Made available in DSpace on 2015-05-14T12:14:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 705049 bytes, checksum: 4794f7004746261efe9996d47989dd1f (MD5) Previous issue date: 2014-10-21 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / In this thesis, we presented models of two state stochastic systems which interact through a global coupling, in a way that each population unit contributes to the state transition rates of the other units. We presented two models of global coupling in which is possible to observe a phase transition of a regime with units equally distributed on the two states to a phase where there is an agglomeration of units in one of the states. In the first coupling model this transition occurs in a continuous way as we increase the coupling parameter. Through a mean field approximation we shown that this phase transition occurs due to a subcritical pitchfork bifurcation where one of the phases is associated to a monostable regime (units equally distributed in the two states) and the other phase to a symmetric bistable regime (majority of the units agglomerated in one of the states). On the other hand the other model presents a discontinuous phase transition as we increase the coupling parameter, the mean field approach shows that this phase transition occurs due a supercritical pitchfork bifurcation where we have a monostable regime and a tristable regime presenting symmetry in relation to the central potential well, as the coupling parameter is increased the central stability reduces while the two other states becomes more stable. It was shown that for both coupling models, when we have a finite number of oscillators the system presents a multiplicative noise structure. This noise structure turns the stable states obtained with the mean field approximation on metastable states, also the fluctuations due to a finite number of units breaks the symmetry in the multistable regimes, this symmetry break occurs due to the asymmetric intensity of the fluctuations. We also obtained a Fokker-Planck equation for this system and the probability distribution of the number of units in each state, from this distribution it was possible to build a phase diagram for the phase transition from themonostable regime to the regime that presents multistability. This transition is characterized in terms of the coupling parameter and the number of units in the system. / Nesta tese, apresentamos modelos de sistemas estocásticos de dois níveis que interagem através de um acoplamento global, de forma que o estado ocupado por cada unidade da população influi na taxa de transição de estado das demais. Apresentamos dois modelos de acoplamento global onde é possível observar uma transição de fase de um regime onde as unidades estão distribuídas igualmente entre os dois estados para uma fase onde há a aglomeração de unidades em um dos estados. Em um dos modelos de acoplamento essa transição ocorre de forma continua com o parâmetro de acoplamento. Através de uma aproximação de campo médio mostramos que essa transição de fase ocorre devido a uma bifurcação de forquilha sub-crítica onde uma das fases ´e associada a um regime monopolista (unidades igualmente divididas entre os dois estados) e a outra fase a um regime bioestavel simétrico (maior parte das unidades aglomeradas em um dos estados). J´a o outro modelo apresenta uma transic¸ ao de fase descont´ınua com o par ametro de acoplamento. A abordagem de campo m´edio revela que essa transic¸ ao de fase ocorre atrav´es de uma bifurcac¸ ao de forquilha supercr´ıtica onde temos um regimemonoest´avel e um regime triest´avel apresentando simetria com relac¸ ao ao poc¸o de potencial central e a medida que o par ametro de acoplamento ´e aumentado a estabilidade central diminui enquanto os outros dois estados se tornam mais est´aveis. Foi mostrado que para ambos os modelos de acoplamento, quando temos uma quantidade finita de osciladores o sistema apresenta uma estrutura de ru´ıdo multiplicativo. Essa estrutura de ru´ıdo torna os estados est´aveis obtidos com a aproximac¸ ao de campo m´edio em estados metaest´aveis. Tamb´em foi mostrado que as flutuac¸ oes devido a quantidade finita de unidades quebra a simetria nos regimes com multiestabilidade, essa quebra de simetria ocorre devido a assimetrias da intensidade das flutuac¸ oes. Obtemos tamb´em uma equac¸ ao de Fokker-Planck para esse sistema. A soluc¸ ao da equac¸ ao de Fokker-Planck nos d´a a distribuic¸ ao de probabilidade da quantidade de unidades em cada estado. Essa distribuic¸ ao torna poss´ıvel a construc¸ ao de um diagrama de fases para a transic¸ ao de fase dos regimes monoest ´aveis para os regimes que apresentam multiestabilidade. Essa transic¸ ao ´e caracterizada em termos do par ametro de acoplamento e da quantidade de unidades do sistema.

Made available in DSpace on 2016-03-15T19:38:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ivan Gonzalez.pdf: 604401 bytes, checksum: 1652d5996de760edf38fd1a3bb2e64e4 (MD5) Previous issue date: 2006-09-18 / A variant of Kuramoto's model for phase oscillators with dynamic coupling is studied. The coupling weight is adjusted by the phase difference resulting in a connection which is strengthened for synchronized oscillators and weakened for non-synchronized oscillators. Equilibrium solutions and their stabilities are presents and it is shown the occurrence of saddle-node and Hopf bifurcations. It is shown that networks formed by such oscillators can be used for detecting image border. / Uma variante do modelo de Kuramoto para osciladores de fase com acoplamento dinâmico é estudada. A intensidade do acoplamento é ajustada pela diferença de fases dos osciladores, de forma que a conexão é reforçada para osciladores sincronizados e enfraquecida para osciladores não sincronizados. As soluções de equilíbrio e suas estabilidades são apresentadas, e mostra-se que o sistema apresenta bifurcações sela-nó e de Hopf. Mostra-se que redes formadas com esses osciladores podem ser usadas para extrair o contorno de figuras.

Neste trabalho foi realizado um estudo experimental de um laser de CO2 composto por um oscilador chaveado por um obturador eletromecânico e um amplificador contínuo, conjunto este conhecido pela sigla MOPA (Master Oscilator Power Amplifier). O oscilador apresenta uma configuração de cavidade ressonante muito simples para operação em regime de q-switching a partir de lasers de CO2 contínuos. De um lado da cavidade tem-se um espelho de acoplamento plano de Germânio e de outro lado um conjunto feito de uma lente positiva e um espelho plano 100% refletor. O feixe do laser é focalizado pela lente sobre o espelho 100% refletor e um chopper é colocado perto deste espelho para chavear as perdas da cavidade. Com esta cavidade ressonante foram obtidos pulsos de laser com taxas de repetição de 50 a 900 Hz, potências de pico entre 30 e 1500W e larguras de pulso entre 0,5 e 1,1s. A este oscilador foi adicionado um amplificador a fim de estudar a operação laser na configuração MOPA. O amplificador é feito de duas células de descarga a baixa pressão, bombeamento contínuo, com 40 cm cada uma. O amplificador gerou uma faixa de ganhos entre 1,3 e 2,4. Um modelo teórico foi desenvolvido para comparação entre os resultados teóricos e experimentais. Com o modelo teórico e com os resultados experimentais obtidos neste trabalho é possível dimensionar um sistema de maior potência ou energia por pulso.

A automaçãoo agrícola tem se mostrado fator importante no desenvolvimento da produção nacional nas últimas décadas. A medição e controle das condições internas de casas de vegetação não são, muitas vezes, de fácil implementação e custo viável. Estudos e experiências nesta área procuram criar modelos que, utilizando-se de sistemas computacionais, estimem o comportamento de grandezas internas a uma casa de vegetação a partir da medida de grandezas externas. O objetivo deste trabalho é propor e avaliar a modelagem ambiental de uma casa de vegetação utilizando rede de osciladores de Van Der Pol. A utilização de modelos confiáveis na previsão das condições internas de uma casa de vegetação é importante para melhorar a produtividade agrícola. A partir da literatura, foram levantados e estudados o modelo analítico e o modelo baseado em lógica nebulosa para a previsão da umidade relativa do ar e da temperatura interna da casa de vegetação. Um modelo baseado em rede neural multicamadas foi implementado como uma primeira alternativa. A substituição das funções de ativação comumente usadas neste tipo de modelo, pelas funções do oscilador de Van Der Pol, permite melhores resultados para processos não lineares e levou a uma satisfatória redução dos erros das estimativas, sem comprometer seu desempenho computacional. Os dados observados experimentalmente e estimados pelos modelos foram comparados a partir de critérios estatísticos. O erro relativo aos valores medidos para a grandeza temperatura variou entre 0,0% e 1,5%, enquanto o erro relativo aos valores medidos para a grandeza umidade relativa do ar variou entre 0,5% e 6,9%. O erro relativo aos valores medidos para ambas as grandezas apresentou um comportamento melhor do modelo proposto em relação aos modelos analíticos, baseado em lógica nebulosa e baseado em redes neurais. O desempenho computacional médio do modelo com osciladores de Van Der Pol, se comparado com o modelo baseado em redes neurais, considerando o número de iterações, degradou em 7,8%. Os resultados demonstram que a modelagem utilizando rede de osciladores de Van Der Pol é viável para a previsão de grandezas internas de uma casa de vegetação. / Agricultural automation is an important area in the development of Brazilian production in recent years. Often, measurement and control of the internal conditions of greenhouses are not easy to implement at a reasonable cost. Researches in this area look for models using computational theory, foreseeing the behavior of internal variables of a greenhouse from the measurement of external variables. The objective of this work is to consider and evaluate the environmental modeling of a greenhouse using a Van der Pol oscillator network. The use of trustworthy models for forecasting internal conditions of a greenhouse is important for improving agricultural productivity. Some researches present an analytical and fuzzy model used to forecast the relative humidity and internal temperature of a greenhouse. As first approach, a model based on a multilayer neural network was implemented. The neural network activation functions change for a Van Der Pol oscillator can produce better results when modeling non-linear process, and in this case, reduced estimate errors without compromising its computational performance. The measured experimental data and the estimated data were compared with statistical criteria. The relative error for the measured values of temperature varied from 0.0% through 1.5%, while the relative error of the measured values for the relative humidity varied from 0.5% through 6.9%. The relative error for both measured variables presented better behavior for the model considered in relation to the analytic, fuzzy, and neural network models. The average computational performance of the model with Van Der Pol oscillators, when compared with the neural network model, considering the number of iterations decreased approximately 7.8%. The results demonstrate that modeling based on Van der Pol oscillators is viable for forecasting the internal variables of a greenhouse.

Orientador: Luciano Soares da Cruz / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Física, 2013

A automaçãoo agrícola tem se mostrado fator importante no desenvolvimento da produção nacional nas últimas décadas. A medição e controle das condições internas de casas de vegetação não são, muitas vezes, de fácil implementação e custo viável. Estudos e experiências nesta área procuram criar modelos que, utilizando-se de sistemas computacionais, estimem o comportamento de grandezas internas a uma casa de vegetação a partir da medida de grandezas externas. O objetivo deste trabalho é propor e avaliar a modelagem ambiental de uma casa de vegetação utilizando rede de osciladores de Van Der Pol. A utilização de modelos confiáveis na previsão das condições internas de uma casa de vegetação é importante para melhorar a produtividade agrícola. A partir da literatura, foram levantados e estudados o modelo analítico e o modelo baseado em lógica nebulosa para a previsão da umidade relativa do ar e da temperatura interna da casa de vegetação. Um modelo baseado em rede neural multicamadas foi implementado como uma primeira alternativa. A substituição das funções de ativação comumente usadas neste tipo de modelo, pelas funções do oscilador de Van Der Pol, permite melhores resultados para processos não lineares e levou a uma satisfatória redução dos erros das estimativas, sem comprometer seu desempenho computacional. Os dados observados experimentalmente e estimados pelos modelos foram comparados a partir de critérios estatísticos. O erro relativo aos valores medidos para a grandeza temperatura variou entre 0,0% e 1,5%, enquanto o erro relativo aos valores medidos para a grandeza umidade relativa do ar variou entre 0,5% e 6,9%. O erro relativo aos valores medidos para ambas as grandezas apresentou um comportamento melhor do modelo proposto em relação aos modelos analíticos, baseado em lógica nebulosa e baseado em redes neurais. O desempenho computacional médio do modelo com osciladores de Van Der Pol, se comparado com o modelo baseado em redes neurais, considerando o número de iterações, degradou em 7,8%. Os resultados demonstram que a modelagem utilizando rede de osciladores de Van Der Pol é viável para a previsão de grandezas internas de uma casa de vegetação. / Agricultural automation is an important area in the development of Brazilian production in recent years. Often, measurement and control of the internal conditions of greenhouses are not easy to implement at a reasonable cost. Researches in this area look for models using computational theory, foreseeing the behavior of internal variables of a greenhouse from the measurement of external variables. The objective of this work is to consider and evaluate the environmental modeling of a greenhouse using a Van der Pol oscillator network. The use of trustworthy models for forecasting internal conditions of a greenhouse is important for improving agricultural productivity. Some researches present an analytical and fuzzy model used to forecast the relative humidity and internal temperature of a greenhouse. As first approach, a model based on a multilayer neural network was implemented. The neural network activation functions change for a Van Der Pol oscillator can produce better results when modeling non-linear process, and in this case, reduced estimate errors without compromising its computational performance. The measured experimental data and the estimated data were compared with statistical criteria. The relative error for the measured values of temperature varied from 0.0% through 1.5%, while the relative error of the measured values for the relative humidity varied from 0.5% through 6.9%. The relative error for both measured variables presented better behavior for the model considered in relation to the analytic, fuzzy, and neural network models. The average computational performance of the model with Van Der Pol oscillators, when compared with the neural network model, considering the number of iterations decreased approximately 7.8%. The results demonstrate that modeling based on Van der Pol oscillators is viable for forecasting the internal variables of a greenhouse.

Neste trabalho se estuda o comportamento dinâmico não linear de um pórtico plano submetido à excitação não ideal de suportes, sendo isto aplicável a estruturas civis dele derivadas. Neste sentido, um edifício pode ser considerado uma justaposição de pórticos. Modelos físicos simples aplicáveis a estruturas civis ou mecânicas com grau de dificuldade crescente são resolvidos individualmente com a utilização das equações diferenciais de Lagrange para determinar as equações do movimento do sistema. A análise qualitativa de cada problema permite determinar os valores que os parâmetros físicos podem assumir. Cada modelo simples fornece um conjunto de parâmetros, que vão sendo utilizados progressivamente nas integrações numéricas. Em sistemas com fonte de energia limitada, ocorre uma interação entre o movimento da estrutura e da fonte de energia; matematicamente é acrescentada uma equação diferencial acoplada adicional ao correspondente sistema livre de excitações. No caso de pórticos planos de grande esbelteza, as cargas axiais induzem grandes deslocamentos, sendo importante considerar na estrutura a não-linearidade geométrica. Neste caso, uma discretização da estrutura precisa ser feita para identificar os graus de liberdade do sistema. Nas análises dos problemas, busca-se o regime permanente de trabalho, no qual as amplitudes da estrutura variam lentamente com o tempo e a fonte de energia trabalha com freqüência constante. / In this work we study the dynamical nonlinear behavior of plane frame under non ideal support excitation, being this applicable to civil structures derived from it. In this sense, a building can be considered as a contiguous series of frames. Simple physical models that are applicable to civil or mechanical structures with increasing difficulty degree are solved individually, with the use of differential Lagrange\'s equations to determine the systems equations of motion. Qualitative analysis of each problem allows the determination of the values that the physical parameters can take. Each model provides a simple set of parameters, which are being progressively used in numerical integrations. On systems with limited power supply, there is an interaction between the structures and the energy sources movement; mathematically an extra equation of motion is coupled to its corresponding excitements free system. Because in plane frames of high slenderness the axial loads induce large displacements, it is important to consider the structures geometric nonlinearity. In this case, in order to identify systems degrees of freedom, the structure must be discretized. In the problems analysis, we seek the steady state, in which the structures amplitudes vary slowly with time and the power supply works with constant frequency.

Orientador: Edson Denis Leonel / Banca: Ricardo Egydio de Carvalho / Banca: Tiago Kroetz / Resumo: Neste trabalho estudamos dois bilhares com fronteira móvel cuja perturbação temporal é dada por um oscilador van der Pol. Estudamos um bilhar unidimensional e outro bidimensional na qual uma ou mais partículas clássicas de massa m não interagentes são confinadas ao interior da fronteira que define o bilhar. Investigando algumas propriedades dinâmicas e estatísticas da partícula em função do parâmetro X que controla o termo não linear e o parâmetro y0 que controla a amplitude do oscilador de van der Pol. O bilhar unidimensional consiste em duas paredes rígidas, em que uma delas é móvel centrada na origem regida pelo oscilador de van der Pol e a outra xa em L. Descrevemos todos os procedimentos para construção do mapeamento que fornece a dinâmica da partícula, assim como as equações necessárias que defnem o movimento da parede móvel. O espaço de fases, o expoente de Lyapunov e a velocidade média são obtidos para diferentes valores de parâmetros de controle. Para o caso em que massa da partícula (mp) é muito menor que a massa da parede móvel (mw), m = mp=mw ' 0, podemos dividir o regime dinâmico em função do parâmetro c em dois tipos: (i) que recupera os resultados do modelo Fermi- Ulam; e (ii) no qual é observado um regime de crescimento da velocidade média nal. Para o caso em que m 6= 0, as colisões da partícula com a parede móvel perturbam o movimento da parede móvel e o sistema se torna dissipativo. Neste caso a dinâmica da partícula tende a pontos xos de forma assintótica passando por um transiente inicial. Para este caso construímos a bacia de atração e a frequência do número de períodos de um conjunto de condições iniciais. Para o bilhar bidimensional, construímos um modelo em que a fronteira é do tipo ovoide, analisamos o caso estático e o móvel regida pelo oscilador de van der Pol... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Some dynamical properties for an ensemble of non-interacting particles con ned in a billiard with a time-dependent boundary are studied. The boundary is given by van der Pol oscillator and two cases are considered namely: (i) one-dimensional and (ii) twodimensional dynamics. For the one-dimensional case, we considered the dynamics of classical particle of mass m con ned to bounce between two rigid walls. One of them is xed at a distance L from the average position of the rst that uctuates according to a van der Pol oscillator. We consider the case where the mass of the particle is su ciently small as compared to the mass of the moving wall. Then we investigate some properties of the phase space including the average velocity of the particle. Our results reveal a scaling invariance for the nal average velocity, i.e., when n!¥. We discuss also the case when the mass of the particle is a fraction of the mass of the moving wall therefore showing the system now shows features of dissipative model. This is characterized speci cally by the presence of attractors in the phase space. For the two-dimensional case, we considered the dynamics of a classical particle of mass m where the particle is con ned to bounce inside a billiard whose boundary is of ellipticaloval like shape. First we analyze the static case. Second we consider the case where the boundary moves according to a van der Pol oscillator. We discuss the model in a similar way as made for the 1-D case including very small mass of the particle (m = 0) and m 6= 0. Dynamical properties for the particle were obtained like the behavior of the average velocity therefore demonstrating that unlimited energy gain is in course, as predicted by the LRA conjecture For the case of... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Neste trabalho utiliza-se como sistema dinâmico o circuito eletrônico que integra o sistema de equações acopladas de Rossler modificado. Este sistema possui uma nãolinearidade dada por uma função linear por partes e apresenta comportamento caótico para certos valores dos seus parâmetros. Isto e evidenciado pela rota de dobramento de período obtida variando-se um dos parâmetros do sistema. A caracterização experimental da dinâmica do sistema Rossler modificado e realizada através do diagrama de bifurcações. Apresenta-se uma fundamentação teórica de sistemas dinâmicos introduzindo conceitos importantes tais como atratores estranhos, variedades invariantes e tamb em uma análise da estabilidade de comportamentos assintóticos como pontos fixos e ciclos limites. Para uma caracterização métrica do caos, apresenta-se a definção dos expoentes de Lyapunov. São introduzidos também os expoentes de Lyapunov condicionais e transversais, que estão relacionados com a teoria de sincronizção de sistemas caóticos. A partir de uma montagem mestre-escravo, onde dois osciladores de Rossler estão acoplados unidirecionalmente, introduz-se a de nição de sincronização idêntica, sincronização de fase e variedade de sincronização. Demonstra-se a possibilidade de sincronização em uma rede de osciladores caóticos de Rossler, acoplados simetricamente via acoplamento de primeiros vizinhos. A rede composta por seis osciladores mostrou ser adequada pelo fato de apresentar uma rica estrutura espacial e, ao mesmo tempo, ser experimentalmente implementável. Além da sincronização global (osciladores identicamente sincronizados), obtém-se a sincronização parcial, onde parte dos osciladores sincronizam entre si e a outra parte não o faz. Esse tipo de sincronização abre a possibilidade da formação de padrões de sincronização e, portanto, exibe uma rica estrutura de comportamentos dinâmicos. A sincronização parcial e investigada em detalhes e apresentam-se vários resultados. A principal ferramenta utilizada na análise experimental e numérica e a inspeção visual do gráfico yi yj , fazendo todas as combinações entre elementos diferentes (i e j) da rede. Na análise numérica obtém-se como resultado complementar o máximo expoente de Lyapunov transversal, que descreve a estabilidade da variedade de sincronização global.

Neste trabalho utiliza-se como sistema dinâmico o circuito eletrônico que integra o sistema de equações acopladas de Rossler modificado. Este sistema possui uma nãolinearidade dada por uma função linear por partes e apresenta comportamento caótico para certos valores dos seus parâmetros. Isto e evidenciado pela rota de dobramento de período obtida variando-se um dos parâmetros do sistema. A caracterização experimental da dinâmica do sistema Rossler modificado e realizada através do diagrama de bifurcações. Apresenta-se uma fundamentação teórica de sistemas dinâmicos introduzindo conceitos importantes tais como atratores estranhos, variedades invariantes e tamb em uma análise da estabilidade de comportamentos assintóticos como pontos fixos e ciclos limites. Para uma caracterização métrica do caos, apresenta-se a definção dos expoentes de Lyapunov. São introduzidos também os expoentes de Lyapunov condicionais e transversais, que estão relacionados com a teoria de sincronizção de sistemas caóticos. A partir de uma montagem mestre-escravo, onde dois osciladores de Rossler estão acoplados unidirecionalmente, introduz-se a de nição de sincronização idêntica, sincronização de fase e variedade de sincronização. Demonstra-se a possibilidade de sincronização em uma rede de osciladores caóticos de Rossler, acoplados simetricamente via acoplamento de primeiros vizinhos. A rede composta por seis osciladores mostrou ser adequada pelo fato de apresentar uma rica estrutura espacial e, ao mesmo tempo, ser experimentalmente implementável. Além da sincronização global (osciladores identicamente sincronizados), obtém-se a sincronização parcial, onde parte dos osciladores sincronizam entre si e a outra parte não o faz. Esse tipo de sincronização abre a possibilidade da formação de padrões de sincronização e, portanto, exibe uma rica estrutura de comportamentos dinâmicos. A sincronização parcial e investigada em detalhes e apresentam-se vários resultados. A principal ferramenta utilizada na análise experimental e numérica e a inspeção visual do gráfico yi yj , fazendo todas as combinações entre elementos diferentes (i e j) da rede. Na análise numérica obtém-se como resultado complementar o máximo expoente de Lyapunov transversal, que descreve a estabilidade da variedade de sincronização global.