The theme of this thesis relates to solving the optimal portfolio selection problems using linear programming. There are two key contributions in this thesis. The first contribution is to generalize the well-known linear optimization framework of Conditional Value-at-Risk (CVaR)-based portfolio selection problems (see Rockafellar and Uryasev (2000, 2002)) to more general risk measure portfolio selection problems. In particular, the class of risk measure under consideration is called the Coherent Distortion Risk Measure (CDRM) and is the intersection of two well-known classes of risk measures in the literature: the Coherent Risk Measure (CRM) and the Distortion Risk Measure (DRM). In addition to CVaR, other risk measures which belong to CDRM include the Wang Transform (WT) measure, Proportional Hazard (PH) transform measure, and lookback (LB) distortion measure. Our generalization implies that the portfolio selection problems can be solved very efficiently using the linear programming approach and over a much wider class of risk measures. The second contribution of the thesis is to establish the equivalences among four formulations of CDRM optimization problems: the return maximization subject to CDRM constraint, the CDRM minimization subject to return constraint, the return-CDRM utility maximization, the CDRM-based Sharpe Ratio maximization. Equivalences among these four formulations are established in a sense that they produce the same efficient frontier when varying the parameters in their corresponding problems. We point out that the first three formulations have already been investigated in Krokhmal et al. (2002) with milder assumptions on risk measures (convex functional of portfolio weights). Here we apply their results to CDRM and establish the fourth equivalence. For every one of these formulations, the relationship between its given parameter and the implied parameters for the other three formulations is explored. Such equivalences and relationships can help verifying consistencies (or inconsistencies) for risk management with different objectives and constraints. They are also helpful for uncovering the implied information of a decision making process or of a given investment market. We conclude the thesis by conducting two case studies to illustrate the methodologies and implementations of our linear optimization approach, to verify the equivalences among four different problem formulations, and to investigate the properties of different members of CDRM. In addition, the efficiency (or inefficiency) of the so-called 1/n portfolio strategy in terms of the trade off between portfolio return and portfolio CDRM. The properties of optimal portfolios and their returns with respect to different CDRM minimization problems are compared through their numerical results.

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A new technique to qualitatively measure distortion in dynamically controlled audio systems using non-stationary noise sequences is explored and compared to traditional methods based upon stationary test signals. This technique can easily be adapted to give a qualitative measure of distortion as a function of the perceived Sound Pressure Level (SPL).

<p>The purpose of this research was to determine what components of a complex centrifugal  compression system inlet needed to be modelled to accurately predict the swirl and total pressure  distortions at the compressor face. Two computational models were developed. A full-fidelity case  where all the inlet geometry was modelled and a reduced model where a small portion of the inlet  was considered. Both the numerical cases were compared with experimental data from a research  compressor rig developed by Honeywell Aerospace. The test apparatus was designed with a  modular inlet system to develop swirl distortion patterns. The modular inlet system utilized  transposable baffles within the radial-to-axial section of the inlet and blockage plates of varying  sizes and geometries at the inlet to this section.  Discerning the dominant inlet component that dictates distortion behavior at the compressor  face would allow the reduced modelling of inlet components for compression systems and would  allow coupling with more tortuous systems. Furthermore, it would reduce the design iteration and  simulation time of the inlet systems. Several investigations utilizing a reduced model only  considering a radial-to-axial inlet are available in literature, but no comprehensive justification has  been presented as to the impact this has on the distortion behavior.   Experimental surveys of flow conditions just upstream of the inducer of the centrifugal  compressor were conducted at several operating conditions. The highest and lowest mass flow  rates of these operating points were simulated using ANSYS CFX 2020R1 for both the  computational models. Multiple inlet configurations were simulated to test the robustness of the  reduced model in comparison to the full fidelity. The numerical simulations highlighted  shortcomings of the instrumentation used to characterize the experimental flow field at the inducer,  particularly with respect to total pressure distortion. Furthermore, transient pressure data were  measured in experiment and indicated unsteady fluctuations in the inlet that would not be captured  by steady computational fluid dynamic simulations. These data matched locations of disagreement  with swirl distortion behavior at high mass flow rates. This suggested that transient vortex  movement occured at the aerodynamic interface plane in certain configurations.   The total pressure distortion metrics between the two models were remarkably comparable.  Furthermore, the simplified model accurately predicted the mixing losses associated with the  blockage plates at the inlet to the radial-to-axial inlet using a simple inlet extension. Swirl  18  distortion was dictated by the radial-to-axial inlet. The reduced model data trends were comparable  with experiment for both the baffle and blocker plate configurations. The swirl intensities for all  configurations were comparable between the two models. The reduced model swirl directivity  trends matched those of experiment. The most notable deviations between the full-fidelity model  and the reduced model were observed with swirl directivity numerics. </p>

Com o surgimento das novas tecnologias aplicadas aos equipamentos e arranjos geométricos das fontes renováveis de energia, o sistema de aterramento passou a operar com correntes de várias frequências, diferentes da componente fundamental. Estas correntes são provenientes das novas cargas não lineares conectadas e das condições de falta, tornando mais difícil a equipotencialização do sistema de aterramento, devido, principalmente, ao seu tamanho e sua geometria. Neste cenário, esta pesquisa tem como objetivo o estudo do comportamento de um sistema de aterramento operando na presença de correntes com distorção harmônica. Para a modelagem do sistema de aterramento teste, foi utilizada a teoria de linhas de transmissão, considerando parâmetros distribuídos, pela qual o condutor foi modelado em porções ao longo de seu comprimento. Para a modelagem e análise do sistema de aterramento foram utilizados o programa ATP (Alternative Transients Program) e uma ferramenta computacional comercial, com o intuito de validar os valores da resistência da malha de aterramento observados. Pelos resultados encontrados, têm-se argumentos para alertar os projetos futuros de sistemas de aterramento para a necessidade e uma melhor análise das situações operacionais passíveis de ocorrência no sistema elétrico que venham a apresentar uma composição harmônica diferente e não desprezível em relação ao componente fundamental. / With the rise of new technology applied to devices and geometric arrangements related to renewable energy sources, grounding systems have started to operate with currents of multiple frequencies, deviating from its fundamental component. These currents come from the connection of new nonlinear loads and fault conditions, which makes the equipotential bonding harder for the grounding system, mainly due to its size and geometry. In this scenario, this research aims to study the behavior of a grounding system operating in the presence of harmonically distorted currents. The transmission line theory was used to model the testing grounding system, based on distributed parameters, through which the conductor was modeled in increments along its length. For modeling and studying the grounding system, the ATP (Alternative Transients Program) and a commercial software tool were used in order to validate the resistance values observed in the grounding grid. Based on the results found, there are arguments to alert future grounding system projects about the need for a better assessment of operational scenarios likely to occur in the electrical system, which may display a different harmonic composition that is not negligible in relation to the fundamental component.

Com o surgimento das novas tecnologias aplicadas aos equipamentos e arranjos geométricos das fontes renováveis de energia, o sistema de aterramento passou a operar com correntes de várias frequências, diferentes da componente fundamental. Estas correntes são provenientes das novas cargas não lineares conectadas e das condições de falta, tornando mais difícil a equipotencialização do sistema de aterramento, devido, principalmente, ao seu tamanho e sua geometria. Neste cenário, esta pesquisa tem como objetivo o estudo do comportamento de um sistema de aterramento operando na presença de correntes com distorção harmônica. Para a modelagem do sistema de aterramento teste, foi utilizada a teoria de linhas de transmissão, considerando parâmetros distribuídos, pela qual o condutor foi modelado em porções ao longo de seu comprimento. Para a modelagem e análise do sistema de aterramento foram utilizados o programa ATP (Alternative Transients Program) e uma ferramenta computacional comercial, com o intuito de validar os valores da resistência da malha de aterramento observados. Pelos resultados encontrados, têm-se argumentos para alertar os projetos futuros de sistemas de aterramento para a necessidade e uma melhor análise das situações operacionais passíveis de ocorrência no sistema elétrico que venham a apresentar uma composição harmônica diferente e não desprezível em relação ao componente fundamental. / With the rise of new technology applied to devices and geometric arrangements related to renewable energy sources, grounding systems have started to operate with currents of multiple frequencies, deviating from its fundamental component. These currents come from the connection of new nonlinear loads and fault conditions, which makes the equipotential bonding harder for the grounding system, mainly due to its size and geometry. In this scenario, this research aims to study the behavior of a grounding system operating in the presence of harmonically distorted currents. The transmission line theory was used to model the testing grounding system, based on distributed parameters, through which the conductor was modeled in increments along its length. For modeling and studying the grounding system, the ATP (Alternative Transients Program) and a commercial software tool were used in order to validate the resistance values observed in the grounding grid. Based on the results found, there are arguments to alert future grounding system projects about the need for a better assessment of operational scenarios likely to occur in the electrical system, which may display a different harmonic composition that is not negligible in relation to the fundamental component.

Os requisitos de linearidade e ruído em aplicações multi-banda e multi-protocolo fazem que o projeto de misturadores RF seja uma tarefa muito desafiadora. Nesta dissertação dois misturadores com base na topologia célula de Gilbert são propostas. Linearidade e ruído foram as principais figuras de mérito consideradas para o misturadores propostos. Para aumento linearidade, foi utilizada uma técnica de cancelamento de harmônicas pós-distorção (PDHC). E, para redução de ruído, foi utilizado um circuito de redução dinâmica de corrente combinada com um filtro LC sintonizado na frequência do LO e cancelamento de ruído térmico. A análise por séries Volterra do estágio transcondutância do misturador proposto é reportada para mostrar a eficácia da técnica de cancelamento de harmônicos com pósdistorção. O circuito de linearização adicionado não aumenta o tamanho do misturador, nem degrada ganho de conversão, figura de ruído, ou consumo de potência. Simulações elétricas foram realizadas em nível de pós-layout para a primeira topologia e nível esquemático para a segunda topologia, usando processo CMOS de 0.13 mm da IBM. As melhorias em IIP2 e IIP3 são apresentadas em comparação com o misturador do tipo célula de Gilbert convencional. Para a primeira topologia, foi obtido um ganho de conversão de 10.2 dB com uma NF de 12 dB para o misturador projetado funcionando a 2 GHz, com uma frequência intermediária de 500 kHz. E um IIP2 e IIP3 de 55 dBm e 10.9 dBm, respectivamente, consumindo apenas 5.3 mW de uma fonte de 1.2 V. Para a segunda topologia, foram obtidos um ganho de conversão de [13.8 ~11] dB, um coeficiente de reflexão na entrada (S11) de [-18 ~-9.5] dB e um NF de [8.5 ~11] dB no intervalo de 1 a 6 GHz. Para as especificações de linearidade, um valor médio de IIP3 de 0 dBm foi alcançado para toda a faixa de frequência, consumindo 19.3 mW a partir de uma fonte de 1.2 V. Especificações adequadas para operação multi-banda e multi-protocolo. / The linearity and noise requirements in multi-band multi-standard applications make the design of RF CMOS mixers a very challenging task. In this dissertation two downconversion mixers based on the Gilbert-cell topology are proposed. Linearity and noise were the principal figures of merit for the proposed mixers. For linearity improvement, post distortion harmonic cancellation (PDHC) was employed. And, for noise reduction, dynamic current injection combined with an LC filter tuned at the LO frequency and thermal-noise cancellation were used. A Volterra series analysis of the transconductance stage is reported to show the effectiveness of the post-distortion harmonic cancellation technique. The added linearization circuitry does not increase the size of the mixer, nor does it degrade conversion gain, noise figure, or power consumption. Electrical simulations were performed on extracted layout level from the first topology and schematic level from the second topology. Using an IBM 0.13 mm CMOS process improvements on IIP3 and IIP2 in comparison to the conventional Gilbert-cell mixer are demonstrated. For the first topology, we achieved a conversion gain of 10.2 dB with a NF of 12 dB for the designed mixer working at 2 GHz, with a low-IF of 500 kHz and an IIP2 and IIP3 of 55 dBm and 10.9 dBm, respectively, while consuming only 5.3 mW from a 1.2 V supply. For the second topology, we achieved a conversion gain range of [13.8 ~11] dB, an input reflection coefficient (S11) of [-18 ~-9.5] dB and a NF of [8.5 ~11] dB in the frequency range of 1 to 6 GHz. For the linearity specs, an IIP3 of 0 dBm was achieved for the whole frequency range, while consuming 19.3 mW from a 1.2 V supply, making the second topology well suited for multi-band and multi-standard operation.

As distorções de forma de componentes mecânicos, que ocorrem durante a fabricação, constituem um sério problema enfrentado pela indústria metal-mecânica. Neste trabalho, avaliou-se uma rota de fabricação de barras de aço ABNT 1045 envolvendo os processos de trefilação, alívio de tensões e têmpera por indução utilizando-se uma visão holística do processo. Após um estudo detalhado, variou-se 5 parâmetros do processo, sendo eles: corrida, ângulo de fieira, ângulo de endireitamento, temperatura de alívio de tensões e profundidade de camada temperada. Caracterizou-se as tensões residuais, em todas as etapas do processo, utilizando-se as técnicas de difração de raios-X, difração de nêutrons e difração de radiação Síncrotron, bem como, a microestrutura do material. Após as etapas de trefilação combinada e tratamento térmico avaliou-se as distorções de forma, utilizando-se um equipamento de medição por coordenadas e posteriormente calculou-se os vetores distorção. Os dados obtidos foram analisados utilizando-se o software Minitab® através da montagem de uma matriz DoE (Design of Experiments). A partir dos resultados obtidos, avaliou-se quais etapas do processo induzem maior "potencial de distorção" nos componentes. A partir das medições de tensões residuais foi obtida uma visão detalhada de como estas tensões residuais se distribuem no material após cada etapa do processo, os dados mostram diferenças significativas ao longo das posições periféricas nas etapas de pré-endireitamento e trefilação. Dados apontam que a distribuição da zona de segregação é responsável pelo comportamento diferente nas duas corridas analisadas em relação às distorções. As tensões residuais geradas no endireitamento do fio-máquina são responsáveis por causar heterogeneidades no material e induzem um alto “potencial de distorção”. Nos parâmetros de processo estudados as deformações induzidas no processo de trefilação não foram capazes de eliminar as distribuições heterogêneas de tensões residuais geradas no pré-endireitamento, porém utilizando-se o ângulo de fieira de 15º houve uma diminuição da distorção após a têmpera por indução. Após o processo de endireitamento por rolos cruzados (PERC) a distribuição das tensões residuais na superfície é mais homogênea para os ângulos de ferramenta avaliados neste trabalho (16º e 18º), entretanto existem diferenças significativas na distribuição de tensões residuais no núcleo do material, e estas diferenças são umas das causadoras das distorções após o processo de têmpera por indução. / Shape distortions are a serious problem in the metalworking industry, distortion due to heat treatment is responsible for additional and cost machining operations. Minimizing or even avoiding heat treatment distortion is one of the key factors to minimize production costs. In the past, investigations had focused on single effects or isolated parameters steps in a manufacturing chain. It is well established now that each step of the process chain generates a “distortion potential” and a new global approach, treating distortion as a system attribute, analyzing the entire manufacturing chain from steelmaking to heat treatment process is necessary. The main idea of distortion engineering is that all steps of the manufacturing chain together contribute to the final distortion behavior. In this work, a steel route of combined cold-drawing process to induction hardening of ABNT 1045 steel bars was investigated. The residual stresses characterizations were carried out using X-ray diffraction, neutron diffraction and synchrotron diffraction methods. The identification and interaction between factors on distortion behavior was carried out using statistical analysis, with the aid of DoE (Design of Experiments). For the DoE method the number of causes that can be considered were 5 parameters of the process, including: different batches, drawing angle, PERC angle, stress relief temperature and induction hardening depth. From the results obtained, the evaluation of which steps in the process induce higher "distortion potential" during the various steps of the process was carried out. From the measurements of residual stresses a detailed view of how these residual stresses are distributed for material in each step of the process was obtained, the results show significant differences along the peripheral positions in the pre-straightening and drawing stages. The experimental results indicate the microstructure of the material, wire rod geometry and the die angle process parameters as main "distortion potentials".

As distorções de forma de componentes mecânicos, que ocorrem durante a fabricação, constituem um sério problema enfrentado pela indústria metal-mecânica. Neste trabalho, avaliou-se uma rota de fabricação de barras de aço ABNT 1045 envolvendo os processos de trefilação, alívio de tensões e têmpera por indução utilizando-se uma visão holística do processo. Após um estudo detalhado, variou-se 5 parâmetros do processo, sendo eles: corrida, ângulo de fieira, ângulo de endireitamento, temperatura de alívio de tensões e profundidade de camada temperada. Caracterizou-se as tensões residuais, em todas as etapas do processo, utilizando-se as técnicas de difração de raios-X, difração de nêutrons e difração de radiação Síncrotron, bem como, a microestrutura do material. Após as etapas de trefilação combinada e tratamento térmico avaliou-se as distorções de forma, utilizando-se um equipamento de medição por coordenadas e posteriormente calculou-se os vetores distorção. Os dados obtidos foram analisados utilizando-se o software Minitab® através da montagem de uma matriz DoE (Design of Experiments). A partir dos resultados obtidos, avaliou-se quais etapas do processo induzem maior "potencial de distorção" nos componentes. A partir das medições de tensões residuais foi obtida uma visão detalhada de como estas tensões residuais se distribuem no material após cada etapa do processo, os dados mostram diferenças significativas ao longo das posições periféricas nas etapas de pré-endireitamento e trefilação. Dados apontam que a distribuição da zona de segregação é responsável pelo comportamento diferente nas duas corridas analisadas em relação às distorções. As tensões residuais geradas no endireitamento do fio-máquina são responsáveis por causar heterogeneidades no material e induzem um alto “potencial de distorção”. Nos parâmetros de processo estudados as deformações induzidas no processo de trefilação não foram capazes de eliminar as distribuições heterogêneas de tensões residuais geradas no pré-endireitamento, porém utilizando-se o ângulo de fieira de 15º houve uma diminuição da distorção após a têmpera por indução. Após o processo de endireitamento por rolos cruzados (PERC) a distribuição das tensões residuais na superfície é mais homogênea para os ângulos de ferramenta avaliados neste trabalho (16º e 18º), entretanto existem diferenças significativas na distribuição de tensões residuais no núcleo do material, e estas diferenças são umas das causadoras das distorções após o processo de têmpera por indução. / Shape distortions are a serious problem in the metalworking industry, distortion due to heat treatment is responsible for additional and cost machining operations. Minimizing or even avoiding heat treatment distortion is one of the key factors to minimize production costs. In the past, investigations had focused on single effects or isolated parameters steps in a manufacturing chain. It is well established now that each step of the process chain generates a “distortion potential” and a new global approach, treating distortion as a system attribute, analyzing the entire manufacturing chain from steelmaking to heat treatment process is necessary. The main idea of distortion engineering is that all steps of the manufacturing chain together contribute to the final distortion behavior. In this work, a steel route of combined cold-drawing process to induction hardening of ABNT 1045 steel bars was investigated. The residual stresses characterizations were carried out using X-ray diffraction, neutron diffraction and synchrotron diffraction methods. The identification and interaction between factors on distortion behavior was carried out using statistical analysis, with the aid of DoE (Design of Experiments). For the DoE method the number of causes that can be considered were 5 parameters of the process, including: different batches, drawing angle, PERC angle, stress relief temperature and induction hardening depth. From the results obtained, the evaluation of which steps in the process induce higher "distortion potential" during the various steps of the process was carried out. From the measurements of residual stresses a detailed view of how these residual stresses are distributed for material in each step of the process was obtained, the results show significant differences along the peripheral positions in the pre-straightening and drawing stages. The experimental results indicate the microstructure of the material, wire rod geometry and the die angle process parameters as main "distortion potentials".