Factorization by invariant embedding of elliptic problems: circular and star-shaped domains

Dissertação apresentada para obtenção do grau de Doutor em Matemática na especialidade de Equações Diferenciais, pela Universidade Nova de Lisboa,Faculdade de Ciências e Tecnologia

Desenvolvimento de um Controlador de Boundary Scan (Ieee 1149.1)

Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores - Área de Especialização em Automação e Sistemas

Formation Control Driven by Cooperative Object Tracking

In this paper we introduce a formation control loop that maximizes the performance of the cooperative perception of a tracked target by a team of mobile robots, while maintaining the team in formation, with a dynamically adjustable geometry which is a function of the quality of the target perception by the team. In the formation control loop, the controller module is a distributed non-linear model predictive controller and the estimator module fuses local estimates of the target state, obtained by a particle filter at each robot. The two modules and their integration are described in detail, including a real-time database associated to a wireless communication protocol that facilitates the exchange of state data while reducing collisions among team members. Simulation and real robot results for indoor and outdoor teams of different robots are presented. The results highlight how our method successfully enables a team of homogeneous robots to minimize the total uncertainty of the tracked target cooperative estimate while complying with performance criteria such as keeping a pre-set distance between the teammates and the target, avoiding collisions with teammates and/or surrounding obstacles.

Positional information by differential endocytosis splits auxin response to drive Arabidopsis root meristem growth.

In the Arabidopsis root meristem, polar auxin transport creates a transcriptional auxin response gradient that peaks at the stem cell niche and gradually decreases as stem cell daughters divide and differentiate [1-3]. The amplitude and extent of this gradient are essential for both stem cell maintenance and root meristem growth [4, 5]. To investigate why expression of some auxin-responsive genes, such as the essential root meristem growth regulator BREVIS RADIX (BRX) [6], deviates from this gradient, we combined experimental and computational approaches. We created cellular-level root meristem models that accurately reproduce distribution of nuclear auxin activity and allow dynamic modeling of regulatory processes to guide experimentation. Expression profiles deviating from the auxin gradient could only be modeled after intersection of auxin activity with the observed differential endocytosis pattern and positive autoregulatory feedback through plasma-membrane-to-nucleus transfer of BRX. Because BRX is required for expression of certain auxin response factor targets, our data suggest a cell-type-specific endocytosis-dependent input into transcriptional auxin perception. This input sustains expression of a subset of auxin-responsive genes across the root meristem's division and transition zones and is essential for meristem growth. Thus, the endocytosis pattern provides specific positional information to modulate auxin response.

Non-constant discounting in finite horizon: The free terminal time case

This paper derives the HJB (Hamilton-Jacobi-Bellman) equation for sophisticated agents in a finite horizon dynamic optimization problem with non-constant discounting in a continuous setting, by using a dynamic programming approach. A simple example is used in order to illustrate the applicability of this HJB equation, by suggesting a method for constructing the subgame perfect equilibrium solution to the problem.Conditions for the observational equivalence with an associated problem with constantdiscounting are analyzed. Special attention is paid to the case of free terminal time. Strotz¿s model (an eating cake problem of a nonrenewable resource with non-constant discounting) is revisited.

Non-constant discounting in finite horizon: The free terminal time case

This paper derives the HJB (Hamilton-Jacobi-Bellman) equation for sophisticated agents in a finite horizon dynamic optimization problem with non-constant discounting in a continuous setting, by using a dynamic programming approach. A simple example is used in order to illustrate the applicability of this HJB equation, by suggesting a method for constructing the subgame perfect equilibrium solution to the problem.Conditions for the observational equivalence with an associated problem with constantdiscounting are analyzed. Special attention is paid to the case of free terminal time. Strotz¿s model (an eating cake problem of a nonrenewable resource with non-constant discounting) is revisited.

Software for interpolation of vegetative growth of yerba mate plants in 3D

The objective of this work was to build mock-ups of complete yerba mate plants in several stages of development, using the InterpolMate software, and to compute photosynthesis on the interpolated structure. The mock-ups of yerba-mate were first built in the VPlants software for three growth stages. Male and female plants grown in two contrasting environments (monoculture and forest understory) were considered. To model the dynamic 3D architecture of yerba-mate plants during the biennial growth interval between two subsequent prunings, data sets of branch development collected in 38 dates were used. The estimated values obtained from the mock-ups, including leaf photosynthesis and sexual dimorphism, are very close to those observed in the field. However, this similarity was limited to reconstructions that included growth units from original data sets. The modeling of growth dynamics enables the estimation of photosynthesis for the entire yerba mate plant, which is not easily measurable in the field. The InterpolMate software is efficient for building yerba mate mock-ups.

Impact of model complexity on cross-temporal transferability in Maxent species distribution models: An assessment using paleobotanical data

Maximum entropy modeling (Maxent) is a widely used algorithm for predicting species distributions across space and time. Properly assessing the uncertainty in such predictions is non-trivial and requires validation with independent datasets. Notably, model complexity (number of model parameters) remains a major concern in relation to overfitting and, hence, transferability of Maxent models. An emerging approach is to validate the cross-temporal transferability of model predictions using paleoecological data. In this study, we assess the effect of model complexity on the performance of Maxent projections across time using two European plant species (Alnus giutinosa (L.) Gaertn. and Corylus avellana L) with an extensive late Quaternary fossil record in Spain as a study case. We fit 110 models with different levels of complexity under present time and tested model performance using AUC (area under the receiver operating characteristic curve) and AlCc (corrected Akaike Information Criterion) through the standard procedure of randomly partitioning current occurrence data. We then compared these results to an independent validation by projecting the models to mid-Holocene (6000 years before present) climatic conditions in Spain to assess their ability to predict fossil pollen presence-absence and abundance. We find that calibrating Maxent models with default settings result in the generation of overly complex models. While model performance increased with model complexity when predicting current distributions, it was higher with intermediate complexity when predicting mid-Holocene distributions. Hence, models of intermediate complexity resulted in the best trade-off to predict species distributions across time. Reliable temporal model transferability is especially relevant for forecasting species distributions under future climate change. Consequently, species-specific model tuning should be used to find the best modeling settings to control for complexity, notably with paleoecological data to independently validate model projections. For cross-temporal projections of species distributions for which paleoecological data is not available, models of intermediate complexity should be selected.

Yhtenäistetyn mallinnuskielen hyödyntäminen betoniaseman ohjausjärjestelmän kehityksessä

Yhtenäistetty mallinnuskieli, Unified Modeling Language (UML), on saavuttanut ohjelmistoteollisuudessa defacto standardin mallinnuskielen aseman. UML:n pääasiallinen käyttökohde on ollut ohjelmistojärjestelmien mallinnus, mutta sitä on sovellettu myös muillakin ongelma-alueilla, kuten erilaisten prosessien mallinnuksessa. Tässä diplomityössä mallinnetaan eräs betoniaseman ohjausjärjestelmä käyttäen UML:ää. Työssä perehdytään alan kirjallisuuden avulla siihen, miten teollisuus on hyödyntänyt UML:ää prosessien ohjausjärjestelmien mallinnuksessa. Kirjallisuudesta saatua tietoa sovelletaan betoniaseman ohjausjärjestelmän mallinnuksessa. Luotua mallia analysoidaan sen oikeellisuuden ja käytettävyyden perusteella. Työssä havaittiin, että UML soveltuu hyvin betoniaseman ohjausjärjestelmän kaltaisen teollisuusprosessin ohjauksen mallinnukseen. UML-mallilla voidaan kuvata järjestelmän rakenne ja toiminta kattavasti. Luotua mallia voidaan hyödyntää suoraan ohjausjärjestelmän jatkokehityksessä. Julkista tutkimustietoa aiheesta on kuitenkin niukasti saatavilla, joten lisätarve julkiselle tutkimukselle on olemassa.

Use Of Systems Approach with Total Quality Management in Industrial Organizations

The objective of the work has been to study why systems thinking should be used in combination with TQM, what are the main benefits of the integration and how it could best be done. The work analyzes the development of systems thinking and TQM with time and the main differences between them. The work defines prerequisites for adopting a systems approach and the organizational factors which embody the development of an efficient learning organization. The work proposes a model based on combination of an interactive management model and redesign to be used for application of systems approach with TQM in practice. The results of the work indicate that there are clear differences between systems thinking and TQM which justify their combination. Systems approach provides an additional complementary perspective to quality management. TQM is focused on optimizing operations at the operational level while interactive management and redesign of organization are focused on optimization operations at the conceptual level providing a holistic system for value generation. The empirical study demonstrates the applicability of the proposed model in one case study company but its application is tenable and possible also beyond this particular company. System dynamic modeling and other systems based techniques like cognitive mapping are useful methods for increasing understanding and learning about the behavior of systems. The empirical study emphasizes the importance of using a proper early warning system.

Broadband excitation in the system identification of active magnetic bearing rotor systems

One of the targets of the climate and energy package of the European Union is to increase the energy efficiency in order to achieve a 20 percent reduction in primary energy use compared with the projected level by 2020. The energy efficiency can be improved for example by increasing the rotational speed of large electrical drives, because this enables the elimination of gearboxes leading to a compact design with lower losses. The rotational speeds of traditional bearings, such as roller bearings, are limited by mechanical friction. Active magnetic bearings (AMBs), on the other hand, allow very high rotational speeds. Consequently, their use in large medium- and high-speed machines has rapidly increased. An active magnetic bearing rotor system is an inherently unstable, nonlinear multiple-input, multiple-output system. Model-based controller design of AMBs requires an accurate system model. Finite element modeling (FEM) together with the experimental modal analysis provides a very accurate model for the rotor, and a linearized model of the magneticactuators has proven to work well in normal conditions. However, the overall system may suffer from unmodeled dynamics, such as dynamics of foundation or shrink fits. This dynamics can be modeled by system identification. System identification can also be used for on-line diagnostics. In this study, broadband excitation signals are adopted to the identification of an active magnetic bearing rotor system. The broadband excitation enables faster frequency response function measurements when compared with the widely used stepped sine and swept sine excitations. Different broadband excitations are reviewed, and the random phase multisine excitation is chosen for further study. The measurement times using the multisine excitation and the stepped sine excitation are compared. An excitation signal design with an analysis of the harmonics produced by the nonlinear system is presented. The suitability of different frequency response function estimators for an AMB rotor system are also compared. Additionally, analytical modeling of an AMB rotor system, obtaining a parametric model from the nonparametric frequency response functions, and model updating are discussed in brief, as they are key elements in the modeling for a control design. Theoretical methods are tested with a laboratory test rig. The results conclude that an appropriately designed random phase multisine excitation is suitable for the identification of AMB rotor systems.

Le développement économique régional, la politique et les disparités régionales des grands territoires : le cas du Canada et de la Chine

Résumé Depuis le début des années 1990, la recherche sur le développement régional a pris une importance considérable dans les disciplines de l’économie et de la géographie dans la plupart des pays. De nombreuses études ont été consacrées à ce sujet et l’on constate une approche analytique de plus en plus sophistiquée. Que les économies pauvres ont tendance à converger vers les pays riches, ou bien à diverger au fil du temps est une question qui a attiré l'attention des décideurs et des universitaires depuis quelques décennies. Convergence ou de divergence économique est un sujet d'intérêt et de débat, non seulement pour valider ou non les deux modèles principaux de croissance qui sont considérés comme concurrent (l’approche néo-classique et celle des approches de croissance endogène), mais aussi pour ses implications pour les publiques politiques. En se basant sur une analyse des politiques de développement régional et des analyses statistiques de la convergence et des disparités régionales, les objectifs de cette thèse sont de tenter de fournir une explication des différents processus et des modèles de développement économique régional poursuivis dans le cas de territoires immenses en utilisant le Canada et la Chine comme études de cas, d'entreprendre une analyse des différents facteurs et des forces motrices qui sous-tendent le développement régional dans ces deux pays, et d'explorer à la fois les réussites et les échecs apparents dans les politiques de développement régional en comparant et contrastant les expériences de développement régional et les modèles de ces deux pays. A fin d'atteindre cet objectif, la recherche utilise une approche multi-scalaire et des méthodes de mesure multidimensionnelle dans le cadre des analyses sur les disparités « régionales » entre les macro régions (sous-ensembles de provinces) des deux pays, des provinces et des régions urbaines sélectionnées, dans le but ultime d’identifier des problèmes existants en termes de développement régional et de pouvoir proposer des solutions. Les étapes principales de la recherche sont : 1. La cueillette des données statistiques pour le Canada et la Chine (incluant les provinces de Québec et de Xinjiang) pour une gamme d’indicateurs (voir ci-dessous). 2. D’entreprendre une analyse de chaque dimension dans les deux juridictions: Population (p.ex. composition, structure, changement); Ressources (p. ex. utilisation, exploitation de l’énergie); Environnement (p.ex. la pollution); et le Développement socioéconomique (p.ex. le développement et la transformation des secteurs clé, et les modèles de développement rural et urbain), et les disparités changeantes par rapport à ces dimensions. 3. La définition d’une typologie de différents types de région en fonction de leurs trajectoires de développement, ce qui servira pour critiquer l’hypothèse centre-périphérie. 4. Le choix d’une région métropolitaine dans chaque juridiction (province). 5. D’entreprendre une analyse temporelle des événements clé (politiques, investissements) dans chaque région et les facteurs impliqués dans chaque événement, en utilisant l’information documentaire générale et des agences institutionnelles impliqués actuellement et dans un passée récent. Cette étude a tenté d'expliquer les schémas et les processus des deux économies, ainsi que la présentation d'études de cas qui illustrent et examinent les différences dans les deux économies à partir de l’échelle nationale jusqu’au niveau régional et provincial et aussi pour certaines zones urbaines. Cette étude a essayé de répondre aux questions de recherche comme: Est-il vrai que les pays avec des plus grandes territoires sont associés avec des plus grandes disparités interrégionales? Quel est le résultat des comparaisons entre pays développés et pays en développement? Quels sont les facteurs les plus importants dans le développement économique de vastes territoires dans les pays développés et pays en développement? Quel est le mécanisme de convergence et de divergence dans les pays développés et, respectivement, les pays en développement? Dans l'introduction à la thèse, le cadre général de l'étude est présenté, suivie dans le chapitre 1 d'une discussion sur les théories et les concepts utilisés dans la littérature théorique principale qui est pertinent à l'étude. Le chapitre 2 décrit la méthodologie de recherche. Le chapitre 3 présente une vue d'ensemble des politiques de développement économique régional et les programmes du Canada et de la Chine dans des périodes différentes à différentes échelles. Au chapitre 4, la convergence des deux pays à l'échelle nationale et la convergence provinciale pour chaque pays sont examinés en utilisant différentes méthodes de mesure telles que les méthodes traditionnelles, la convergence bêta et la convergence sigma. Dans le chapitre le plus complexe, le chapitre 5, les analyses comparatives sont présentées à l'aide de données statistiques, à partir des analyses des cas régionaux et provinciaux retenus des deux pays. Au chapitre 6, ces dispositions sont complétées par une analyse des régions urbaines choisies, qui permet également des aperçus sur les régions les plus périphériques. Dans la recherche proposée pour cette thèse, la politique, la population, le revenu, l'emploi, la composition industrielle, l'investissement, le commerce et le facteur de la migration sont également pris en compte comme facteurs importants de l'analyse régionale compte tenu de la superficie du territoire des deux pays et les différences de population entre eux. Cette thèse a évalué dans quelle mesure les politiques gouvernementales ont réussi à induire la convergence régionale ou ont encore ont creusé davantage les disparités régionales, ce qui implique nécessairement une évaluation de la durabilité des patrons et des programmes de développement régional. Cette étude a également mis l'accent sur les disparités régionales et la politique de développement régional, les comparaisons entre pays, pour mesurer la convergence entre les pays et entre les régions, y compris l'analyse spatiale, d'identifier les facteurs les plus actifs tels que la population, les ressources, la politique, l'urbanisation, les migrations, l'ouverture économique et leurs différents rôles dans le développement économique de ces grands territoires (au Canada et Chine). Les résultats empiriques et les processus de convergence et de divergence offrent un cadre intéressant pour l'examen de la trajectoire de développement régionales et les disparités régionales dans les deux économies. L'approche adoptée a révélé les différentes mosaïques complexes du développement régional dans les deux pays. Les résultats de cette étude ont démontré que la disparité en termes de revenu régional est une réalité dans chaque zone géographique, et que les causes sont nombreuses et complexes. Les deux économies ont certains parallèles dans la mise en œuvre des politiques de développement économique régional, mais il existe des différences importantes aussi et elles se sont développées à différentes vitesses. Les deux économies se sont développées depuis la Seconde Guerre mondiale, mais la Chine a connu une croissance rapide que le Canada comme témoignent de nombreux indicateurs depuis 1980. Cependant, la Chine est maintenant confrontée à un certain nombre de problèmes économiques et sociaux, y compris les disparités régionales marquées, un fossé toujours croissant entre les revenus ruraux et urbains, une population vieillissante, le chômage, la pauvreté et la dégradation rapide de l'environnement avec toujours plus de demandes en énergie. Le développement économique régional en Chine est plus déséquilibré. Le Canada accuse un degré de disparités régionales et provinciales moins important que la Chine. Dans les cas provinciaux, il existe d'importantes différences et de disparités dans la structure économique et spatiale du Québec et du Xinjiang. Les disparités infra provinciales sont plus grandes que celles à l’échelle des provinces et des grandes régions (des sous-ensembles de provinces). Les mécanismes de convergence et de divergence dans les deux pays sont différents. Les résultats empiriques et les processus de convergence et de divergence offrent un cadre intéressant pour l'examen de la trajectoire de développement régionale et les disparités régionales dans les deux économies. Cette étude démontre également que l'urbanisation (les métropoles et les villes) s’avère être le facteur le plus actif et contribue à l'économie régionale dans ces grands territoires. L'ouverture a joué un rôle important dans les économies des deux pays. La migration est un facteur majeur dans la stimulation de l'économie des deux pays mais de façons différentes. Les résultats empiriques démontrent que les disparités régionales ne peuvent pas être évitées et elles existent presque partout. Il n'y a pas une formule universelle et de politiques spécifiques sont de mise pour chaque région. Mais il semble possible pour les décideurs politiques nationaux et régionaux d’essayer de maintenir l'écart à une échelle raisonnable pour éviter l'instabilité sociale.

Controlling steering and judging heading: retinal flow, visual direction, and extraretinal information

The contribution of retinal flow (RF), extraretinal (ER), and egocentric visual direction (VD) information in locomotor control was explored. First, the recovery of heading from RF was examined when ER information was manipulated; results confirmed that ER signals affect heading judgments. Then the task was translated to steering curved paths, and the availability and veracity of VD were manipulated with either degraded or systematically biased RE Large steering errors resulted from selective manipulation of RF and VD, providing strong evidence for the combination of RF, ER, and VD. The relative weighting applied to RF and VD was estimated. A point-attractor model is proposed that combines redundant sources of information for robust locomotor control with flexible trajectory planning through active gaze.

Desenvolvimento do saltar à horizontal : uma análise topológica

O objetivo deste estudo foi investigar a organização espaço-temporal dos segmentos da perna e da coxa no saltar à horizontal, verificando as infiuências do organismo e do ambiente (dois tipos de piso: concreto e areia). Participaram do estudo 21 sujeitos, 3 de cada faixa etária: 4, 5, 7, 9, 11, 13 e adulta (X = 19 anos de idade). Os sujeitos foram filmados realizando o saltar à horizontal com marcas desenhadas no centro das articulações do tornozelo, joelho e quadril. Estes pontos foram digitalizados e processados obtendo a posição e velocidade angular dos segmentos da perna e da coxa. A partir da posição e velocidade angular foi possível delinear os gráficos dos atratores (retratos de fase) e calcular os valores dos ângulos de fase para cada segmento, durante a realização da tarefa. Duas reversões para cada segmento, na posição angular, foram identificadas e nestes momentos os valores dos ângulos de fase foram capturados. Analisando as trajetórias dos retratos de fase verificou-se que os segmentos da perna e da coxa apresentaram um conjunto específico de características topológicas, na realização do saltar à horizontal. A análise dos valores dos ângulos de fase, nas duas reversões, indicou que ao longo das faixas etárias e nos dois tipos de piso os segmentos da perna e da coxa apresentaram organização espaço-temporal semelhante, indicando coordenação invariante.

Modelos de gerenciamento para o desenvolvimento planejado das cidades: o caso da cidade de Vitória

A dissertação trata de modelos de gerenciamento para o desenvolvimento planejado das cidades. Seu objetivo é a identificação e a análise dos modelos institucionais usados no processo de planejamento e gerenciamento urbano da cidade de Vitória, a partir da década de 70. Seu desenvolvimento mostra um levantamento histórico do planejamento e gerenciamento urbano da cidade; descreve algumas iniciativas de planejamento e planos de desenvolvimento urbano elaborados para a cidade e analisa tais iniciativas e planos sob os aspectos dos objetivos alcançado, da hierarquização desses objetivos, do custo de se atingir cada objetivo, da construção institucional, dos marcos de avaliação e dos resultados alcançados. A pesquisa foi histórico-descritiva e explicativa, realizada por meio de pesquisa de campo, bibliográfica, documental e telematizada. Seus resultados conduziram à conclusão de que não há tecnologia gerencial disponível para administrar macro-aglomerados urbanos e que o processo de planejamento é um modelo dinâmico destinado a controlar eventos aleatórios não podendo ser pulverizado entre várias jurisdições e nem centralizado num único agente ou entidade.