulo pode ser determinado. Por outro lado, informação a priori é implicitamente introduzida se o método de inversão de momentos se baseia na aproximação da anomalia pela série truncada obtida de sua expansão em multipolos. Dado um centro de expansão qualquer, o truncamento da série impõe uma condição de regularização sobre as superfícies equipotenciais do corpo anômalo, que permite estimar univocamente os momentos e combinações lineares de momentos que são os coeficientes das funções-bases da expansão em multipolos. Assim, uma distribuição de massa equivalente à real é postulada, sendo o critério de equivalência especificado pela condição de ajuste entre os campos observado e calculado com a série truncada em momentos de uma ordem máxima pré-estabelecida. Os momentos da distribuição equivalente de massa foram identificados como a solução estacionária de um sistema de equações diferenciais lineares de 1a. ordem, para a qual se asseguram unicidade e estabilidade assintótica. Para a série retendo momentos até 2a. ordem, é implicitamente admitido que o corpo anômalo seja convexo e tenha volume finito, que ele esteja suficientemente distante do plano de medida e que a sua distribuição espacial de massa apresente três planos ortogonais de simetria. O método de inversão de momentos baseado na série truncada (IMT) é adaptado para o caso magnético. Para este caso, mostramos que, para assegurar unicidade e estabilidade assintótica, é suficiente pressupor, além da condição de regularização, a condição de que a magnetização total tenha direção e sentido constantes, embora desconhecidos. O método IMT baseado na série de 2a. ordem (IMT2) é aplicado a anomalias gravimétricas e magnéticas tridimensionais sintéticas. Mostramos que se a fonte satisfaz as condições exigidas, boas estimativas da sua massa ou vetor momento de dipolo anômalo total, da posição de seu centro de massa ou de momento de dipolo e das direções de seus três eixos principais são obtidas de maneira estável. O método IMT2 pode falhar parcialmente quando a fonte está próxima do plano de medida ou quando a anomalia tem efeitos localizados e fortes de um corpo pequeno e raso e se tenta estimar os parâmetros de um corpo grande e profundo. Definimos por falha parcial a situação em que algumas das estimativas obtidas podem não ser boas aproximações dos valores verdadeiros. Nas duas situações acima descritas, a profundidade do centro da fonte (maior) e as direções de seus eixos principais podem ser erroneamente estimadas, embora que a massa ou vetor momento de dipolo anômalo total e a projeção do centro desta fonte no plano de medida ainda sejam bem estimados. Se a direção de magnetização total não for constante, o método IMT2 pode fornecer estimativas erradas das direções dos eixos principais (mesmo se a fonte estiver distante do plano de medida), embora que os demais parâmetros sejam bem estimados. O método IMT2 pode falhar completamente se a fonte não tiver volume finito. Definimos por falha completa a situação em que qualquer estimativa obtida pode não ser boa aproximação do valor verdadeiro. O método IMT2 é aplicado a dados reais gravimétricos e magnéticos. No caso gravimétrico, utilizamos uma anomalia situada no estado da Bahia, que se supõe ser causada por um batólito de granito. Com base nos resultados, sugerimos que as massas graníticas geradoras desta anomalia tenham sido estiradas na direção NNW e adelgaçadas na direção vertical durante o evento compressivo que causou a orogênese do Sistema de Dobramentos do Espinhaço. Além disso, estimamos que a profundidade do centro de massa da fonte geradora é cerca de 20 km. No caso magnético, utilizamos a anomalia de um monte submarino situado no Golfo da Guiné. Com base nos resultados, estimamos que o paleopolo magnético do monte submarino tem latitude 50°48'S e longitude 74°54'E e sugerimos que não exista contraste de magnetização expressivo abaixo da base do monte submarino.