Gegenstand dieser Dissertation ist die non-parametrische Schätzung der Kovarianz in multi-dimensionalen Lévy-Prozessen auf der Basis von Hochfrequenzbeobachtungen. Im ersten Teil der Arbeit wird eine modifizierte Version der von Jacod und Reiß vorgeschlagenen Methode der Hochfrequenzbeobachtung für die Ermittlung der Kovarianz multi-dimensionaler Lévy-Prozesse gegeben. Es wird gezeigt, dass der Kovarianzschätzer optimal im Minimaxsinn ist. Darüber hinaus demonstrieren wir, dass die Indexaktivität der co-jumps durch das harmonische Mittel der Sprungaktivitätsinzidenzen der Komponenten von unten beschränkt wird. Der zweite Teil behandelt das Problem der adaptiven Schätzung. Ausgehend von einer Familie asymptotischer Minimax-Schätzer der Kovarianz, erhalten wir einen datenbasierten Schätzer. Wir wenden Lepskii’s Methode an, um die Kovarianz an die unbekannte Aktivität des co-jumps Indexes des Sprungteils anzupassen. Da wir es mit einem Adaptierungsproblem zu tun haben, müssen wir eine Schätzung der charakteristischen Funktion des multi-dimensionalen Lévy-Prozesses konstruieren, damit die charakteristische Funktion weder von einer semiparametrischen Annahme abhängt noch schnell abfällt. Aus diesem Grund wird auf Basis von Neumanns Methode ein trunkierter Schätzer für die empirische charakteristische Funktion konstruiert. Die Anwesenheit der trunkierten, empirischen charakteristischen Funktion im Zähler führt jedoch zu einer Situation, die auch bei der Deconvolution auftritt, d.h. einem irregulären Verhalten des stochastischen Fehlers. Dieser U-förmige stochastische Fehler verhindert die Anwendung von Lepskii’s Grundsatz. Um diesem Problem, entgegenzuwirken, entwickeln wir eine Strategie, welche zu einem Orakelstart von Lepskii's Methode führt, mit deren Hilfe ein monoton steigender stochastischer Fehler konstruiert wird. Dies erlaubt uns, ein Balancing Principle einzuführen und einen adaptiven Schätzer für die Kovarianz zu erhalten, der fast-optimale Raten erzeugt. / In this thesis, we consider the problem of nonparametric estimation for the continuous part of the covariation of a multi-dimensional Lévy process from high-frequency observations. This continuous part of covariation is also called covariance. The first part modifies the high-frequency estimation method, proposed by Jacod and Reiss, to cover estimation of the covariance of multi-dimensional Lévy processes. The covariance estimator is shown to be optimal in the minimax-sense. Moreover, the co-jump index activity is proved to be bounded from below by the harmonic mean of the jump activity indices of the components. In the second part, we address the problem of the adaptive estimation. Starting from an asymptotically minimax family of estimators for the covariance, we derive a data-driven estimator. Lepskii's method is applied to adapt the covariance to the unknown co-jump index activity of the jump part. Faced with an adaptation problem, we need to secure an estimation for the characteristic function of the multi-dimensional Lévy process so that it does not depend on a semiparametric assumption and, at the same time, does not decay fast. For this reason, a truncated estimator for the empirical characteristic function is constructed based on Neumann's method. The presence of the truncated empirical characteristic function in the denominator leads to a situation similar to the deconvolution problem, i.e., an irregular behavior of the stochastic error. This U-shaped stochastic error does not permit us to apply Lepskii's principle. To counteract this problem, we establish a strategy to obtain an oracle start of Lepskii's method, according to which a monotonically increasing stochastic error is constructed. This enables us to apply a balancing principle and build an adaptive estimator for the covariance which obtains near-optimal rates.

Batteries account for 50% of the overall cost of solar home systems (SHS). The battery packs degrade over time and when they reach 70% state of health (SOH), the whole SHS is discarded. In the predominantly rural off-grid context, battery replacements are expensive and impractical. The customers are often dozens of km away from any sales point. Furthermore, recycling schemes are often limited in the developing world, meaning that old batteries are sometimes discarded in unsafe ways. As the market grows, the environmental impact of this will only get larger. Solaris Offgrid, a premier name in the Solar Offgrid industry, is innovating two solutions designed to tackle this issue; a smart multi-battery packmanager and an easy to recycle battery pack design with cell by cell management. The current study is based on a lossless cell balancing design, where in the charge and discharge cycles of each cell in the string are monitored and to efficiently avoid overcharge and over-discharge. Implementing this strategy reduces the degradation of these batteries which extends the battery life of SHS. A sensitivity analysis is performed to analyze the environmental benefit gained by implementing lossless cell balancing. The thesis provides a literature study on the different battery terminologies, types of batteries used in SHS and, various cell-balancing techniques used today. This is followed by the design of a lossless cell balancing technique with minimal losses. / Batterierna står för 50 % av den totala kostnaden för solcellsanläggningar (SHS). Batteripaketen försämras med tiden och när de når 70 % av sitt hälsotillstånd kasseras hela solcellssystemet. På den övervägande landsbygden utanför elnätet är det dyrt och opraktiskt att byta ut batterierna. Kunderna befinner sig ofta tiotals kilometer från varje försäljningsställe. Dessutom är återvinningssystemen ofta begränsade i utvecklingsländerna, vilket innebär att gamla batterier ibland kasseras på ett osäkert sätt. I takt med att marknaden växer kommer miljöeffekterna av detta att bli allt större. Solaris Offgrid, som är ett ledande företag inom industrin för solcellsanläggningar, utvecklar två lösningar för att lösa detta problem: en smart batteripackförvaltare för flera batterier och en lätt återvinningsbar batteripackkonstruktion med cellvis hantering. Den aktuella studien bygger på en “förlustfri” cellbalanseringskonstruktion, där laddnings- och urladdningscyklerna för varje cell i strängen övervakas och effektivt undviker överladdning och överladdning. Genom att tillämpa denna strategi minskas degraderingen av dessa batterier, vilket förlänger batteritiden för SHS. En känslighetsanalys utförs för att analysera den miljöfördel som uppnås genom att införa förlustfri cellbalansering. Avhandlingen innehåller en litteraturstudie om olika batteriterminologier, typer av batterier som används i SHS och olika tekniker för cellbalansering som används idag. Detta följs av utformningen av en teknik för förlustfricellbalansering med minimala förluster.

Non-specific low back pain (LBP) is a major health problem affecting a substantial portion of the population. The current treatments offered for non-specific LBP are oftentimes unsuccessful because the acting mechanism(s) of most treatment options are unknown. Obtaining a better understanding about the acting mechanism behind existing treatment options is, therefore, essential for the improvement of non-specific LBP treatment and management. The objective of this study was to gain a more comprehensive understanding about the acting mechanism of high velocity low amplitude spinal manipulative therapy, specifically the impact that high velocity low amplitude spinal manipulative therapy may have on the active and passive spinal musculoskeletal stabilizing subsystems along with the resultant spinal stability for healthy participants. A pre-post intervention study design completed by six healthy participants was used to quantify changes in the above noted aspects of spinal stability using a series of tests performed both before and after six sessions of high velocity low amplitude spinal manipulative therapy. The tests included seated balancing tests, lower back range of motion tests, and stress relaxation test. The six sessions of high velocity low amplitude spinal manipulative therapy did not significantly affect any of the test measurements among our healthy participant group.

Thesis (PhD (Electrical and Electronic Engineering))--University of Stellenbosch, 2011. / AFRIKAANSE OPSOMMING: Hierdie proefskrif handel oor die natuurlike balanserings meganismes van veelvlakkige en modulêre omsetters wat fase-skuif dragolf puls wydte modulasie gebruik. Die meganismes kan in twee hoof groepe verdeel word: ‘n swak balanserings meganisme wat afhanklik is van die oorvleuling van die skakelfunksies en ‘n sterk meganisme wat voorkom ongeag of die skakelfunksies oorvleul al dan nie. Die sterk meganisme verdeel verder in twee subgroepe, ‘n direkte oordrag van onbalans energie en ‘n meganisme wat afhang van die verliese in die stelsel. Elkeen van die meganismes word aan die hand van ‘n omsetter topologie waarin die spesifieke meganisme oorheers beskryf en ontleed. In die ondersoek word klem geplaas op die daarstelling van uitdrukkings om die tydskonstantes van herbalansering na ’n afwyking vir elk van die omsetter toplologieë te beskryf. / ENGLISH ABSTRACT: This thesis investigates the natural balancing mechanisms in multilevel and modular converters using phase shifted carrier pulse width modulation. Two groups of mechanisms are identified; a weak balancing mechanism that is only present when the switching functions are interleaved and a strong mechanism that occurs irrespective of the interleaving of the switching functions. It is further shown that the strong balancing mechanism can be divided into a balancing mechanism that depends on the direct exchange of unbalance energy and a loss based balancing mechanism. Each of the mechanisms is discussed and analysed using a converter where the specific mechanism dominates as example. Emphasis is placed on the calculation of the rebalancing time constant following a perturbation. Closed form expressions for the rebalancing time constants for each of the analysed converters are presented.

This rapport deals with the construction of a self-balancing scooter. A self-balancing scooter is a two-wheel vehicle where the velocity is controlled by the tilt of the driver. When the driver leans forward and backward, the vehicle is running forward and backwards. The main task was to determine if the Arduino microcontroller could be used for the control system. An iron frame, control circuit and a tilt able handlebar were constructed. Two recycled permobil DC-motor were mounted onto the iron frame. An accelerometer and a gyrometer were obtaining the tilt of the handlebar and the scooter. The system was using locked Anti-phase drive and a PI-regulator to control the motors. The self-balancing scooter prototype worked well and was able to balance without any external help. The driver was able to control the speed by tilting forward or backward and was able to choose the direction by the tilt of the handlebar. The balance was affected negative by the backlashes from the gear and too weak H-bridges. If the project were made again, two three-phase hub motors with higher ratings would replace the DC-motors. Gears could be excluded and the backlashes are removed.

In this thesis, we propose novel optimization and spatial queueing models that expand the currently existing methods by allowing multiple servers to be located at the same station and multiple servers to be dispatched to a single call. In particular, a mixed integer linear programming (MILP) model is introduced that determines how to locate and dispatch ambulances such that the coverage level is maximized. The model allows multiple servers to be located at the same station and balances the workload among them while maintaining contiguous first priority response districts. We also propose an extension to the approximate Hypercube queueing model by allowing multi-server dispatches. Computational results suggest that both models are effective in optimizing and analyzing the emergency systems. We also introduce the M[G]/M/s/s queueing model as an extension to the M/M/s/s model which allows for multiple servers to be assigned to a single customer.

Cette thèse s’inscrit dans une perspective combinant le paradigme réaliste des relations internationales et la pensée clausewitzienne, afin d’évaluer l’impact des révolutions dans les affaires militaires (RAM) offensives sur les équilibres internationaux et la puissance militaire des Etats. Au sein d’un système international anarchique, une innovation offensive confère un avantage militaire à son possesseur devant lui permettre de façonner son environnement par un recours à la force pour transformer le statu quo et imposer plus aisément sa volonté à ses adversaires. Cette thèse propose d’évaluer l’impact des RAM offensives du XXe siècle sur la puissance militaire des Etats à l’aune de deux facteurs : la conservation par l’innovateur d’un avantage militaire sur ses adversaires et sa capacité à leur imposer sa volonté en leur infligeant une défaite décisive. La perspective réaliste et clausewitzienne adoptée amène ainsi à rappeler le caractère intrinsèquement interactif et compétitif d’un système anarchique. Source d’avantage militaire pour son possesseur, une RAM offensive est également source de menace et d’opportunité pour les acteurs l’observant. Son apparition et, plus encore, son emploi devraient ainsi susciter des réactions d’équilibre des puissances internes à l’origine d’une diffusion des capacités et d’une efficacité décroissante de l’innovation. Cette thèse rejette ensuite le postulat d’une relation de causalité simple entre RAM offensive et victoire. La capacité d’un innovateur à remporter une victoire décisive est avant tout conditionnée par des considérations politico-stratégiques telles que la définition des buts de guerre et la supériorité de la défensive sur l’offensive. Les hypothèses formulées sont testées à partir de l’étude de trois cas : la révolution des armes combinées de la Première Guerre mondiale, la « guerre-éclair », et la « guerre de précision » apparue au cours des deux dernières décennies. / This dissertation aims to assess the impact of Twentieh Century offensive revolutions in military affairs (RMA) on the distribution of military power in the international system. To do so, it combines elements from the realist paradigm of international relations and from clausewitzian strategic theory. In an anarchical international system, a state possessing an offensive RMA should be able to shape its security environment by changing the status quo and to impose its will on adversaries through the use of force. The impact of offensive innovations on states’ military power is assessed by looking at two variables: the ability of the innovator to maintain a military advantage over its adversaries, and its ability to impose its will by inflicting decisive defeats. Combining realism and clausewitzian theory leads us to reaffirm that an anarchical international system is intrinsically interactive and competitive. While an offensive RMA can offer a tremendous military advantage to its possessor, states facing it can see it as both a threat and an opportunity. Its disclosure and employment should trigger internal balancing policies, which would in turn cause a spread of military capabilities and decrease the RMA’s overall effectiveness. This dissertation also rejects the idea of a direct causal link between offensive RMAs and victory. Above all, an innovator’s ability to obtain decisive victory lies with political and strategic factors such as war aims and the superiority of defense over offense. Three case studies have been conducted to test the resulting hypotheses: the First World War combined-arms revolution, the blitzkrieg revolution, and the information technology revolution that occurred during the last two decades.

L'objectif de la thèse est de créer et développer de nouvelles méthodes de résolution efficaces des problèmes combinatoires en configuration des lignes de fabrication. Deux problèmes ont été particulièrement étudiés: le problème d'équilibrage et de choix d'équipement pour des lignes dédiées et le problème de minimisation des coûts de changements de séries pour des lignes multi-produits. Une solution du premier problème consiste en une affectation admissible des ressources à un nombre de stations à déterminer de sorte que le coût total soit minimal. Afin de résoudre ce problème, nous l'avons réduit au problème de partition d'ensemble et l'avons résolu par des heuristiques gloutonnes et une méthode exacte de génération de contraintes. Les expérimentations sur différentes instances ont montré que la nouvelle approche de résolution surclasse les approches antérieures de la littérature en termes de qualité de solution et de temps de calcul. Pour le second problème deux critères sont considérés lexicographiquement : la minimisation du nombre de stations et la minimisation du coût de changement de séries. Nous avons examiné successivement les cas d'exécution parallèle et séquentielle des opérations. Des solutions approchées ont été trouvées par des heuristiques gloutonnes. Ensuite, nous avons proposé deux modèles de programmation linéaire en nombres entiers (PLNE) afin de trouver le nombre de stations minimal et ensuite d'obtenir le coût de changement de séries minimal. Les résultats des expérimentations sur ces nouveaux problèmes se sont avérés prometteurs à la fois en termes de qualité de solution et de temps de calcul. / The objective of this thesis is to create and develop new effective solution methods for production line configuration problems. Two problems were studied: the equipment selection and balancing problem for dedicated lines and the setup cost minimization problem for multi-product lines. A solution for the first problem consists in a feasible assignment of the resources to an unknown number of stations so that the total cost is minimized. In order to solve this problem, we reduced it to the set partitioning problem and solved it by greedy heuristics and an exact method of constraint generation. The computer experiments on different problem instances showed that the new solution approach outperforms the previous methods from the literature both in terms of solution quality and computational time. For the second problem two criteria were considered lexicographically: the minimization of the number of stations and the minimization of the total setup cost. We examined successively the cases with parallel and sequential execution of operations. Approximate solutions were found by greedy heuristics. Then, we proposed two integer programming models in order to obtain the minimal number of stations and then the minimal setup cost. The experimental results for this new problem proved to be promising both in terms of solution quality and computational time.

Cette thèse traite du problème de la redistribution dynamique parallèle efficace de la charge pour les problèmes numériques de très grande taille. Nous présentons tout d'abord un état de l'art des algorithmes permettant de résoudre les problèmes du partitionnement, du repartitionnement, du placement statique et du re-placement. Notre première contribution vise à étudier, dans un cadre séquentiel, les caractéristiques algorithmiques souhaitables pour les méthodes parallèles de repartitionnement. Nous y présentons notre contribution à la conception d'un schéma multi-niveaux k-aire pour le calcul sequentiel de repartitionnements. La partie la plus exigeante de cette adaptation concerne la phase d'expansion. L'une de nos contributions majeures a été de nous inspirer des méthodes d'influence afin d'adapter un algorithme de raffinement par diffusion au problème du repartitionnement.Notre deuxième contribution porte sur la mise en oeuvre de ces méthodes sur machines parallèles. L'adaptation du schéma multi-niveaux parallèle a nécessité une évolution des algorithmes et des structures de données mises en oeuvre pour le partitionnement. Ce travail est accompagné d'une analyse expérimentale, qui est rendue possible grâce à la mise en oeuvre des algorithmes considérés au sein de la bibliothèque Scotch. / This thesis concerns efficient parallel dynamic load balancing for large scale numerical problems. First, we present a state of the art of the algorithms used to solve the partitioning, repartitioning, mapping and remapping problems. Our first contribution, in the context of sequential processing, is to define the desirable features that parallel repartitioning tools need to possess. We present our contribution to the conception of a k-way multilevel framework for sequential repartitioning. The most challenging part of this work regards the uncoarsening phase. One of our main contributions is the adaptation of influence methods to a global diffusion-based heuristic for the repartitioning problem. Our second contribution is the parallelization of these methods. The adaptation of the aforementioned algorithms required some modification of the algorithms and data structure used by existing parallel partitioning routines. This work is backed by a thorough experimental analysis, which is made possible thanks to the implementation of our algorithms into the Scotch library.

Le challenge de la consommation d'énergie dans les réseaux de capteurs sans fil constitue un verrou technologique qui reste un problème ouvert encore aujourd'hui. Ces travaux de thèse s'inscrivent dans la problématique de la conservation de l'énergie dans les réseaux de capteurs et s'articulent autour de deux axes. Dans la première partie, nous abordons le dimensionnement des protocoles de découverte de voisinage. Nous proposons deux techniques de dimensionnement de ces protocoles qui visent à optimiser la consommation d'énergie des nœuds capteurs. La première technique, PPM-BM, consiste à dimensionner le protocole de découverte de voisins en fonction du niveau de batterie du nœud. La deuxième approche, ECoND, vise à ajuster la fréquence de découverte de voisins en fonction de la connectivité estimée à chaque instant. Cette technique tire profit des cycles temporels des modèles de mouvement des nœuds. La connectivité est estimée en se basant sur l'historique des rencontres. La découverte de voisins est ajustée en fonction du taux de connectivité estimé. Les résultats enregistrés mettent en évidence l'efficacité de ces deux techniques dans l'optimisation de la consommation d'énergie des nœuds sans affecter les performances de taux de livraison de messages et d'overhead. La deuxième partie de la thèse concerne l'optimisation des performances des réseaux de capteurs en termes de durée de vie. Nous reconsidérons dans cette partie certains protocoles de routage relevant du domaine des réseaux à connectivité intermittente et nous proposons le protocole EXLIOSE qui se base sur la capacité d'énergie résiduelle au niveau des nœuds pour assurer un équilibre énergétique, partager la charge et étendre à la fois la durée de vie des nœuds ainsi que celle du réseau / The challenge of energy consumption in wireless sensor networks is a key issue that remains an open problem. This thesis relates to the problem of energy conservation in sensor networks and is divided into two parts. In the first part, we discuss the design of neighbor discovery protocols. We propose two techniques for modulating these protocols in order to optimize the energy consumption of sensor nodes. The first technique, PPM-BM aims to modulate the neighbor discovery protocol based on the battery level of the node. The second approach ECoND aims to set up the frequency of neighbor discovery based on estimated connectivity. This technique takes advantage of the temporal cycles of nodes' movement patterns. Connectivity is estimated based on encounters' history. A neighbor discovery is set up based on the estimated rate of connectivity. The achieved results demonstrate the effectiveness of these techniques in optimizing the energy consumption of nodes while maintaining acceptable message delivery and overhead rates. In the second part of the thesis, we contribute to the optimization of the performance of sensor networks in terms of network lifetime. We review in this section some routing protocols for networks with intermittent connectivity and we propose EXLIOSE protocol which is based on residual energy to ensure energy-balancing, load sharing and network lifetime extending