Probabilistic robust control : theory and applications

In this work, the development of a probabilistic approach to robust control is motivated by structural control applications in civil engineering. Often in civil structural applications, a system's performance is specified in terms of its reliability. In addition, the model and input uncertainty for the system may be described most appropriately using probabilistic or "soft" bounds on the model and input sets. The probabilistic robust control methodology contrasts with existing H∞/μ robust control methodologies that do not use probability information for the model and input uncertainty sets, yielding only the guaranteed (i.e., "worst-case") system performance, and no information about the system's probable performance which would be of interest to civil engineers.

The design objective for the probabilistic robust controller is to maximize the reliability of the uncertain structure/controller system for a probabilistically-described uncertain excitation. The robust performance is computed for a set of possible models by weighting the conditional performance probability for a particular model by the probability of that model, then integrating over the set of possible models. This integration is accomplished efficiently using an asymptotic approximation. The probable performance can be optimized numerically over the class of allowable controllers to find the optimal controller. Also, if structural response data becomes available from a controlled structure, its probable performance can easily be updated using Bayes's Theorem to update the probability distribution over the set of possible models. An updated optimal controller can then be produced, if desired, by following the original procedure. Thus, the probabilistic framework integrates system identification and robust control in a natural manner.

The probabilistic robust control methodology is applied to two systems in this thesis. The first is a high-fidelity computer model of a benchmark structural control laboratory experiment. For this application, uncertainty in the input model only is considered. The probabilistic control design minimizes the failure probability of the benchmark system while remaining robust with respect to the input model uncertainty. The performance of an optimal low-order controller compares favorably with higher-order controllers for the same benchmark system which are based on other approaches. The second application is to the Caltech Flexible Structure, which is a light-weight aluminum truss structure actuated by three voice coil actuators. A controller is designed to minimize the failure probability for a nominal model of this system. Furthermore, the method for updating the model-based performance calculation given new response data from the system is illustrated.

The Costs of Ecosystem Adaptation: Methodology and Estimates for Indian Forests

34 p.

Functional evaluation of noncovalent interactions in neuroreceptors and progress toward the expansion of unnatural amino acid methodology

This dissertation primarily describes chemical-scale studies of G protein-coupled receptors and Cys-loop ligand-gated ion channels to better understand ligand binding interactions and the mechanism of channel activation using recently published crystal structures as a guide. These studies employ the use of unnatural amino acid mutagenesis and electrophysiology to measure subtle changes in receptor function.

In chapter 2, the role of a conserved aromatic microdomain predicted in the D3 dopamine receptor is probed in the closely related D2 and D4 dopamine receptors. This domain was found to act as a structural unit near the ligand binding site that is important for receptor function. The domain consists of several functionally important noncovalent interactions including hydrogen bond, aromatic-aromatic, and sulfur-π interactions that show strong couplings by mutant cycle analysis. We also assign an alternate interpretation for the linear fluorination plot observed at W6.48, a residue previously thought to participate in a cation-π interaction with dopamine.

Chapter 3 outlines attempts to incorporate chemically synthesized and in vitro acylated unnatural amino acids into mammalian cells. While our attempts were not successful, method optimizations and data for nonsense suppression with an in vivo acylated tRNA are included. This chapter is aimed to aid future researchers attempting unnatural amino acid mutagenesis in mammalian cells.

Chapter 4 identifies a cation-π interaction between glutamate and a tyrosine residue on loop C in the GluClβ receptor. Using the recently published crystal structure of the homologous GluClα receptor, other ligand-binding and protein-protein interactions are probed to determine the similarity between this invertebrate receptor and other more distantly related vertebrate Cys-loop receptors. We find that many of the interactions previously observed are conserved in the GluCl receptors, however care must be taken when extrapolating structural data.

Chapter 5 examines inherent properties of the GluClα receptor that are responsible for the observed glutamate insensitivity of the receptor. Chimera synthesis and mutagenesis reveal the C-terminal portion of the M4 helix and the C-terminus as contributing to formation of the decoupled state, where ligand binding is incapable of triggering channel gating. Receptor mutagenesis was unable to identify single residue mismatches or impaired protein-protein interactions within this domain. We conclude that M4 helix structure and/or membrane dynamics are likely the cause of ligand insensitivity in this receptor and that the M4 helix has an role important in the activation process.

The Uniform World Model: A Methodology for Predicting the Health Impacts of Air Pollution

47 p.

Estimación de concentraciones de radicales nitrato (NO . 3) e hidroxilo ( . OH) en la atmósfera a partir de medidas de HCNM de alta resolución temporal

[ES]Los radicales nitrato e hidroxilo son especies químicas implicadas en la contaminación atmosférica. En el presente trabajo se ha tratado de estimar sus concentraciones empleando para ello medidas de las concentraciones de varios compuestos orgánicos volátiles registradas en el Parque Natural de Valderejo (Araba). La metodología de cálculo ya había sido empleada anteriormente para el ·OH y es la primera vez que se ha aplicado a concentraciones de NO·3 en una zona rural. Las concentraciones de radical hidroxilo calculadas (6,02·106 - 8,06·106 molec. cm-3) concuerdan con las obtenidas en medidas y estudios anteriores. En el caso del radical nitrato, las concentraciones estimadas (2,13·1011 – 2,02·1012 molec. cm-3) son bastante superiores a las encontradas en la bibliografía, por lo que se ha concluido que esta técnica de medida no es válida para el cálculo de NO·3 en una atmósfera de fondo rural como Valderejo. Esta desviación se debe probablemente a otros procesos no contemplados en la hipótesis de cálculo, por lo que se propone continuar con el estudio en este área.

A integralidade no ensino de enfermagem na saúde da mulher: concepções e práticas de docentes

Este estudo teve como objetivos analisar as concepções teóricas e práticas docentes de enfermagem no cuidado à saúde da mulher a partir da ideia de integralidade e discutir as estratégias utilizadas pelos docentes para inserir o conteúdo da integralidade no ensino de enfermagem na saúde da mulher. A política atual de atenção integral à saúde da mulher propõe a incorporação do princípio da integralidade como eixo norteador que articule o mundo do ensino ao mundo do trabalho e da realidade social. Neste contexto, muitos sentidos se combinam e se conflitam na formação da ideia de integralidade no cuidado à saúde da mulher. A metodologia envolveu a abordagem qualitativa realizada nas Instituições Públicas de Ensino Superior do Estado do Rio de Janeiro que oferecem o Curso de Graduação em Enfermagem. Utilizou-se como técnica de coleta de dados a entrevista com dezessete docentes de enfermagem da área de saúde da mulher de acordo com os critérios de inclusão selecionados pela pesquisa. Da análise do material produzido surgiram quatro categorias, a saber: Concepções de integralidade no cuidado à saúde da mulher; Integralidade do cuidado no ensino da saúde da mulher; Estratégias utilizadas para inserir a integralidade no ensino de enfermagem na saúde da mulher; Dificuldades para implantar a integralidade no cuidado à saúde da mulher. Identificou-se que foram muitos os avanços do Sistema Único de Saúde na última década. Contudo, no que diz respeito à sua consolidação como sistema público de saúde, ainda estamos diante de grandes desafios, entre os quais se destaca o relativo à incorporação efetiva dos princípios e valores do SUS nos processos de trabalho, bem como nos processos formativos para a enfermagem na área da saúde da mulher. Desta maneira, faz-se necessário construir novas formas de trabalhar melhor com a assistência, perceber como efetivas as políticas publicas na área da saúde da mulher, considerando as necessidades e demandas locorregionais no país. É evidente a dificuldade em seguir os princípios aqui defendidos, porém a integralidade no cuidado à saúde da mulher, só será possível quando houver compromisso ético com as ações e relações necessárias para sua efetivação.

Associação entre periodontite crônica e marcadores de risco para doença cardiovascular

Pesquisas recentes têm demonstrado que a periodontite pode modificar a concentração sanguínea de uma série de tipos celulares e substâncias bioquímicas, que são considerados fatores de risco para doenças cardiovasculares. Este trabalho tem como objetivo avaliar a associação entre a periodontite crônica e marcadores de risco para doença cardiovascular. No Estudo I foram examinados 100 pacientes aparentemente saudáveis sistemicamente, sendo 66 portadores de periodontite crônica e 34 pacientes controle, sem doença periodontal. Exames periodontais e exames sanguíneos foram realizados, e obtidas as espessuras das camadas íntima-média (IMT) da artéria carótida. No Estudo II, 66 pacientes participantes do Estudo I, diagnosticados com periodontite crônica, foram aleatoriamente submetidos a tratamento periodontal imediato (Grupo Teste, n=33) ou tratamento periodontal retardado (Grupo Controle, n=33). Os dados colhidos no Estudo I foram registrados como pré-tratamento (T0). Novos exames clínicos periodontais e laboratoriais foram realizados no período de 2 meses (T2) e 6 meses (T6) após os exames iniciais (Grupo Controle) ou conclusão do tratamento periodontal (Grupo Teste). Os dados colhidos foram analisados através de testes estatísticos. Os resultados mostraram que pacientes com periodontite crônica quando comparados ao grupo controle, apresentaram valores médios significativamente mais elevados na contagem total de hemácias (p<0,001), hemoglobina (p<0,001), hematócrito (p<0,001), contagem de plaquetas (p=0,019), velocidade de hemossedimentação (p<0,001), proteína C-reativa (p<0,001). Os níveis de HDL-colesterol foram significativamente mais baixos nos pacientes com periodontite crônica quando comparados ao grupo controle (p<0,001). As camadas íntima-média da parede da artéria carótida esquerda foram significativamente mais espessas nos pacientes com periodontite crônica quando comparados ao grupo controle (p=0,049). Os indíviduos com periodontite crônica também apresentaram 3,26 vezes mais chances de possuir Síndrome Metabólica do que aqueles indivíduos que não possuem doença peridontal (IC 95%: 1,8-5,9). No Estudo II, quando comparados os valores médios dos dados hematológicos após tratamento, no grupo teste, foi possível observar melhora estatisticamente significativa, entre T0/T2, dos valores de VHS e triglicerídeos (p=0,002; p=0,004; respectivamente). Redução nos valores médios da contagem total de leucócitos, VHS, CRP, transaminase glutâmico pirúvica, colesterol total e triglicerídeos, entre T0/T6, foi verificada no grupo teste pós-tratamento (p=0,028; p<0,001; p<0,001; p=0,010; p<0,001; p=0,015, respectivamente). Os resultados indicaram que a periodontite crônica severa está associada com níveis elevados de marcadores da inflamação e trombogênese, além de alterações no perfil lipídico em indivíduos sistemicamente saudáveis, podendo atuar como possível fator de risco para as doenças cardiovasculares. O tratamento periodontal não-cirúrgico mostrou-se eficaz na redução dos níveis dos marcadores sistêmicos da inflamação e na melhora do perfil lipídico em indivíduos com doença periodontal severa, consequentemente, reduzindo o risco de doenças cardiovasculares.

General-domain compressible Navier-Stokes solvers exhibiting quasi-unconditional stability and high-order accuracy in space and time

This thesis presents a new class of solvers for the subsonic compressible Navier-Stokes equations in general two- and three-dimensional spatial domains. The proposed methodology incorporates: 1) A novel linear-cost implicit solver based on use of higher-order backward differentiation formulae (BDF) and the alternating direction implicit approach (ADI); 2) A fast explicit solver; 3) Dispersionless spectral spatial discretizations; and 4) A domain decomposition strategy that negotiates the interactions between the implicit and explicit domains. In particular, the implicit methodology is quasi-unconditionally stable (it does not suffer from CFL constraints for adequately resolved flows), and it can deliver orders of time accuracy between two and six in the presence of general boundary conditions. In fact this thesis presents, for the first time in the literature, high-order time-convergence curves for Navier-Stokes solvers based on the ADI strategy---previous ADI solvers for the Navier-Stokes equations have not demonstrated orders of temporal accuracy higher than one. An extended discussion is presented in this thesis which places on a solid theoretical basis the observed quasi-unconditional stability of the methods of orders two through six. The performance of the proposed solvers is favorable. For example, a two-dimensional rough-surface configuration including boundary layer effects at Reynolds number equal to one million and Mach number 0.85 (with a well-resolved boundary layer, run up to a sufficiently long time that single vortices travel the entire spatial extent of the domain, and with spatial mesh sizes near the wall of the order of one hundred-thousandth the length of the domain) was successfully tackled in a relatively short (approximately thirty-hour) single-core run; for such discretizations an explicit solver would require truly prohibitive computing times. As demonstrated via a variety of numerical experiments in two- and three-dimensions, further, the proposed multi-domain parallel implicit-explicit implementations exhibit high-order convergence in space and time, useful stability properties, limited dispersion, and high parallel efficiency.

On the Construction of Higher étale Regulators

We present three approaches to define the higher étale regulator maps Φ^r,n_et : H^r_et(X,Z(n)) → H^r_D(X,Z(n)) for regular arithmetic schemes. The first two approaches construct the maps on the cohomology level, while the third construction provides a morphism of complexes of sheaves on the étale site, along with a technical twist that one needs to replace the Deligne-Beilinson cohomology by the analytic Deligne cohomology inspired by the work of Kerr, Lewis, and Müller-Stach. A vanishing statement of infinite divisible torsions under Φ^r,n_et is established for r > 2n + 1.

Tecnologia mais limpa aplicada ao tratamento de água em sistemas de resfriamento abertos com recirculação

Os estudos destinados à aplicação de uma tecnologia mais limpa ao tratamento de águas em sistemas de resfriamento abertos com recirculação resultaram no desenvolvimento de uma filosofia de tratamento baseada na busca de uma operação com ciclo de concentração ideal. Assim, por meio do controle do balanço material no sistema de resfriamento, seria alcançado um nível de concentração em que a água de circulação apresentaria, naturalmente e ao mesmo tempo, baixa tendência à corrosão do ferro e baixa tendência à formação de incrustação de carbonato de cálcio. O tratamento com inibidores de corrosão e de formação de depósitos seria apenas complementar e, conseqüentemente, reduzido o emprego de produtos químicos para o condicionamento da água. O presente trabalho procura demonstrar que o critério de tratamento baseado apenas no índice de estabilidade não leva em conta o fato de que as espécies solúveis em água não se concentram de uma mesma forma, principalmente como decorrência de reações de conversão envolvendo o íon bicarbonato e de precipitação do íon cálcio. Como suporte desse trabalho, foram realizados ensaios de campo em um sistema de resfriamento aberto com recirculação em operação normal, porém sem tratamento químico da água. Foi possível, desse modo, observar a variação da concentração de cada espécie crítica presente na água com a vazão de descarga efetuada. Os resultados obtidos e o estudo realizado mostram que a metodologia tradicional pode apresentar desvios da realidade que podem comprometer a qualidade do tratamento, obrigando o emprego de maiores concentrações de produtos químicos para condicionamento da água, contrariando, assim, o próprio propósito original de execução de um tratamento dentro dos princípios de uma produção mais limpa. Este trabalho procura, ainda, salientar a importância qualitativa e quantitativa das espécies presentes, na água de reposição, na qualidade do tratamento, alertando que o emprego de reúso de água, como reposição de um sistema de resfriamento, deve ser criteriosamente analisado, pois uma água de má qualidade pode tornar o tratamento interno impraticável, exigindo a execução de um tratamento prévio muitas vezes inviável do ponto de vista econômico e causador de impacto ambiental

Towards a standard methodology to evaluate internal cluster validity indices

The evaluation and comparison of internal cluster validity indices is a critical problem in the clustering area. The methodology used in most of the evaluations assumes that the clustering algorithms work correctly. We propose an alternative methodology that does not make this often false assumption. We compared 7 internal cluster validity indices with both methodologies and concluded that the results obtained with the proposed methodology are more representative of the actual capabilities of the compared indices.