New and improved results for packing identical unitary radius circles within triangles, rectangles and strips

The focus of study in this paper is the class of packing problems. More specifically, it deals with the placement of a set of N circular items of unitary radius inside an object with the aim of minimizing its dimensions. Differently shaped containers are considered, namely circles, squares, rectangles, strips and triangles. By means of the resolution of non-linear equations systems through the Newton-Raphson method, the herein presented algorithm succeeds in improving the accuracy of previous results attained by continuous optimization approaches up to numerical machine precision. The computer implementation and the data sets are available at http://www.ime.usp.br/similar to egbirgin/packing/. (C) 2009 Elsevier Ltd, All rights reserved.

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.

Estrutura ANFIS modificada para identificação e controle de plantas com ampla faixa de operação e não linearidade acentuada

In this work a modification on ANFIS (Adaptive Network Based Fuzzy Inference System) structure is proposed to find a systematic method for nonlinear plants, with large operational range, identification and control, using linear local systems: models and controllers. This method is based on multiple model approach. This way, linear local models are obtained and then those models are combined by the proposed neurofuzzy structure. A metric that allows a satisfactory combination of those models is obtained after the structure training. It results on plant s global identification. A controller is projected for each local model. The global control is obtained by mixing local controllers signals. This is done by the modified ANFIS. The modification on ANFIS architecture allows the two neurofuzzy structures knowledge sharing. So the same metric obtained to combine models can be used to combine controllers. Two cases study are used to validate the new ANFIS structure. The knowledge sharing is evaluated in the second case study. It shows that just one modified ANFIS structure is necessary to combine linear models to identify, a nonlinear plant, and combine linear controllers to control this plant. The proposed method allows the usage of any identification and control techniques for local models and local controllers obtaining. It also reduces the complexity of ANFIS usage for identification and control. This work has prioritized simpler techniques for the identification and control systems to simplify the use of the method

Proportional controllers: Direct method for stability analysis and MATLAB implementation

In most cases, the cost of a control system increases based on its complexity. Proportional (P) controller is the simplest and most intuitive structure for the implementation of linear control systems. The difficulty to find the stability range of feedback systems with P controllers, using the Routh-Hurwitz criterion, increases with the order of the plant. For high order plants, the stability range cannot be easily obtained from the investigation of the coefficient signs in the first column of the Routh's array. A direct method for the determination of the stability range is presented. The method is easy to understand, to compute, and to offer the students a better comprehension on this subject. A program in MATLAB language, based on the proposed method, design examples, and class assessments, is provided in order to help the pedagogical issues. The method and the program enable the user to specify a decay rate and also extend to proportional-integral (PI), proportional-derivative (PD), and proportional-integral-derivative (PID) controllers.

Realimentação da derivada dos estados em sistemas multivariáveis lineares usando LMIs

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

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]

3-Dimensional hopf bifurcation via averaging theory

We consider the Lorenz system ẋ = σ(y - x), ẏ = rx - y - xz and ż = -bz + xy; and the Rössler system ẋ = -(y + z), ẏ = x + ay and ż = b - cz + xz. Here, we study the Hopf bifurcation which takes place at q± = (±√br - b,±√br - b, r - 1), in the Lorenz case, and at s± = (c+√c2-4ab/2, -c+√c2-4ab/2a, c±√c2-4ab/2a) in the Rössler case. As usual this Hopf bifurcation is in the sense that an one-parameter family in ε of limit cycles bifurcates from the singular point when ε = 0. Moreover, we can determine the kind of stability of these limit cycles. In fact, for both systems we can prove that all the bifurcated limit cycles in a neighborhood of the singular point are either a local attractor, or a local repeller, or they have two invariant manifolds, one stable and the other unstable, which locally are formed by two 2-dimensional cylinders. These results are proved using averaging theory. The method of studying the Hopf bifurcation using the averaging theory is relatively general and can be applied to other 3- or n-dimensional differential systems.

Comparative study of LMI-based output feedback spr synthesis for plants with different numbers of inputs and outputs

New Linear Matrix Inequalities (LMI) conditions are proposed for the following problem, called Strictly Positive Real (SPR) synthesis: given a linear time-invariant plant, find a constant output feedback matrix Ko and a constant output tandem matrix F for the controlled system to be SPR. It is assumed that the plant has the number of outputs greater than the number of inputs. Some sufficient conditions for the solution of the problem are presented and compared. These results can be directly applied in the LMI-based design of Variable Structure Control (VSC) of uncertain plants. ©2008 IEEE.

Some remarks on bifurcation analysis of a nonlinear vibrating system excited by a shape memory alloy material (SMA)

In this paper, the dynamical response of a coupled oscillator is investigated, taking in consideration the nonlinear behavior of a SMA spring coupling the two oscillators. Due to the nonlinear coupling terms, the system exhibits both regular and chaotic motions. The Poincaré sections for different sets of coupling parameters are verified. © 2011 World Scientific Publishing Company.

Alívio de sobrecargas em redes de transmissão com o auxílio de geradores distribuídos

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Desenvolvimento de um perfilômetro laser para determinação da área e volume de contato entre o pneu e o solo: Cristiano Alberto de Paula. -

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Simulação de sistemas de simples estágios de refrigeração por compressão de vapor

Na atualidade, o estudo do desempenho térmico de um sistema de refrigeração por compressão de vapor representa uma ferramenta importante no auxílio do desenvolvimento de novos produtos ou melhoria dos já existentes. Um modelo de simulação em regime permanente foi elaborado para avaliar o desempenho do sistema frigorífico. O sistema estudado inclui uma Central de Ar Condicionado, modelo PA HILTON, constituída de um compressor alternativo do tipo semi-hermético, evaporador e condensador compacto de tubos e aletas e uma válvula de expansão termostática. O modelo do condensador considera três regiões distintas de troca de calor as quais são respectivamente a região de dessuperaquecimento, condensação e subresfriamento. Para a modelagem do evaporador, foram consideradas as regiões de evaporação e superaquecimento. No modelo de simulação foram utilizadas correlações adequadas para a estimativa dos coeficientes de transferência de calor e perda de pressão para cada região do evaporador e condensador. Não foram consideradas a transferência de calor e queda de pressão nas linhas de conexão entre os componentes. A solução do sistema de equações não lineares resultantes da modelagem matemática dos componentes do sistema simulado foi obtida utilizando-se o método das substituições sucessivas com o emprego do software Engineenng Equation Solver . Os resultados obtidos pelo modelo de simulação apresentaram erros inferiores a 9% em relação aos valores experimentais.

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.

Análise global de sistemas quadráticos e cúbicos com duas circunferências não-concêntricas invariantes

Pós-graduação em Matematica Aplicada e Computacional - FCT