Chlamydia, caused by the bacterium Chlamydia trachomatis, is one of the most important sexually-transmitted infections globally. In addition to accounting for millions of cases every year, the disease causes numerous irreversible complications such as chronic pelvic pain, infertility in females and pelvic inflammatory disease. This thesis presents a number of mathematical models, of the form of deterministic systems of non-linear differential equations, for gaining qualitative insight into the transmission dynamics and control of Chlamydia within an infected host (in vivo) and in a population. The models designed address numerous important issues relating to the transmission dynamics of Chlamydia trachomatis, such as the roles of immune response, sex structure, time delay (in modelling the latency period) and risk structure (i.e., risk of acquiring or transmitting infection). The in-host model is shown to have a globally-asymptotically stable Chlamydia-free equilibrium whenever a certain biological threshold is less than unity. It has a unique Chlamydia-present equilibrium when the threshold exceeds unity. Unlike the in-host model, the two-group (males and females) population-level model undergoes a backward bifurcation, where a stable disease-free equilibrium co-exists with one or more stable endemic equilibria when the associated reproduction number is less than unity. This phenomenon, which is shown to be caused by the re-infection of recovered individuals, makes the effort to eliminate the disease from the population more difficult. Extending the two-group model to incorporate risk structure shows that the backward bifurcation phenomenon persists even when recovered individuals do not acquire re-infection. In other words, it is shown that stratifying the sexually-active population in terms of risk of acquiring or transmitting infection guarantees the presence of backward bifurcation in the transmission dynamics of Chlamydia in a population. Finally, it is shown (via numerical simulations) that a future Chlamydia vaccine that boosts cell-mediated immune response will be more effective in curtailing Chlamydia burden in vivo than a vaccine that enhances humoral immune response. The population-level impact of various targeted treatment strategies, in controlling the spread of Chlamydia in a population, are compared. In particular, it is shown that the use of treatment could have positive or negative population-level impact (depending on the sign of a certain epidemiological threshold).

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:27:09Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2011-12-09Bitstream added on 2014-06-13T20:08:10Z : No. of bitstreams: 1 ferracini_eas_me_rcla.pdf: 410350 bytes, checksum: c3d18941dab120874c42b2bbec91afc7 (MD5) / Neste trabalho apresentamos um estudo sobre estabilidade do equilíbrio nulo de equações diferenciais ordinárias autônomas através do Segundo Método de Liapunov e do Método das Funções Dicotômicas, que é uma extensão do Segundo Método de Liapunov / This work presents a study about stability of the null equilibrium of autonomous ordinary differential equations by Liapunov’s Second Method and Method of Dichotomic Maps, which is an extension of the Liapunov’s Second Method

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:27:10Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2011-12-05Bitstream added on 2014-06-13T20:47:42Z : No. of bitstreams: 1 bessa_gr_me_rcla.pdf: 2788750 bytes, checksum: 41a5d233962d44c675477d006f215922 (MD5) / O objetivo principal deste trabalho é o estudo da teoria qualitativa de sistemas de equações diferenciais ordinárias visando sua aplicação na análise de dois modelos clássicos de Dinâmica Populacional: presa-predador e competição entre duas espécies. Analisamos também duas variações para modelo predador-presa / The main objective of this work is to study the qualitative theory for systems of ordinary di erential equations in order to use in the analysis of two classical models of Population Dynamics: predator-prey and competition between two species. We also analyse two variations for predator-prey model

This thesis consists of several problems concerning numerical approximations for stochastic differential equations, and is divided into three parts. The first one is on the integrability and asymptotic stability with respect to a certain class of Lyapunov functions, and the preservation of the comparison theorem for the explicit numerical schemes. In general, those properties of the original equation can be lost after discretisation, but it will be shown that by some suitable modification of the Euler scheme they can be preserved to some extent while keeping the strong convergence rate maintained. The second part focuses on the approximation of iterated stochastic integrals, which is the essential ingredient for the construction of higher-order approximations. The coupling method is adopted for that purpose, which aims at finding a random variable whose law is easy to generate and is close to the target distribution. The last topic is motivated by the simulation of equations driven by Lévy processes, for which the main difficulty is to generalise some coupling results for the one-dimensional central limit theorem to the multi-dimensional case.

Resumo: Neste trabalho introduzimos uma classe de sistemas dinâmicos descontínuos com espaço tempo contínuo e analisamos Teoremas que asseguram condições suficientes para a estabilidade de Lyapunov utilizando funções de Lyapunov. Além disso, consideramos também Teoremas de Recíproca, que sob algumas condições garantem uma determinada necessidade para esses Teoremas de estabilidade de Lyapunov. / Abstract: In this work we introduce a class of discontinuous dynamical systems with time space continuous and we analyze Theorems that ensure sufficient conditions for the Lyapunov stability using Lyapunov functions. Moreover, we also consider Converse Theorems, which under some conditions guarantee a determined necessity for those Theorems of Lyapunov stability. / Orientador: Geraldo Nunes Silva / Coorientador: Luis Antônio Fernandes de Oliveira / Banca: Luis Antônio Barrera San Martin / Banca: Adalberto Spezamiglio / Mestre

Os métodos diretos são adequados à análise de estabilidade transitória em sistemas de potência, já que não requerem a resolução, integração numérica, do conjunto de equações diferenciais que representam o sistema. Os métodos diretos utilizam as idéias de Lyapunov associadas ao princípio de invariância de LaSalle para estimar a área de atração dos sistemas de potência. A grande dificuldade dos métodos diretos está em encontrar uma função auxiliar V, denominada função de Lyapunov que satisfaça as condições estabelecidas pelo Teorema de Lyapunov. Neste trabalho é realizada uma revisão bibliográfica das funções de Lyapunov utilizadas para análise de estabilidade transitória em sistemas de potência. Analisa-se o problema da existência de funções de Lyapunov quando as condutâncias de transferência são consideradas. Utilizando-se de uma extensão do princípio de Invariância de LaSalle, apresenta-se uma nova função a qual é uma função de Lyapunov no sentido mais geral da extensão do princípio de invariância de LaSalle quando as condutâncias de transferência da matriz admitância da rede reduzida são consideradas. Estudou-se também a existência de funções de Lyapunov no sentido mais geral de extensão do princípio de invariância de LaSalle para modelos que preserva a estrutura da rede. Neste caso, infelizmente não encontramos uma função satisfazendo todas as hipóteses requeridas. / The direct methods are well-suited for transient stability analysis to power systems, since they do not require the solution of the set of differential equations of the system model. The direct methods use the Lyapunov\'s ideas related to the LaSalle\'s invariance principle to estimate the power system attraction area. The great difficulty of the direct methods is to find an auxiliar function V, called Lyapunov function, which satisfies the conditions of Lyapunov\'s theorem. In this work, a bibliographic review of the Lyapunov functions used in transient stability analysis of power systems is done. The problem of existence of Lyapunov functions, when the transfer conductances are considered, is analysed. Using LaSalle\'s invariance principle extension, a Lyapunov function considering the transfer conductances is presented. The existence of Lyapunov functions for models that preserv the network structure was studied using the LaSalle\'s invariance principle. Unfortunately, in these cases, we did not find a function satisfing all the required hypothesis.

O método de Lyapunov, também conhecido como método direto, é eficiente para análise de estabilidade transitória em sistemas de potência. Tal método possibilita a análise de estabilidade sem requerer o conhecimento das soluções das equações diferenciais que modelam o problema. A maior desvantagem da utilização dos métodos diretos, é sem dúvida encontrar uma função (V) que satisfaça as condições do Teorema de Lyapunov, ou seja, V > 0 e V \'< ou =\' 0. Durante muitos anos a inclusão das condutâncias de transferência na modelagem do sistema de potência, com a rede reduzida aos nós dos geradores, foi um assunto que despertou interesse em vários pesquisadores. Em 1989, Chiang provou a não existência de uma Função de Lyapunov para sistemas de potência quando as condutâncias de transferência são consideradas. Essas condutâncias de transferência são responsáveis por gerar regiões no espaço de estados onde tem-se V > 0, não satisfazendo as condições do Teorema de Lyapunov. Recentemente, Rodrigues, Alberto e Bretas (2000) apresentaram a Extensão do Princípio de Invariância de LaSalle, onde é permitido que a Função de Lyapunov possua, em algumas regiões limitadas do espaço de estados, a derivada positiva. Neste caso, estas funções passam a ser denominadas Funções de Lyapunov Estendidas (FLE). Neste trabalho, são utilizadas a Extensão do Princípio de Invariância de LaSalle e as Funções de Lyapunov Estendidas para a análise de estabilidade transitória, considerando o efeito das condutâncias de transferência na modelagem do problema. Para isto, são propostas Funções de Lyapunov Estendidas para modelos de sistemas de potência que não apresentam uma Função de Lyapunov no sentido usual. Essas FLE\'s são propostas tanto para sistemas de 1-máquina versus barramento infinito quanto para sistemas multimáquinas. Para a obtenção de boas estimativas do tempo de abertura, nos estudos de estabilidade transitória, é proposto um algoritmo iterativo. Este algoritmo fornece uma boa estimativa local da área de atração do ponto de equilíbrio estável de interesse. / The method of Lyapunov, one of the direct method, is efficient for transient stability analysis of power systems. The direct methods are well-suited for stability analysis of power systems, since they do not require the solution of the set of differential equations of the system model. The great difficulty of the direct methods is to find an auxiliary function (V) which satisfies the conditions of Lyapunov\'s Theorem V > 0 and V \'< or =\' 0. For many years the inclusion of the transfer conductances in the power system model, with the reduced network, is a issue of interest for several researchers. In 1989, Chiang studied the existence of energy functions for power systems with losses and he proved the non existence of a Lyapunov Function for power systems when the transfer conductance is taken into account. The transfer conductances are responsible for generating regions in the state space where the derivative of V is positive. Therefore, the function V is nor a Lyapunov Function, because its derivative is not semi negative definite. Recently, an Extension of the LaSalle\'s Invariance Principle has been proposed by Rodrigues, Alberto and Bretas (2000). This extension relaxes some of the requirements on the auxiliary function which is commonly called Lyapunov Function. In this extension, the derivative of the auxiliary function can be positive in some bounded regions of the state space and, for distinction purposes, it is called, as Extended Lyapunov Function. Inthis work, the Extension of the LaSalle\'s Invariance Principle and the Extended Lyapunov Function are used for the transient stability analysis of power systems with the model taking transfer conductances in consideration. For at purpose in this research, Extended Lyapunov Functions for power system models which do not have Lyapunov Functions in the usual sense are proposed. Extended Lyapunov Functions are proposed for a single-machine-infinite- bus-system and multimachine systems. For obtaining good estimates of the critical clearing time in transient stability analysis, an iterative algorithm is proposed. This algorithm supplies a good local estimate of the attraction area for the post fault stable equilibrium point.

O objetivo deste trabalho é investigar propriedades qualitativas de certas equações diferenciais funcionais retardadas de segunda ordem quando lhes são impostos controles de impulsos adequados. Os principais resultados dizem respeito a estabilidade e oscilação por impulsos. Mais especificamente, consideramos algumas equações e provamos que suas soluções triviais podem ser estabilizadas por impulsos. Em seguida, consideramos uma destas equações e provamos que suas soluções podem se tornar oscilatórias com a imposição apropriada de controles de impulsos. Apresentamos alguns exemplos que ilustram nossos resultados. Além do objetivo acima, procuramos produzir um texto que compreendesse a teoria fundamental das equações diferenciais funcionais retardadas impulsivas, teoria esta que, até então, não podia ser encontrada num único texto como este. Desenvolvemos e discutimos existência, unicidade, continuação de soluções, intervalo maximal de existência e dependência contínua de soluções dos valores iniciais para equações diferenciais retardadas impulsivas. / The purpose of this work is to investigate qualitative properties of certain second order delay differential equations when some proper impulse controls are added to them. The main results concern the stability and scillation by impulses. More specifically, we consider some equations and prove that their trivial solutions can be stabilized by impulses. We also consider one of these equations and prove that all solutions oscillate when proper impulse controls are imposed. We give some examples to illustrate our results. Because dealing with systems with both delays and impulses is a recent interest of some mathematicians we also considered producing a text that would encompass the fundamental theory of retarded functional differential equations with impulses. Up to now such theory could not be found in a single text as this one. Therefore we discuss and develop basic aspects of the theory as existence, uniqueness, continuability of solutions, maximal interval of existence and continuous dependence of solutions on initial values for impulsive retarded differential equations.

Orientadores: Jose Manoel Balthazar / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-04T04:06:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Peruzzi_NelsonJose_D.pdf: 9438459 bytes, checksum: 1e95acc28fd5e0b87f7b964ca5a2f34e (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Neste trabalho, apresenta-se um novo método numérico para aproximar matriz de transição de estados (STM) para sistemas com coeficientes periódicos no tempo. Este método, é baseado na expansão polinomial de Chebyshev, no método iterativo de Picard e na transformação de Lyapunov-Floquet (L-F) e aplica-se na análise da dinâmica e o controle de sistemas lineares e periódicos. Para o controle, aplicam-se dois projetos para eliminar o comportamento caótico de sistemas periódicos no tempo. O primeiro, usa o projeto de controle realimentado baseado na aplicação da transformação L-F, e o objetivo do controlador é conduzir a órbita do sistema para um ponto fixo ou para uma órbita periódica. No segundo, utiliza-se o controle não-linear para bifurcação, e o objetivo, neste caso, é modificar (atrasar ou eliminar) as características de uma bifurcação ao longo de sua rota para o caos. Como exemplo, aplicou-se, com sucesso, a técnica para análise e o controle da dinâmica: num pêndulo com excitação paramétrica, no oscilador de Duffing, no sistema de Rõssler e sistema pêndulo duplo invertido. O método, também, mostrou-se satisfatório na análise e controle de um sistema monotrilho não ideal / Abstract: In thiswork, a new numericalmethodto approximatestatetransitionmatrix(STM) for systems with time-periodic coefficients is presented. This method is based on the expansion Chebyshev polinomials,on the Picard iterationand on the Lyapunov-Floquet transfonnation(transfonnationL-F). It is applied to the dynamicalanalysis and control of linear periodic systems.For the control, two projectsto eliminatethe chaoticbehaviorof time periodic systemsare applied.The first one, uses the feedbackcontroldesignbased on the L-F transfonnation,and the controller'sobjectiveis to drive the orbit of the systemto an equilibriumpoint or a periodicorbit. fu the secondone, the non-lineal control for bifurcations used, and the objective,in this case, is to modify (to put back or to eliminate) the characteristicsof a bifurcation along its route to chaos. As example, the technique for dynamical analysis and control was applied, successfully, to a pendulum with parametric excitement, the Duffing's oscillator,the Rõssler's systemand the inverteddoublependulum The methodwas, also, to be shownsatisfactoryin the analysisand controlof a monorailnon-idealsystem / Doutorado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Doutor em Engenharia Mecânica

Dans cette thèse, des méthodes dites de Lyapunov sont proposées afin de résoudre des problèmes liés à la coordination distribuée des systèmes multiagent, plus précisément, un groupe de systèmes (agents) non-linéaires formés de robots mobiles non-holonomes est considéré. Pour ce groupe de systèmes, des lois de commande distribuée sont proposées dans le but de résoudre des problèmes de type leader-suiveur en formation et aussi des problèmes de type formation sans-leader par une approche de consensus, sous différentes hypothèses sur le graphe de communication et surtout sur les vitesses du leader.L'originalité de ce travail est dans l'approche proposée pour l'étude de stabilité de la boucle fermée, cette approche consiste à transformer les deux derniers problèmes en des problèmes de stabilisation globale asymptotique d'un ensemble invariant. L’analyse de stabilité est basée sur la construction de fonction de Lyapunov et de fonction de Lyapunov-Karasovskii strictes pour des classes de systèmes non-linéaires variant dans le temps présentant des retards bornés et variant dans le temps. / In this thesis, we propose a Lyapunov based approaches to address some distributedsolutions to multi-agent coordination problems, more precisely, we consider a groupof agents modeled as nonholonomic mobile robots, we provide a distributed controllaws in order to solve the leader-follower and the leaderless consensus problems under different assumptions on the communication graph topology and on the leader’strajectories. The originality of this work relies on the closed-loop analysis approach, that is, it consists on transforming the last two problems into a global stabilization problem of an invariant set. The stability analysis is mainly based on the construction of strict Lyapunov functions and strict Lyapunov-Krasovskii functionals for a classes of nonlinear time-varying and/or delayed systems.