O objetivo desse trabalho é utilizar uma abordagem híbrida baseada nas ferramentas Simulink e Stateflow para verificar contra um conjunto de requisitos de engenharia o modelo de um sistema de controle de freios de aplicação aeronáutica do tipo anti-blocante, ou simplesmente anti-skid. Sistemas híbridos no contexto dessa tese são sistemas dinâmicos caracterizados tanto por variáveis contínuas no tempo quanto por estados discretos alcançáveis através de eventos sem dependência temporal. Neste trabalho em particular, os estados discretos são modelados em statecharts por meio da ferramenta Stateflow do MATLAB. A ferramenta Simulink do MATLAB é utilizada para modelar o comportamento dinâmico contínuo do sistema. Sistemas de freios do tipo anti-skid previnem o travamento das rodas durante a corrida de frenagem de um avião. O tipo de pista, contaminantes, a sustentação do avião e o seu peso são elementos com significativa influência do desempenho de frenagem. Sistemas de controle de freios modernos são capazes de modular continuamente o torque de frenagem aplicado às rodas, maximizando a todo instante o coeficiente de frenagem entre os pneus e a pista independente das condições da pista. Para esse trabalho de verificação é necessário modelar não somente o sistema de controle de freios, mas também o comportamento dinâmico do avião e a interface entre pneus e pista. Condições de falha e seus efeitos no desempenho de frenagem também são considerados no modelo. Falhas típicas em sistemas de freio são tipicamente associadas à realimentação de pressão hidráulica, transdutores de pressão, transdutores de posição de pedal, servo-válvulas e transdutores de velocidade de roda.

A pronta detecção da ocorrência de falhas é de grande importância para a segurança de operação de sistemas dinâmicos, além de reduzir custos de manutenção. Com efeito, tendo-se detectado uma falha no sistema, ações mitigatórias podem ser tomadas de modo a evitar danos ao meio ambiente, prejuízos econômicos e principalmente perdas de vidas humanas. Os métodos tradicionais de detecção de falhas, contudo, esbarram em restrições físicas, ausência de um modelo acurado do sistema e indisponibilidade de dados do comportamento do sistema com falha. Neste trabalho, um esquema de detecção de falhas, é implementado para uma planta-piloto na forma de um helicóptero de três graus de liberdade, baseado no histórico de funcionamento normal do sistema, sem a necessidade de equipamentos adicionais e nem de um modelo acurado do sistema. Para isso, um método estatístico multivariado e outro de análise de agrupamentos são comparados, são eles: uso da estatística T de Hotelling e agrupamento K-means, respectivamente. A situação de falha implementada está associada à redução de 10% na potência de um dos motores. A investigação envolve o uso das variáveis de ângulo e velocidade estimada de arfagem, uso da tensão dos motores e uso das velocidades angulares estimadas. Os resultados em termos de tempo de detecção e curva ROC indicam que os dois métodos, quando comparados, apresentaram melhor eficiência em diferentes situações. Os resultados obtidos demonstram que, com o uso das tensões nos motores, o método K-means tem um desempenho superior, já com o emprego das velocidades angulares estimadas, a estatística T de Hotelling apresentou melhor resultado em relação ao método de agrupamento K-means.

Neste trabalho foram estudadas algumas propriedades de transporte de sistemas dinâmicos caóticos descritos por mapas. O trabalho tem seu foco principal em plasmas de fusão gerados em reatores denominados tokamaks. Primeiramente foi estudado o transporte de linhas de campo magnético em plasmas de cisalhamento reverso perturbado por um Limitador Magnético Ergódico (LME) em tokamaks de seção transversão circular. A deposição de linhas de campo magnético é caracterizada por padrões de estruturas denominados ``footprints';'; magnéticos. Os "footprints';'; surgem devido aos vestígios deixados pela sela caótica das linhas de campo. Para os intervalos de fator de segurança estudados, estes efeitos na parede da câmara estão associados com o grudamento de linhas de campo e canais de escape devido a cadeias de ilhas internas próximas à última superfície de fluxo não-destruída. Neste trabalho também exploramos um método de construção de um mapa integrável simplético bidimensional, associado a um sistema hamiltoniano, dado um conjunto de pontos fixos e curvas invariantes. O método foi utilizado para encontrar o mapa de Poincaré não-perturbado para linhas de campo em tokamaks de alta razão de aspecto com um desviador poloidal. O mapa integrável foi então perturbado por uma perturbação impulsiva que descreve uma ressonância assimétrica na borda do plasma. O mapa perturbado não-integrável é aplicado para estudar a estrutura de linhas de campo magnético abertas na região entre o plasma e a parede da câmara. Com isto foram reproduzidos os principais aspectos de transporte obtidos por integração numérica das equações de linhas de campo magnético, tais como: comprimentos de conexão e "footprints';'; magnéticos na placa do desviador. Otimizamos o mapa encontrado através deste método introduzindo um potencial formado por seis parábolas unidas suavemente dispostas a formar um potencial com dois pontos de mínimo. Com isto o mapa resultante se mostrou mais versátil e capaz de reproduzir superfícies com topologias bastante particulares. Outro modelo desenvolvido neste trabalho reproduz superfícies magnéticas de tokamaks munidos de desviadores, com escolhas específicas de: posição do ponto de X, triangularidade, elongação e eixo magnético. O modelo é composto por um conjunto de condutores infinitos paralelos conduzindo corrente elétrica. Utilizamos cinco condutores para reproduzir a topologia das superfícies magnéticas similares ao do International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER). Com isto estudamos algumas propriedades da camada estocástica formada próximo à separatriz.

In this work, wavelet-based techniques are studxied for adaptive feature extraction in the time-frequency plane. Emphasis is placed on pattern recognition problems, in particular fault detection in control systems and classification / clustering electrocardiographic signals. In the context of fault detection, a technique for residue generation using wavelet filter banks is introduced. Numerical simulations show that the proposed method exhibits good noise rejection characteristics and robustness to transient inputs, either from commands or unmeasured exogenous disturbances. Results are compared to those obtained by a standard observer-based technique. Classification of electrocardiographic patterns is performed with a wavelet neural network, which employs an adaptive wavelet layer as a pre-processing stage to a perceptron classifier. Basic concepts involved, as well as aspects of training and initialization are discussed. Two modifications to the basic supervised training algorithm are proposed, namely the introduction of a bias component in the wavelets and the adoption of a weight decay policy. Results are interpreted with basis on the concept of superposition wavelets. A competitive wavelet network, inspired in Kohonen lavers, is proposed for means of pattern clustering. It was verified that this paradigm has some advantages over the conventional neural layers when patterns to be analyzed have a low signal to noise ratio. A hierarchical, multiresolutional procedure for performing clustering is also presented. Classification / clustering tests are carried out on signals taken from the MIT-BIH Arrhythmia Database.

Criar um ambiente experimental capaz de medir a resposta neural da visão (térmica) - em serpentes - quando estimulada por radiação infravermelha. Tratou-se da criação de estímulos dinâmicos artificiais dos quais a temperatura e a velocidade de deslocamento foram controlados. A resposta da cobra, quanto a esses estímulos, foi captada diretamente do cérebro da mesma (teto óptico), que corresponde aos processos visuais e infravermelhos do sistema nervoso central da cascavel. Mostramos que com esses estímulos criados, foi possível obter dados experimentais capazes de viabilizar analises de sensibilidade do sistema sensorial infravermelho em relação a contraste em temperatura e velocidade de movimento de presas artificiais. / The present work describe a creation of an experimental environment capable of measuring the neural response of vision (thermal) -in snakes -when stimulated by infrared radiation. There will be a creation of artificial dynamic stimuli of which the temperature and displacement velocity can be controlled. The response of the snake, when presented to these stimuli, captured directly from the brain (tecto optic), which corresponds to visual and infrared process in the central nervous system of the rattlesnake. We showed that with these stimuli created, it is possible to obtain experimental data which will allow analysis of sensitivity of the infrared sensory system in relation to contrast in temperature and speed of movement of false prey.

O setor agrícola é, historicamente, um dos pilares da economia brasileira, e apesar de ter sua importância diminuída com o desenvolvimento do setor industrial e de serviços ainda é responsável por dar dinamismo econômico ao país, bem como garantir a segurança alimentar, auxiliar no controle da inflação e na formação de reservas monetárias. Neste contexto as safras agrícolas exercem grande influência no comportamento do setor e equilíbrio no mercado agrícola. Foram desenvolvidas diversas metodologias de previsão de safra, sendo em sua maioria modelos de simulação de crescimento. Entretanto, recentemente os modelos estatísticos vem sendo utilizados mais comumente devido às suas predições mais rápidas em períodos anteriores à colheita. No presente trabalho foram avaliadas duas destas metodologias, os modelos ARIMA e os Modelos Lineares Dinâmicos (MLD), sendo utilizada tanto a inferência clássica quanto a bayesiana. A avaliação das metodologias deu-se por meio da análise das previsões dos modelos, bem como da facilidade de implementação e poder computacional necessário. As metodologias foram aplicadas a dados de produção de soja para o município de Mamborê-PR, no período de 1980 a 2013, sendo área plantada (ha) e precipitação acumulada (mm) variáveis auxiliares nos modelos de regressão dinâmica. Observou-se que o modelo ARIMA (2,1,0) reparametrizado na forma de um MLD e estimado por meio de máxima verossimilhança, gerou melhores previsões do que aquelas obtidas com o modelo ARIMA(2,1,0) não reparametrizado. / The agriculture is, historically, one of Brazil\'s economic pillars, and despite having it\'s importance diminished with the development of the industry and services it still is responsible for giving dynamism to the country inland\'s economy, ensuring food security, controlling inflation and assisting in the formation of monetary reserves. In this context the agricultural crops exercise great influence in the behaviour of the sector and agricultural market balance. Diverse crop forecast methods were developed, most of them being growth simulation models, however, recently the statistical models are being used due to its capability of forecasting early when compared to the other models. In the present thesis two of these methologies were evaluated, ARIMA and Dynamic Linear Models, utilizing both classical and bayesian inference. The forecast accuracy, difficulties in the implementation and computational power were some of the caracteristics utilized to assess model efficiency. The methodologies were applied to Soy production data of Mamborê-PR, in the 1980-2013 period, also noting that planted area (ha) and cumulative precipitation (mm) were auxiliary variables in the dynamic regression. The ARIMA(2,1,0) reparametrized in the DLM form and adjusted through maximum likelihood generated the best forecasts, folowed by the ARIMA(2,1,0) without reparametrization.

Mapas simpléticos têm sido amplamente utilizados para modelar o transporte caótico em plasmas e fluidos. Neste trabalho, propomos três tipos de mapas simpléticos que descrevem o movimento de deriva elétrica em plasmas magnetizados. Efeitos de raio de Larmor finito são incluídos em cada um dos mapas. No limite do raio de Larmor tendendo a zero, o mapa com frequência monotônica se reduz ao mapa de Chirikov-Taylor, e, nos casos com frequência não-monotônica, os mapas se reduzem ao mapa padrão não-twist. Mostramos como o raio de Larmor finito pode levar à supressão de caos, modificar a topologia do espaço de fases e a robustez de barreiras de transporte. Um método baseado na contagem dos tempos de recorrência é proposto para analisar a influência do raio de Larmor sobre os parâmetros críticos que definem a quebra de barreiras de transporte. Também estudamos um modelo para um sistema de partículas onde a deriva elétrica é descrita pelo mapa de frequência monotônica, e o raio de Larmor é uma variável aleatória que assume valores específicos para cada partícula do sistema. A função densidade de probabilidade para o raio de Larmor é obtida a partir da distribuição de Maxwell-Boltzmann, que caracteriza plasmas na condição de equilíbrio térmico. Um importante parâmetro neste modelo é a variável aleatória gama, definida pelo valor da função de Bessel de ordem zero avaliada no raio de Larmor da partícula. Resultados analíticos e numéricos descrevendo as principais propriedades estatísticas do parâmetro gama são apresentados. Tais resultados são então aplicados no estudo de duas medidas de transporte: a taxa de escape e a taxa de aprisionamento por ilhas de período um. / Area-preserving maps have been extensively used to model chaotic transport in plasmas and fluids. In this work we propose three types of maps describing electric drift motion in magnetized plasmas. Finite Larmor radius effects are included in all maps. In the limit of zero Larmor radius, the monotonic frequency map reduces to the Chirikov-Taylor map, and, in cases with non-monotonic frequencies, the maps reduce to the standard nontwist map. We show how the finite Larmor radius can lead to chaos suppression, modify the phase space topology and the robustness of transport barriers. A method based on counting the number of recurrence times is used to quantify the dependence on the Larmor radius of the threshold for the breakup of transport barriers. We also study a model for a system of particles where the electric drift is described by the monotonic frequency map, and the Larmor radius is a random variable that takes a specific value for each particle of the system. The Larmor radius\' probability density function is obtained from the Maxwell-Boltzmann distribution, which characterizes plasmas in thermal equilibrium. An important parameter in this model is the random variable gamma, defined by the zero-order Bessel function evaluated at the Larmor radius\'particle. We show analytical and numerical computations related to the statistics of gamma. The set of analytical results obtained here is then applied to the study of two numerical transport measures: the escape rate and the rate of trapping by period-one islands.

Neste trabalho, apresentamos em primeiro lugar um estudo de dois trabalhos de J. P. LaSalle, abordando o comportamento assintótico de sistemas discretos. Em segundo lugar, estudamos a dinâmica de um sistema discreto que depende de um parâmetro l em L, da forma x(n+1) = f(x(n), l). Como uma parte deste objetivo geral, desenvolvemos técnicas para obter estimativas uniformes (em relação ao parâmetro l em L) do atrator quando o sistema for globalmente dissipativo. Esses métodos são baseados em funções auxiliares tipo Liapunov. No final deste trabalho, apresentamos algumas simulações envolvendo sistemas discretos caóticos, como os sistemas de Chua, Hénon, Ikeda, Lorenz e Rössler. / Firstly, in this work, we present a study of part of two works by J. P. LaSalle, concerning with asymptotic behavior of discrete systems. Secondly, we study the dynamics of a discrete system that depends on a parameter l in L, of the form x(n+1) = f(x(n), l). As part of this general purpose, we develop tecniques to obtain uniform estimates (with respect to the parameter l in L) of the attractor when the system is globally dissipative. These methods are based on auxiliary functions of Liapunov type. In the last part of this work we present some simulations envolving chaotic discrete systems, namely: Chua, Hénon, Ikeda, Lorenz and Rössler.

No contexto de Renormalização Wilsoniana, os fluxos do grupo de renormalização (RG flows) são um conjunto de equações diferenciais que define como as constantes de acoplamento de uma teoria dependem de uma escala de energia. o conteúdo destes é semelhante a como sistemas termodinâmicos estão relacionados com a temperatura. Neste sentindo, é natural olhar para estruturas nos fluxos que demonstram um comportamento termodinâmico. A teoria matemática para estudar estas equações é chamada de sistemas dinâmicos e aplicações desta têm sido usadas no estudo de RG flows. Como exemplo o teorema-C de Zamolodchikov e os equivalentes teoremas em dimensões maiores mostram que existe uma função monotonicamente decrescente ao longo do fluxo e é uma propriedade que se assemelha à segunda lei da termodinâmica, estão relacionadas com a função de Lyapunov no contexto de sistemas dinâmicos e podem ser usadas para excluir a possibilidade de comportamentos assintóticos exóticos, como fluxos periódicos ou ciclos limites. Estudamos a teoria de bifurcação e a teoria de índice, que foram propostas como sendo úteis no estudo de RG flows: a primeira pode ser usada para explicar constantes cruzando pela marginalidade e a segunda para extrair informação global do espaço em que os fluxos vivem. Nesta dissertação, também olhamos para aplicações em RG flows holográficos e tentamos buscar relações entre as estruturas em teorias holográficas e as suas duais teorias de campos. / In the context of Wilsonian Renormalization, renormalization group (RG) flows are a set of differential equations that defines how the coupling constants of a theory depend on an energy scale. These equations closely resemble thermodynamical equations and how thermodynamical systems are related to temperature. In this sense, it is natural to look for structures in the flows that show a thermodynamics-like behaviour. The mathematical theory to study these equations is called Dynamical Systems, and applications of that have been used to study RG flows. For example, the classical Zamolodchikov\'s C-Theorem and its higher-dimensional counterparts, that show that there is a monotonically decreasing function along the flow and it is a property that resembles the second-law of thermodynamics, is related to the Lyapunov function in the context of Dynamical Systems. It can be used to rule out exotic asymptotic behaviours like periodic flows (also known as limit cycles). We also study bifurcation theory and index theories, which have been proposed to be useful in the study of RG flows, the former can be used to explain couplings crossing through marginality and the latter to extract global information about the space the flows lives in. In this dissertation, we also look for applications in holographic RG flows and we try to see if the structural behaviours in holographic theories are the same as the ones in the dual field theory side.

Made available in DSpace on 2017-07-21T19:25:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Gustavo Uhdre.pdf: 2107286 bytes, checksum: 7ad35f5b79eaca9ffa73277e4eda912d (MD5) Previous issue date: 2017-03-27 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work aims to compare the eficiency between two alternative ways of performing quantum computing protocols. The one is called adiabatic quantum computation, which is to realize through the concepts of the adiabatic theorem. The second is called nonadiabatic quantum computation, which is performed through ideas of dynamic invariants. These protocols will be presented in a theoretical context of Nuclear Magnetic Resonance, without the experimental realization. / Este trabalho tem como objetivo comparar a eficiência entre duas maneiras alternativas de realizar protocolos de computação quântica. A primeira, é chamada de computação quântica adiabática, que é realizada através dos conceitos do teorema adiabático. A segunda, é chamada de computação quântica não adiabática, que é realizada através das ideias de invariantes dinâmicos. Esses protocolos serão apresentados em um contexto teórico de Ressonância Magnética Nuclear, sem a realização experimental.