博士(工学) / Doctor of Philosophy in Engineering / 同志社大学 / Doshisha University

This investigation, in consideration of the sudden separation increase involved in wing drop, was to determine if the incorporated 2-D airfoil exhibits abnormal shock sensitivity. A comparative airfoil study was used to determine if this particular transonic airfoil is prone to abrupt shock movement, resulting in increased regions of separation. / Master of Science

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Esta dissertação apresenta uma análise realista de redes OCDMA (acesso múltiplo por divisão de código) baseadas em dois formatos de modulação distintos, qual sejam, OOK (chaveamento on-off) e PPM (modulação por posição de pulso). O desempenho desses formatos de modulação sob dois esquemas de codificação bidimensionais (2-D), isto é, pulsos únicos por linha (SPR) e múltiplos pulsos por linha (MPR) também são avaliados. Em ambos os casos, os efeitos simultâneos de muitos mecanismos dispersivos e ruídos (incluindo a interferência de acesso múltiplo, MAI) que prejudicam o desempenho geral do sistema foram também considerados. Outros mecanismos de degradação foram também incluídos, tais como o ruído de intensidade relativa (RIN) na etapa de transmissão, efeitos dispersivos da fibra óptica, como as dispersões de velocidade de grupo (GVD) e dos modos de polarização de primeira ordem (PMD), assim como os ruídos de batimento, APD, e térmicos na recepção. O efeito da GVD e PMD, bem como a influência dos ruídos, sobre o desempenho dos códigos SPR e MPR também são investigados. Outro efeito estudado nesta dissertação é a influência do fotodetetor APD sobre o ruído de batimento da rede OCDMA não-coerente. Para mitigar os ruídos do sistema e a BER, o algoritmo FEC RS (255,239) foi adotado em ambas as redes analisadas. Novas expressões para a taxa de erro de bit (BER) incluindo todos os ruídos e mecanismos de dispersão são apresentadas para os códigos SPR e MPR. Os resultados indicam que os esquemas de modulação OOK e PPM sem mecanismos adicionais de mitigação da MAI e de outros efeitos de ruídos não são suficientes para acomodar 32 usuários simultâneos em meio livre de erros (BER < \'10 POT.-12\'). Isto ocorre devido à alta BER na entrada do decodificador FEC, que afeta severamente a correção de erros na deteção. / This dissertation presents a comprehensive analysis of an OCDMA (optical code division multiple access) network based on two distinct modulation formats, namely, OOK (on-off keying) and PPM (pulse position modulation). We also investigate how each of these modulation formats performs under two distinct two dimensional (2-D) coding schemes, i.e., single-pulse per row (SPR) and multiple-pulse per row (MPR). For both cases, we have accounted for the simultaneous effect of many different dispersion and noise mechanisms (including multiple access interference, MAI) that impair the overall system performance. We have included the laser relative intensity noise (RIN) at the transmitter side, the fiber dispersive effects, such as group velocity dispersion (GVD) and first order polarization mode dispersion (PMD), as well as beat, APD, and thermal noises at the receiver side. The effect of GVD and PMD, as well as the influence of noises, on the performance of SPR and MPR codes is also investigated. Another effect studied in this dissertation is the influence of the avalanche photodetector (APD) photodetector on the beat noise of an incoherent OCDMA network. To mitigate systems noises and bit error rate (BER), we have adopted a FEC RS (255,239) algorithm in both networks investigated here. New expressions for the BER with all noises and dispersion mechanisms were also derived for the SPR and MPR code schemes. Results indicated that OOK and PPM modulation schemes without additional mechanisms to mitigate MAI and other noise effects are not sufficient to accommodate 32 simultaneous users in an error-free environment (BER < \'10 POT.-12\'). This occurs due to the already high BER at the FEC decoder input, which severely affects forward error corrections at the receiver side.

Este trabalho discute o projeto de compensadores multivariáveis robustos com especificações no domínio do tempo. Primeiramente faz-se a análise dos compensadores por observadores de estados como forma de atingir tais objetivos. Mostra-se que, em certas condições, essa estrutura equivale à dos observadores proporcionais-integrais e apresentam-se as condições de estabilidade nominal. Evidencia-se também que é possível tratar esse problema de controle como um problema de "model matching" ou como um problema de controle com dois graus de liberdade. Mostra-se também que o projeto do compensador é equivalente ao projeto de sistemas de controle por realimentação estática da saída. Essa equivalência implica que, embora os compensadores por observadores sejam cômodos à incorporação de especificações temporais, sua estrutura é limitada para garantir que especificações gerais sejam satisfeitas. Contorna-se então essa limitação estendendo-se o estudo ao caso dos compensadores sem essa restrição estrutural. O problema de "model matching" e o problema de controle 2&#64979;D são considerados como forma indireta de incorporar-se as especificações temporais e condições de projeto são obtidas reduzindo-se os possíveis conservadorismos dos projetos usuais. Ainda neste sentido, formula-se o problema denominado de "model tracking", podendo ser capaz de reduzir ainda mais esses aspectos de conservadorismo. Nessa estrutura, o erro de rastreamento entre a saída do modelo de referência e a saída medida da planta é realimentado, fazendo com que o modelo de referência faça parte explícita do controlador, permitindo ajuste pós-projeto da mesma forma que faz com a estrutura 2&#64979;D. Toda as condições de projeto são obtidas no domínio da freqüência, em termos de restrições da malha aberta e da malha fechada, permitindo que técnicas padrões de projeto multivariável como LQG/LTR e H¥ possam ser diretamente utilizadas na obtenção do compensador. Obtiveram-se assim metodologias de projeto capazes de garantir robustamente a rejeição do erro de rastreamento de um modelo de referência, além de permitir que especificações usuais como a rejeição dos erros de medida e rejeição dos distúrbios sejam incorporadas no mesmo procedimento de projeto. O controle de um tanque de mistura é usado como exemplo numérico para ilustrar as metodologias de projeto. / This work is concerned with the design of robust multivariable controllers with time domain specifications. As a first step an analysis of controllers based on state observers has been done. It has been shown that this structure is equivalent to the proportional-integral observers. The conditions for nominal stability have then been presented. It has also been shown that this control problem can be seen as a model matching control design with two degrees of freedom. Furthermore it has been shown that compensator design can be reduced to the traditional static output feedback problem. This fact implies that although compensators based on state observers seem to be suitable to deal with time domain specifications, their structure has limitations to guarantee that more general specifications be satisfied. In order to overcome such limitations both the model matching and the 2-D control structures have been considered to include time domain specifications in the design problem. Design conditions have been derived in order to reduce the eventual conservatism associated to the usual design procedure. A control design problem named model tracking has also been formulated with the aim of reducing even more such conservatism. In this new structure the tracking error between the output of the reference model and the measured plant output is fed back. The reference model is then an explicit part of the controller. As a consequence small adjustments can be done on it during system start-up in the same way as with the 2-D structure. All the design conditions have been written in the frequency domain as constraints on both open-loop and closed-loop transfer matrices. Standard multivariable design techniques like LQG/LTR and H¥ can then be used. The proposed design methodology can robustly guarantee tracking of the reference model output as well as both measurement error and disturbance rejections. The control of a mixture tank has been used as a numeric example to illustrate the design methodologies.

CoordenaÃÃo de AperfeÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / O estudo foi conduzido com o objetivo de avaliar os efeitos de diferentes nÃveis de suplementaÃÃo concentrada sobre o peso corporal, parÃmetros seminais, medidas de biometria testicular, perfil proteico do plasma seminal e perfil proteico do mÃsculo Longissimus dorsi de carneiros da raÃa Morada Nova. Foram utilizados 22 carneiros com sete meses de idade. Os tratamentos consistiam em diferentes nÃveis de concentrado (0%, 0,6%, 1,2% e 1,8% do peso corporal do animal com base na matÃria seca). Os animais foram mantidos em sistema de pastejo rotacionado em pasto de capim Aruana (Panicum maximum). As amostras de sÃmen foram coletadas por eletroejaculaÃÃo ao final do experimento, quando os animais obtiveram 10 meses de idade. ApÃs o abate, os testÃculos e o mÃsculo Longissimus dorsi foram coletados. Os testÃculos foram mensurados e as proteÃnas seminais e musculares foram analisadas por meio de eletroforese bidimensional em gel de poliacrilamida. Os mapas proteicos foram analisados por meio do aplicativo PDQuest, version 8.0; Bio Rad, USA. Houve diferenÃa significativa no peso corporal e na expressÃo dos spots proteicos do mÃsculo Longissimus dorsi (P < 0,05), porÃm nÃo houve diferenÃa significativa para os parÃmetros seminais, biometria testicular e para a expressÃo de proteÃnas do plasma seminal. Os spots diferencialmente expressos (P < 0,05) foram digeridos com tripsina e submetidos à identificaÃÃo por espectrometria de massa (ESI-Q-TOF). Conclui-se, portanto, que os nÃveis de concentrado fornecido aos animais alteram o peso corporal e a expressÃo de proteÃnas do mÃsculo Longissimus dorsi, porÃm nÃo influenciam as medidas de biometria testicular, os parÃmetros seminais e a expressÃo de proteÃnas do plasma seminal. / The study was conducted in order to evaluate the effects of different levels of concentrated supplementation on body weight, seminal parameters, testicular biometry measurements, protein profile of seminal plasma and protein profile of the Longissimus dorsi muscle of the breed of sheep Morada Nova. 22 seven months old sheep were used. The treatments consisted in different levels of concentrated (0%, 0.6%, 1.2% and 1.8% of the animalsâ body weight based on dry matter). The animals were kept under a rotational grazing system, on Aruana grass (Panicum maximum). The semen samples were collected through electroejaculation at the end of the experiment, when the animals reached the age of 10 months. After slaughtering, the testicles and the muscle Longissimus dorsi were collected. The testicles were measured and the seminal and muscle proteins were analyzed through two-dimensional electrophoresis in polyacrylamide gel. The proteic maps were analyzed using the PDQuest application, version 8.0; Bio Rad, USA. There were significant differences over body weight and over the expression of the proteic spots of the muscle (P <0.05), but there was no significant difference for the seminal parameters, testicular biometry and the expression of seminal plasma proteins. The spots differentially expressed (P <0.05) were digested with trypsin and subjected to identification through mass spectrometry (ESI-Q-TOF). It is concluded, therefore, that the levels of concentrated provided to the animals change the body weight and influence the expression of the Longissimus dorsi muscle proteins, but do not modify the testicular biometry, the seminal parameters and the expression of seminal plasma proteins.

Esta dissertação apresenta uma análise realista de redes OCDMA (acesso múltiplo por divisão de código) baseadas em dois formatos de modulação distintos, qual sejam, OOK (chaveamento on-off) e PPM (modulação por posição de pulso). O desempenho desses formatos de modulação sob dois esquemas de codificação bidimensionais (2-D), isto é, pulsos únicos por linha (SPR) e múltiplos pulsos por linha (MPR) também são avaliados. Em ambos os casos, os efeitos simultâneos de muitos mecanismos dispersivos e ruídos (incluindo a interferência de acesso múltiplo, MAI) que prejudicam o desempenho geral do sistema foram também considerados. Outros mecanismos de degradação foram também incluídos, tais como o ruído de intensidade relativa (RIN) na etapa de transmissão, efeitos dispersivos da fibra óptica, como as dispersões de velocidade de grupo (GVD) e dos modos de polarização de primeira ordem (PMD), assim como os ruídos de batimento, APD, e térmicos na recepção. O efeito da GVD e PMD, bem como a influência dos ruídos, sobre o desempenho dos códigos SPR e MPR também são investigados. Outro efeito estudado nesta dissertação é a influência do fotodetetor APD sobre o ruído de batimento da rede OCDMA não-coerente. Para mitigar os ruídos do sistema e a BER, o algoritmo FEC RS (255,239) foi adotado em ambas as redes analisadas. Novas expressões para a taxa de erro de bit (BER) incluindo todos os ruídos e mecanismos de dispersão são apresentadas para os códigos SPR e MPR. Os resultados indicam que os esquemas de modulação OOK e PPM sem mecanismos adicionais de mitigação da MAI e de outros efeitos de ruídos não são suficientes para acomodar 32 usuários simultâneos em meio livre de erros (BER < \'10 POT.-12\'). Isto ocorre devido à alta BER na entrada do decodificador FEC, que afeta severamente a correção de erros na deteção. / This dissertation presents a comprehensive analysis of an OCDMA (optical code division multiple access) network based on two distinct modulation formats, namely, OOK (on-off keying) and PPM (pulse position modulation). We also investigate how each of these modulation formats performs under two distinct two dimensional (2-D) coding schemes, i.e., single-pulse per row (SPR) and multiple-pulse per row (MPR). For both cases, we have accounted for the simultaneous effect of many different dispersion and noise mechanisms (including multiple access interference, MAI) that impair the overall system performance. We have included the laser relative intensity noise (RIN) at the transmitter side, the fiber dispersive effects, such as group velocity dispersion (GVD) and first order polarization mode dispersion (PMD), as well as beat, APD, and thermal noises at the receiver side. The effect of GVD and PMD, as well as the influence of noises, on the performance of SPR and MPR codes is also investigated. Another effect studied in this dissertation is the influence of the avalanche photodetector (APD) photodetector on the beat noise of an incoherent OCDMA network. To mitigate systems noises and bit error rate (BER), we have adopted a FEC RS (255,239) algorithm in both networks investigated here. New expressions for the BER with all noises and dispersion mechanisms were also derived for the SPR and MPR code schemes. Results indicated that OOK and PPM modulation schemes without additional mechanisms to mitigate MAI and other noise effects are not sufficient to accommodate 32 simultaneous users in an error-free environment (BER < \'10 POT.-12\'). This occurs due to the already high BER at the FEC decoder input, which severely affects forward error corrections at the receiver side.

Este trabalho discute o projeto de compensadores multivariáveis robustos com especificações no domínio do tempo. Primeiramente faz-se a análise dos compensadores por observadores de estados como forma de atingir tais objetivos. Mostra-se que, em certas condições, essa estrutura equivale à dos observadores proporcionais-integrais e apresentam-se as condições de estabilidade nominal. Evidencia-se também que é possível tratar esse problema de controle como um problema de "model matching" ou como um problema de controle com dois graus de liberdade. Mostra-se também que o projeto do compensador é equivalente ao projeto de sistemas de controle por realimentação estática da saída. Essa equivalência implica que, embora os compensadores por observadores sejam cômodos à incorporação de especificações temporais, sua estrutura é limitada para garantir que especificações gerais sejam satisfeitas. Contorna-se então essa limitação estendendo-se o estudo ao caso dos compensadores sem essa restrição estrutural. O problema de "model matching" e o problema de controle 2&#64979;D são considerados como forma indireta de incorporar-se as especificações temporais e condições de projeto são obtidas reduzindo-se os possíveis conservadorismos dos projetos usuais. Ainda neste sentido, formula-se o problema denominado de "model tracking", podendo ser capaz de reduzir ainda mais esses aspectos de conservadorismo. Nessa estrutura, o erro de rastreamento entre a saída do modelo de referência e a saída medida da planta é realimentado, fazendo com que o modelo de referência faça parte explícita do controlador, permitindo ajuste pós-projeto da mesma forma que faz com a estrutura 2&#64979;D. Toda as condições de projeto são obtidas no domínio da freqüência, em termos de restrições da malha aberta e da malha fechada, permitindo que técnicas padrões de projeto multivariável como LQG/LTR e H¥ possam ser diretamente utilizadas na obtenção do compensador. Obtiveram-se assim metodologias de projeto capazes de garantir robustamente a rejeição do erro de rastreamento de um modelo de referência, além de permitir que especificações usuais como a rejeição dos erros de medida e rejeição dos distúrbios sejam incorporadas no mesmo procedimento de projeto. O controle de um tanque de mistura é usado como exemplo numérico para ilustrar as metodologias de projeto. / This work is concerned with the design of robust multivariable controllers with time domain specifications. As a first step an analysis of controllers based on state observers has been done. It has been shown that this structure is equivalent to the proportional-integral observers. The conditions for nominal stability have then been presented. It has also been shown that this control problem can be seen as a model matching control design with two degrees of freedom. Furthermore it has been shown that compensator design can be reduced to the traditional static output feedback problem. This fact implies that although compensators based on state observers seem to be suitable to deal with time domain specifications, their structure has limitations to guarantee that more general specifications be satisfied. In order to overcome such limitations both the model matching and the 2-D control structures have been considered to include time domain specifications in the design problem. Design conditions have been derived in order to reduce the eventual conservatism associated to the usual design procedure. A control design problem named model tracking has also been formulated with the aim of reducing even more such conservatism. In this new structure the tracking error between the output of the reference model and the measured plant output is fed back. The reference model is then an explicit part of the controller. As a consequence small adjustments can be done on it during system start-up in the same way as with the 2-D structure. All the design conditions have been written in the frequency domain as constraints on both open-loop and closed-loop transfer matrices. Standard multivariable design techniques like LQG/LTR and H¥ can then be used. The proposed design methodology can robustly guarantee tracking of the reference model output as well as both measurement error and disturbance rejections. The control of a mixture tank has been used as a numeric example to illustrate the design methodologies.

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Les nouveaux matériaux de type chalcogénures (à base de S, Se, Te) font l’objet d’un intérêt croissant, non seulement pour les applications mémoires avancées, photonique et photovoltaïque, mais également autour des matériaux dichalcogénures innovants à base de métaux de transition (MoS₂, WS₂, ..). Les propriétés de ces matériaux, réalisés sous forme d’alliages binaires ou ternaires, avec ou sans dopage, dépendent fortement de leur composition, du profil de composition dans ces couches très fines, ainsi que des conditions de surface et d’interface (préparation, passivation). La maîtrise des propriétés de ces couches fines, déposées par voie chimique (CVD) ou par co-pulvérisation cathodique magnétron, doit s’appuyer sur des nouveaux protocoles de caractérisation aux incertitudes optimisées et compatibles avec un contrôle de fabrication en ligne. Dans cette thèse, nous présentons les performances de protocoles de métrologie spécifiquement développés pour l’analyse de couches minces de chalcogénures. Ces protocoles, qui s’appuient essentiellement sur les techniques non destructives de spectroscopie de photoélectrons (XPS) et de fluorescence X (XRF), ont été optimisés pour la caractérisation surfacique des couches ultrafines, l’analyse quantitative de la composition des matériaux complexes à base de tellure ou de soufre, et la mesure du profil de composition dans des couches et empilements < 50 nm. Dans un premier temps, nous présentons l’étude par XPS quasi in situ des propriétés de surface des matériaux Ge, Sb, Te ainsi que de leurs composés binaires et ternaires. Nous mettons en évidence l’évolution de la surface après remise à l’air puis vieillissement, et nous comparons l’efficacité de stratégies d’encapsulation in situ de couches minces à base de Te et Se. Nous démontrons ensuite les performances de protocoles d’analyses par XRF à dispersion de longueur d’onde (WDXRF) et XPS pour la quantification précise de la composition chimique de composés Ge-Sb-Te (de 1 à 200 nm) et de couches ultrafines de dichalcogénures à base de métaux de transition (MoS₂, WS₂). L’analyse combinée WDXRF/XPS permet de mesurer l’évolution avec la composition des facteurs de sensibilité relative des composantes Ge3d, Te4d et Sb4d, et par conséquent d’améliorer la précision de mesure par XPS de la composition des matériaux à changement de phase de type GexSbyTez. Nous soulignons également l’influence des effets de matrice sur la capacité de la WDXRF à l’analyse quantitative de l’azote dans des matériaux Ge-Sb-Te. Nous évaluons la possibilité d’un étalonnage de la WDXRF fondé sur des analyses par faisceaux d’ions spécifiques, ce qui permet in fine un suivi en ligne de couches GeSbTeN dans une fenêtre procédé donnée. Enfin, nous présentons deux stratégies de caractérisation non destructive du profil de composition dans des couches minces de chalcogénures. D’une part, nous démontrons que la combinaison des techniques de XRF en géométrie d'incidence rasante (GIXRF) et de réflectométrie X (XRR) permet une mise en évidence non ambiguë de faibles variations dans les procédés de dépôts, voire de phénomènes de diffusion dans des empilements de 10 nm d'épaisseur. L'utilisation de substrats multicouches en lieu et place du silicium permet d’optimiser la distribution en profondeur du champ d'ondes stationnaires, ce qui conduit à une amélioration nette de la sensibilité des stratégies XRR / GIXRF. D’autre part, nous montrons l’adéquation de protocoles fondés sur l’analyse XPS résolue en angle pour la caractérisation du profil de composition dans des couches nanométriques de GeTe et Ge₂Sb₂Te₅, ce qui permet une étude fine des premières étapes de dépôt de ces matériaux. / Chalcogenide materials are compounds based on S, Se, and Te elements from group VI of the periodic table. They are receiving an extensive interest not only for applications in resistive memories (PCRAM and CBRAM), photonics and photovoltaics but also in the development of new 2-D materials (e.g. spintronics applications). Chalcogenide materials are already present in the semiconductor roadmaps and it is already replacing flash memories (e.g. phase change material and ovonic threshold switch in new random access memory). For the next technology nodes, chalcogenide properties can be scaled by tuning the chemical composition or by reducing the film thickness. Nonetheless, it also means that their properties become more tightly influenced by the chemical composition, the surface/interface effects and the depth-profile composition. Hence, dedicated metrology protocols must be developed, first to assist the optimization of chalcogenide materials processes in cleanroom environment, then to allow non-destructive process monitoring with industry-driven uncertainties. In this PhD thesis, we developed metrology protocols based on X-ray techniques, dedicated to thin chalcogenides materials and fully compatible with inline monitoring. First, we used quasi in-situ X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) to characterize the surface of Ge, Sb, Te thin materials and compounds, and to study the composition-dependent evolution of the surface after air break and ageing. The efficiency of in situ capping strategies to protect Te-based and Se-based thin layered materials from ageing was also investigated. Secondly, we demonstrated the ability of improved metrology strategies based on in-line Wavelength Dispersive X-ray Fluorescence (WDXRF) and XPS to accurately quantify the chemical composition of Ge-Sb-Te compounds (from 1 to 200 nm) and ultrathin 2D transition metal dichalcogenides (MoS₂, WS₂). Combined WDXRF/XPS analysis was used to determine refined values of composition-dependent relative sensitivity factors for Te4d, Sb4d and Ge3d that allow for XPS-based metrology of PCRAM materials with mastered accuracy. We pointed the need for in-depth study of the significant matrix effects that alter the ability of WDXRF to quantify Nitrogen in Ge-Sb-Te materials: ion beam analysis was carefully investigated as possible input for WDXRF calibration, and a WDXRF protocol was established for inline monitoring of N-doped Ge-Sb-Te films in a specific process window. Finally, we investigated two ways to non-destructively characterize the in-depth chemical distribution in thin chalcogenide films: we demonstrated that the combination of XRF in grazing incidence geometry (GIXRF) and X-ray reflectometry (XRR) was able to unambiguously reveal small process differences along with process-induced diffusion in 10 nm-thick stackings. We showed that the use of multilayered substrate instead of silicon allowed fine-tuning of the depth-dependent X-ray standing wave field, resulting in improved sensitivity of XRR/GIXRF strategies. We also developed an angle-resolved XPS protocol for the evaluation of the first deposition steps of GeTe and Ge₂Sb₂Te₅ films, revealing the process-dependent elemental distribution as a function of the film growth. Therefore, in this work we not only elaborated advanced metrology protocols for the development of new chalcogenide films but also metrological solutions for the next technology nodes (28 nm and below), since current in-line metrology tools reach their detection limits.