The Persistence of Memory

This paper analyzes several natural and man-made complex phenomena in the perspective of dynamical systems. Such phenomena are often characterized by the absence of a characteristic length-scale, long range correlations and persistent memory, which are features also associated to fractional order systems. For each system, the output, interpreted as a manifestation of the system dynamics, is analyzed by means of the Fourier transform. The amplitude spectrum is approximated by a power law function and the parameters are interpreted as an underlying signature of the system dynamics. The complex systems under analysis are then compared in a global perspective in order to unveil and visualize hidden relationships among them.

Aplicação das FPAA na realização de sistemas de ordem fraccionária

Esta tese de dissertação tem como principal objetivo a implementação de controladores fracionários utilizando diapositivos analógicos FPAA (Field Programable Analog Array). Embora estes dispositivos já não sejam um tecnologia recente, não tiveram grande aceitação comercial, daí não ter sido grande a sua evolução nesta última década. Mas para a elaboração de alguns circuitos analógicos, nomeadamente filtros, amplificadores e mesmo controladores PID (Proporcional-Integrativo-Derivativo) analógicos torna-se numa ferramenta que pode facilitar o projeto e implementação. Para a realização deste estudo, utilizou-se a placa de desenvolvimento da Anadigm AN231K04-DVLP3 juntamente com o software disponibilizado pela mesma empresa, o AnadigmDesigner2. Para a simulação e observação dos resultados foi utilizada a DAQ (Data Acquisition) Hilink da Zelton juntamente com o software Matlab. De forma a testar a implementação dos controladores fracionários nas FPAA foram realizados alguns circuitos no software e enviados para a FPAA comparando os resultados obtidos na simulação com os visualizados no osciloscópio. Por último foi projetado um controlador PIlDm recorrendo aos métodos de aproximação inteira descritos neste documento implementados na FPAA recorrendo ao uso de filtros de primeira e segunda ordem.

Sonogashira coupling on an extended gold surface in vacuo: reaction of phenylacetylene with iodobenzene on Au(111)

Temperature-programmed reaction measurements supported by scanning tunneling microscopy have shown that phenylacetylene and iodobenzene react on smooth Au(111) under vacuum conditions to yield biphenyl and diphenyldiacetylene, the result of homocoupling of the reactant molecules. They also produce diphenylacetylene, the result of Sonogashira cross-coupling, prototypical of a class of reactions that are of paramount importance in synthetic organic chemistry and whose mechanism remains controversial. Roughened Au(111) is completely inert toward all three reactions, indicating that the availability of crystallographically well-defined adsorption sites is crucially important. High-resolution X-ray photoelectron spectroscopy and near-edge X-ray absorption fine structure spectroscopy show that the reactants are initially present as intact, essentially flat-lying molecules and that the temperature threshold for Sonogashira coupling coincides with that for C−I bond scission in the iodobenzene reactant. The fractional-order kinetics and low temperature associated with desorption of the Sonogashira product suggest that the reaction occurs at the boundaries of islands of adsorbed reactants and that its appearance in the gas phase is rate-limited by the surface reaction. These findings demonstrate unambiguously and for the first time that this heterogeneous cross-coupling chemistry is an intrinsic property of extended, metallic pure gold surfaces: no other species, including solvent molecules, basic or charged (ionic) species are necessary to mediate the process.

System identification algorithms for the analysis of dielectric responses from broadband spectroscopies

We discuss the modeling of dielectric responses for an electromagnetically excited network of capacitors and resistors using a systems identification framework. Standard models that assume integral order dynamics are augmented to incorporate fractional order dynamics. This enables us to relate more faithfully the modeled responses to those reported in the Dielectrics literature.

Estratégias de controle de ordem fracionária aplicadas ao amortecimento de oscilações eletromecânicas em sistemas elétricos de potência

Neste trabalho é proposta uma nova metodologia de projeto de estabilizadores de sistemas de potência baseada em teoria de sistemas de ordem fracionária (ESP-OF). A estratégia é baseada em uma generalização do projeto de compensadores do tipo rede avançoatraso (lead-lag) para o domínio de funções de transferência de ordem fracionária. Uma nova variável de projeto, a qual define a ordem da dinâmica fracionária do controlador, é sintonizada para se obter um compromisso entre um bom desempenho no amortecimento do modo eletromecânico dominante e uma robustez ampliada do ESP-OF. O desempenho do ESP-OF foi avaliado experimentalmente, em um sistema de potência em escala reduzida, localizado no Laboratório de Sistemas de Potência da Universidade Federal do Pará. A referida planta de teste apresenta uma estrutura típica do tipo gerador síncrono conectado a um barramento infinito e exibe um modo dominante de oscilação eletromecânica, de amortecimento extremamente reduzido, cujo valor da frequência natural é em torno de 1,2 Hz. O ESP-OF foi então projetado para ampliar o amortecimento relativo desse modo alvo, para toda a faixa de operação admissível. Para fins de implementação prática, primeiramente foram realizados testes experimentais para a identificação de um modelo nominal da planta, sob a forma de uma função de transferência pulsada, para uso na fase de projeto. O modelo obtido experimentalmente foi então validado e posteriormente utilizado tanto para o projeto do ESP-OF quanto para o projeto de um ESP convencional (utilizado para fins de comparação de desempenho). As leis de controle amortecedor do ESP-OF foram calculadas, convertidas para a forma de equações a diferenças e, subsequentemente, embarcadas em sistema digital baseado em microcontrolador DSPIC. Diversos testes de resposta ao impulso foram realizadas sob diferentes condições operacionais. As respectivas respostas dinâmicas dos sinais de saída da planta (desvio de potencia ativa) e do esforço de controle foram registradas para fins de análise. Os resultados experimentais mostraram que o ESP fracionário apresentou um desemprenho dinâmico e robustez similar em comparação com o desempenho obtido por um ESP convencional, para toda a faixa de operação investigada.

Transformadas integrais, modelagem fracionária e o sistema de Lotka-Volterra

Pós-graduação em Biometria - IBB

Soluções numéricas de Equações Diferenciais Fracionária e Ordinária para o cálculo da distribuição da concentração em um sistema de compartimento

The purpose of this work was the study of numerical methods for differential equations of fractional order and ordinary. These methods were applied to the problem of calculating the distribution of the concentration of a given substance over time in a given physical system. The two compartment model was used for representation of this system. Comparison between numerical solutions obtained were performed and, in particular, also compared with the analytical solution of this problem. Finally, estimates for the error between the solutions were calculated

Identificação de funções de transferência de ordem fracionária utilizando como entrada um degrau

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEIS

Cauchy Problem for Differential Equation with Caputo Derivative

The paper is devoted to the study of the Cauchy problem for a nonlinear differential equation of complex order with the Caputo fractional derivative. The equivalence of this problem and a nonlinear Volterra integral equation in the space of continuously differentiable functions is established. On the basis of this result, the existence and uniqueness of the solution of the considered Cauchy problem is proved. The approximate-iterative method by Dzjadyk is used to obtain the approximate solution of this problem. Two numerical examples are given.

Operational Rules for a Mixed Operator of the Erdélyi-Kober Type

2000 Mathematics Subject Classification: 26A33 (main), 44A40, 44A35, 33E30, 45J05, 45D05

Suggestion from the Past?

Mathematics Subject Classification: 26A33 (main), 35A22, 78A25, 93A30

Cauchy-Type Problem for Diffusion-Wave Equation with the Riemann-Liouville Partial Derivative

2000 Mathematics Subject Classification: 35A15, 44A15, 26A33

Fopid Controller Design for Robust Performance Using Particle Swarm Optimization

Mathematics Subject Classification: 26A33; 93C15, 93C55, 93B36, 93B35, 93B51; 03B42; 70Q05; 49N05

Caputo Derivatives in Viscoelasticity: A Non-Linear Finite-Deformation Theory for Tissue

Mathematics Subject Classification: 26A33, 74B20, 74D10, 74L15

α-Mellin Transform and One of Its Applications

MSC 2010: 35R11, 44A10, 44A20, 26A33, 33C45