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.

Scalable and Efficient Configuration of TimeDivision Multiplexed Resources

Consumer-electronics systems are becoming increasingly complex as the number of integrated applications is growing. Some of these applications have real-time requirements, while other non-real-time applications only require good average performance. For cost-efficient design, contemporary platforms feature an increasing number of cores that share resources, such as memories and interconnects. However, resource sharing causes contention that must be resolved by a resource arbiter, such as Time-Division Multiplexing. A key challenge is to configure this arbiter to satisfy the bandwidth and latency requirements of the real-time applications, while maximizing the slack capacity to improve performance of their non-real-time counterparts. As this configuration problem is NP-hard, a sophisticated automated configuration method is required to avoid negatively impacting design time. The main contributions of this article are: 1) An optimal approach that takes an existing integer linear programming (ILP) model addressing the problem and wraps it in a branch-and-price framework to improve scalability. 2) A faster heuristic algorithm that typically provides near-optimal solutions. 3) An experimental evaluation that quantitatively compares the branch-and-price approach to the previously formulated ILP model and the proposed heuristic. 4) A case study of an HD video and graphics processing system that demonstrates the practical applicability of the approach.

Monitorização e Avaliação Dinâmica do Potencial para a Eficiência Energética de Lares de Idosos

Atualmente a situação económica do país é delicada, como tal, a redução dos consumos energéticos é uma mais-valia tanto para os consumidores como para o meio ambiente. A evolução tecnológica nos últimos anos possibilita a realização de soluções para resolver esse problema. A monitorização constante dos consumos de energia elétrica pode fazer com que esta redução seja concretizada. Relativamente ao caso concreto do edificado, o consumo de energia nos edifícios Europeus é muito significativo, quer ao nível das soluções construtivas, dos sistemas e dos equipamentos. Como tal, podem ser tomadas medidas que podem ter um impacto significativo para a redução dos consumos. O presente trabalho passa pelo estudo do potencial para a eficiência energética de três lares de idosos situados no Porto. A auditoria efetuada revelou um enorme potencial de poupança energética, nomeadamente de energia elétrica e gás natural. As medidas a adotar para reduzir os consumos energéticos do edifício passam pela substituição da iluminação existente por uma mais eficiente e de menor potência, a instalação de painéis solares para reduzir o consumo destinado às águas quentes sanitárias (nos dois lares que ainda não possuem este tipo de sistema), a substituição das caldeiras a gás natural por biomassa, a instalação de equipamentos para monitorização de consumos, entre outros. Através da recolha e tratamento de dados com um analisador de energia foi possível verificar que a implementação de uma solução de monitorização de consumos energéticos nos lares poderá permitir baixar os custos da fatura energética.

Estudo para a optimização dos sistemas de climatização com vista à obtenção de um edifício com baixas necessidades energéticas em climatização

A presente tese tem como principal objectivo abordar o tema da eficiência energética em edifícios, no que se refere aos sistemas de climatização. O desenvolvimento deste projecto realizou-se em torno dos consumos energéticos dos diferentes sistemas de climatização estudados (e por conseguinte da envolvente do edifício), focando o cumprimento dos requisitos térmico e energéticos das normas vigentes (RCCTE e RSECE) em Portugal, tendo como objectivo identificar os parâmetros com maior impacto e a relação tendencial entre as soluções construtivas e tecnológicas adoptadas, sempre com o horizonte de maximizar a eficiência energética e diminuir a dependência face à energia primária e consequentemente a emissão de gases que provocam o efeito de estufa. É âmbito desta tese comparar diferentes tipos de sistemas de climatização a nível energético e torná-los os mais eficientes possíveis, para que também se possam tornar monetariamente aliciantes e aumentar o rácio entre benefício/custo. Para tal, numa primeira fase foi feito um estudo térmico da envolvente do edifício, tendo sido utilizado um software de simulação energética de edifícios acreditado pela norma ASHRAE 140-2004 para se poder compreender como o edifício se comportava ao longo do ano, e introduzir algumas correcções na respectiva envolvente, para baixar as potências térmicas/eléctricas dos equipamentos do sistema de AVAC. De seguida foram estudados três sistemas possíveis de climatização para o edifício, de modo a identificar o mais eficiente numa base anual, bem como a possibilidade de combinar o uso de fontes de energia renováveis com o intuito de satisfazer ao máximo as necessidades térmicas do edifício e, ainda, de minimizar o consumo de energia de origem não renovável. Por fim, para avaliar as diferentes potencialidades de cada sistema de climatização estudado, fez-se o respectivo estudo à sua viabilidade económica. Nas considerações finais da presente tese é realizado um estudo aos benefícios que uma possível alteração da arquitectura do edifício pode trazer no aumento da iluminação natural do mesmo integrado com um controlo da iluminação artificial necessária para os diferentes espaços climatizados. Os resultados obtidos foram comparados entre si e corrigir a envolvente exterior reduz os consumos energéticos do edifício em cerca de 11%. As medidas correctivas propostas no sistema de climatização base originam uma redução energética igual a 43%. A nível ambiental, é possível a redução do número de emissões de CO2 em cerca de 72.1%.

Energy-efficient MAC protocols for WBANs: Opportunities and challenges

Wireless body area networks (WBANs) are expected to play a significant role in smart healthcare systems. One of the most important attributes of WBANs is to increase network lifetime by introducing novel and low-power techniques on the energy-constrained sensor nodes. Medium access control (MAC) protocols play a significant role in determining the energy consumption in WBANs. Existing MAC protocols are unable to accommodate communication requirements in WBANs. There is a need to develop novel, scalable and reliable MAC protocols that must be able to address all these requirements in a reliable manner. In this special issue, we attracted high quality research and review papers on the recent advances in MAC protocols for WBANs.

Efficient succinic acid production from glycerol by actinobacillus succinogenes using dimethyl sulfoxid as electron acceptor

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Química e Bioquímica

Previsão e definição de perfis na gestão dos recursos de energia no âmbito de edifícios auto-sustentáveis

Nos últimos anos o consumo de energia elétrica produzida a partir de fontes renováveis tem aumentado significativamente. Este aumento deve-se ao impacto ambiental que recursos como o petróleo, gás, urânio, carvão, entre outros, têm no meio ambiente e que são notáveis no diaa- dia com as alterações climáticas e o aquecimento global. Por sua vez, estes recursos têm um ciclo de vida limitado e a dada altura tornar-se-ão escassos. A preocupação de uma melhoria contínua na redução dos impactos ambientais levou à criação de Normas para uma gestão mais eficiente e sustentável do consumo de energia nos edifícios. Parte da eletricidade vendida pelas empresas de comercialização é produzida através de fontes renováveis, e com a recente publicação do Decreto de Lei nº 153/2014 de 20 outubro de 2014 que regulamenta o autoconsumo, permitindo que também os consumidores possam produzir a sua própria energia nas suas residências para reduzir os custos com a compra de eletricidade. Neste contexto surgiram os edifícios inteligentes. Por edifícios inteligentes entende-se que são edifícios construídos com materiais que os tornam mais eficientes, possuem iluminação e equipamentos elétricos mais eficientes, e têm sistemas de produção de energia que permitem alimentar o próprio edifício, para um consumo mais sustentado. Os sistemas implementados nos edifícios inteligentes visam a monitorização e gestão da energia consumida e produzida para evitar desperdícios de consumo. O trabalho desenvolvido visa o estudo e a implementação de Redes Neuronais Artificiais (RNA) para prever os consumos de energia elétrica dos edifícios N e I do ISEP/GECAD, bem como a previsão da produção dos seus painéis fotovoltáicos. O estudo feito aos dados de consumo permitiu identificar perfis típicos de consumo ao longo de uma semana e de que forma são influenciados pelo contexto, nomeadamente, com os dias da semana versus fim-de-semana, e com as estações do ano, sendo analisados perfis de consumo de inverno e verão. A produção de energia através de painéis fotovoltaicos foi também analisada para perceber se a produção atual é suficiente para satisfazer as necessidades de consumo dos edifícios. Também foi analisada a possibilidade da produção satisfazer parcialmente as necessidades de consumos específicos, por exemplo, da iluminação dos edifícios, dos seus sistemas de ar condicionado ou dos equipamentos usados.

Efficient advertising strategies for the fragrance market

A Work Project, presented as part of the requirements for the Award of a Masters Degree in Management from the NOVA – School of Business and Economics

Lighting design: uma abordagem sobre a visão e a perceção do design dos ambientes pelos idosos através da iluminação

Ao longo do séc. XX, a história da demografia europeia ficou associada à afirmação do processo de envelhecimento, sendo que no séc. XXI ocorreu uma generalização, em larga escala, desse processo à totalidade do território europeu e mundial, atendendo ao significado, perfil, protagonismo e necessidades de uma população idosa em profundas transformações. Com as alterações biológicas sofridas no processo de envelhecimento, há um crescimento na utilização do ambiente doméstico e na necessidade de interação social, sendo, por isso, importante a manutenção desses indivíduos na sua própria casa. O reconhecimento do significado da luz deve ser uma constante no desenvolvimento dos projetos de design de interiores, em geral, e nos projectos de design de iluminação, em particular. A relação entre a iluminação e o envelhecimento, deve ter o foco centrado em quem vivência o espaço, privilegiando o conforto e a segurança, que são requisitos básicos para a promoção de uma melhor qualidade de vida, e na permanência desses indivíduos nos seus ambientes sociais.

Noise traders, rational traders, and the rest: A new approach to efficient financial markets

A PhD Dissertation, presented as part of the requirements for the Degree of Doctor of Philosophy from the NOVA - School of Business and Economics

Energy-efficient diversity combining for different access schemes in a multi-path dispersive channel

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

A framework for efficient model transformations

The reported productivity gains while using models and model transformations to develop entire systems, after almost a decade of experience applying model-driven approaches for system development, are already undeniable benefits of this approach. However, the slowness of higher-level, rule based model transformation languages hinders the applicability of this approach to industrial scales. Lower-level, and efficient, languages can be used but productivity and easy maintenance seize to exist. The abstraction penalty problem is not new, it also exists for high-level, object oriented languages but everyone is using them now. Why is not everyone using rule based model transformation languages then? In this thesis, we propose a framework, comprised of a language and its respective environment, designed to tackle the most performance critical operation of high-level model transformation languages: the pattern matching. This framework shows that it is possible to mitigate the performance penalty while still using high-level model transformation languages.

Efficient paraconsistent reasoning with rules and ontologies for the semantic web

Ontologies formalized by means of Description Logics (DLs) and rules in the form of Logic Programs (LPs) are two prominent formalisms in the field of Knowledge Representation and Reasoning. While DLs adhere to the OpenWorld Assumption and are suited for taxonomic reasoning, LPs implement reasoning under the Closed World Assumption, so that default knowledge can be expressed. However, for many applications it is useful to have a means that allows reasoning over an open domain and expressing rules with exceptions at the same time. Hybrid MKNF knowledge bases make such a means available by formalizing DLs and LPs in a common logic, the Logic of Minimal Knowledge and Negation as Failure (MKNF). Since rules and ontologies are used in open environments such as the Semantic Web, inconsistencies cannot always be avoided. This poses a problem due to the Principle of Explosion, which holds in classical logics. Paraconsistent Logics offer a solution to this issue by assigning meaningful models even to contradictory sets of formulas. Consequently, paraconsistent semantics for DLs and LPs have been investigated intensively. Our goal is to apply the paraconsistent approach to the combination of DLs and LPs in hybrid MKNF knowledge bases. In this thesis, a new six-valued semantics for hybrid MKNF knowledge bases is introduced, extending the three-valued approach by Knorr et al., which is based on the wellfounded semantics for logic programs. Additionally, a procedural way of computing paraconsistent well-founded models for hybrid MKNF knowledge bases by means of an alternating fixpoint construction is presented and it is proven that the algorithm is sound and complete w.r.t. the model-theoretic characterization of the semantics. Moreover, it is shown that the new semantics is faithful w.r.t. well-studied paraconsistent semantics for DLs and LPs, respectively, and maintains the efficiency of the approach it extends.

Eco-efficient earthen plasters: The influence of the addition of natural fibers.

Clayish earth-based mortars are been recognized, all over the world, as eco-efficient products for plastering. Apart from being a product with low embodied energy when compared to other types of plasters, their application on the interior surface of walls may give a strong contribution for the health and comfort of inhabitants. As part of an ongoing research regarding earth-based plasters this work assesses the influence of the addition of two types of natural fibres – oat straw and typha fiber-wool – on the characteristics of plastering mortars made with a clayish earth. Mechanical and physical characteristics were tested, showing that addition of these fibers contribute to decrease linear drying shrinkage and thermal conductivity, as well as promoting the adhesion strength of plaster to the substrate. The improvement of mechanical resistance reveal to be dependent on the type of fiber added while the hygroscopic capacity of the plaster is maintained regardless of the fiber additions.

Experimental characterization of an earth eco-efficient plastering mortar

Earthen plastering mortars are becoming recognized as highly eco-efficient. The assessment of their technical properties needs to be standardized but only the German standard DIN 18947 exists for the moment. An extended experimental campaign was developed in order to assess multiple properties of a ready-mixed earth plastering mortar and also to increase scientific knowledge of the influence of test procedures on those properties. The experimental campaign showed that some aspects related to the equipment, type of samples and sample preparation can be very important, while others seemed to have less influence on the results and the classification of mortars. It also showed that some complementary tests can easily be performed and considered together with the standardized ones, while others may need to be improved. The plaster satisfied the requirements of the existing German standard but, most importantly, it seemed adequate for application as rehabilitation plaster on historic and modern masonry buildings. Apart from their aesthetic aspect, the contribution of earthen plasters to eco-efficiency and particularly to hygrometric indoor comfort should be highlighted.