A preconditioner to improve the convergence properties of Krylov subspace solvers is derived and analyzed in this work. This method is adapted to linear systems arising from a finite-element discretization of a phase-field crystal equation.

Eine phasische Ausschüttung des Neurotransmitters Dopamin wird u.a. mit positivem Affekt, der Reaktivität auf Neuheit und kognitiver Handlungssteuerung in Verbindung gebracht. In der vorliegenden Doktorarbeit wurde der dopaminerge Einfluss auf die Flexibilität und Stabilität der Handlungssteuerung untersucht. Für eine zielgerichtete Handlung sind beide antagonistischen Anforderungen notwendig. Einerseits müssen gewählte Handlungsabsichten gegenüber irrelevanten Ablenkungsreizen abgeschirmt und somit stabilisiert werden. Andererseits müssen diese Absichten im Falle handlungsrelevanter Änderungen der Situation flexibel angepasst werden. Als theoretische Grundlage für die vorliegende Arbeit dienten in diesem Zusammenhang folgende Kernthesen von Miller und Cohen (2001): (1) Der präfrontale Kortex (PFC) ist entscheidend an der Regulation der Handlungssteuerung beteiligt. (2) Eine phasische Dopaminausschüttung ermöglicht die Aufnahme neuer Reize im PFC und damit die Möglichkeit, gegebenenfalls aktuelle Regeln und Ziele zu ändern. (3) Eine phasische Dopaminausschüttung verschiebt demnach die Balance zwischen einer flexiblen und stabilen Handlungssteuerung in Richtung Flexibilität. In den ersten beiden Studien der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss interindividueller Unterschiede dopaminerger Aktivität auf die Flexibilität der Handlungssteuerung untersucht. Als Prädiktoren wurden die spontane Lidschlagrate (EBR), die Polymorphismen COMT Val-158-Met und DRD4 Exon III sowie das Geschlecht eingesetzt. In der dritten Studie sollte eine Dopaminausschüttung experimentell durch die Darbietung von Signalen einer potenziellen Belohnung (Geldgewinn) stimuliert werden. Hierdurch sollten die beobachteten Zusammenhänge aus den ersten beiden Studien erhärtet und in einem erweiterten theoretischen Kontext untersucht werden. In allen drei Studien zeigte sich ein signifikanter Zusammenhang von Lidschlagrate und kognitiver Flexibilität (mittleres η²=8%). Entsprechend der Vorhersage wurde mit steigender Lidschlagrate eine erhöhte Flexibilität beobachtet. Ferner ergaben sich Interaktionseffekte zwischen EBR und DRD 4 Exon III Polymorphismus bzw. EBR und Geschlecht, sowie ein Geschlechtshaupteffekt. Zur Stabilität dieser Effekte konnte jedoch jeweils keine abschließende Aussage gemacht werden. In der dritten Studie zeigte sich bei Darbietung des Belohnungssignals eine erhöhte kognitive Stabilität (η²=7%). Dieser Zusammenhang wurde vom subjektiven Erlebens des Experiments moderiert (η²=11%): Personen, die den Eindruck hatten, ohne große Anstrengung viel zu gewinnen, zeigten eine erhöhte kognitive Flexibilität. Diese beiden Befunde können innerhalb einer integrativen Theorie von Cohen et al. (2004) plausibel erklärt werden. Der Belohnungs-Haupteffekt könnte auf die Dominanz eines (noradrenergen) Wirkungspfades im Kontext der Wettkampfsituation hinweisen. Der moderierende Effekt des subjektiven Erlebens könnte gemäß der oben erläuterten Kernthesen von Miller und Cohen (2001) als gleichzeitige Flexibilisierung über den dopaminergen Wirkungspfad interpretiert werden, die insbesondere bei geringer wahrgenommener Anstrengung dominieren kann. Als wichtigstes Ergebnis der vorliegenden Arbeit kann zusammenfassend festgestellt werden, dass die Hypothese einer dopaminergen Beeinflussung der Flexibilitäts-Stabilitäts-Balance der kognitiven Handlungssteuerung durch die Ergebnisse der drei Studien unterstützt werden konnte. Dabei erwies sich insbesondere die spontane Lidschlagrate als zuverlässiger non-invasiver und effizient zu erhebender Prädiktor dopaminerger Aktivität. Der flexibilisierende Einfluss von Dopamin kann von einem stabilisierenden Einfluss überlagert werden. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn eine erforderliche Leistung zur Erreichung einer Belohnung als nützlich eingeschätzt und subjektiv als anstrengend wahrgenommen wird. / Converging evidence suggests a modulatory role of the neurotransmitter dopamine concerning reward, positive affect, novelty, and cognitive control. According to Miller and Cohen (2001) a phasic burst of dopamine shifts the balance between cognitive flexibility versus stability towards increased flexibility. Based on this assumption the current dissertation aimed at revealing associations between correlates of dopaminergic activity and the cognitive flexibility in an attentional set-shifting paradigm. In the first two studies we examined individual differences in the spontaneous eyeblink rate (EBR), the polymorphisms DRD4 exon III and COMT Val158Met polymorphism, as well as gender. In the third study we examined the impact of prospective monetary gains. Through this the findings of the first two studies should be validated and tested in an extended theoretical background. In all three studies an association between high EBR and increased cognitive flexibility was observed (mean η²=8%). Thus the main thesis of Miller and Cohen (2001) could be confirmed. Furthermore we observed interactions between EBR and DRD4 and EBR and gender, as well as a gender main effect on cognitive flexibility. In the third study we observed increased cognitive stability in the face of prospective gains (η²=7%). However, this effect was modulated by the subjective evaluation of the reward cues: participants who reported increasing their effort in response to reward cues showed increased cognitive stability whereas those who reported a positive and relaxed attitude towards the reward cues showed increased flexibility (η²=11%). The results thus suggest that the flexibility-stability-balance is modulated by the perceived effort needed to receive the potential reward.

Die intratracheale Applikation von Perfluorcarbonen (PFC) in ungeschädigte Lungen, z.B. als Röntgenkontrastmittel und zur PFC-induzierten cerebralen Kühlung, wird derzeit diskutiert. Ob es aufgrund der Dichte und Sauerstofflöslichkeit der PFC zu einer Beeinflussung der cerebralen Oxygenierung und Hämodynamik durch die pulmonale PFC Applikation kommt, ist bisher unbekannt. Änderungen der Konzentration von cerebralem oxygeniertem und totalem Hb koennen mittels Near-infrared Spectroscopy gemessen werden. I.) Effekt durch die PFC-Applikation in gesunde Lungen neugeborener Ferkel: Es wurden zwei verschiedene Applikationsgeschwindigkeiten (30 ml PFC pro kg Körpergewicht als Bolusgabe versus 1,5 ml/min pro kg) und zwei Füllvolumen (30 versus 10 ml/kg) verglichen. Die Bolusgabe bewirkt einen sofortigen Abfall des PaO2 und der cerebralen Oxygenierung, bei langsamer Gabe des gleichen Volumens ist dies weniger ausgeprägt. Mit 10 ml/kg PFC fand sich nahezu keine Beeinflussung der Parameter. II.) Effekte der Änderung der FiO2 in PFC-gefüllten Lungen: Hierfür wurden Änderungen der FiO2 unter konventioneller Druckbeatmung vor PFC-Applikation und unter PFC-Füllung (30 oder 10 ml/kg PFC) verglichen. Beide PFC-Volumen (mit FiO2 1,0) bedingten PaO2-Werte wie unter CMV mit FiO2 von 0,5. Mit 30 ml/kg PFC kam es unter FiO2 von 0,5 zur Abnahme des cerebralen oxygenierten Hb. Zusammenfassend ergibt sich, dass die Applikation von 10 ml PFC/kg bevorzugt werden sollte. Bei kompletter Füllung der Lungen werden durch langsame Applikation cerebrale Nebenwirkungen minimiert. In PFC-gefüllten gesunden Lungen ist zum Erhalt der systemischen und cerebralen Oxygenierung die FiO2 zu erhöhen. / Intratracheal administration of perfluorochemicals (PFC) has been suggested for reasons other than respiratory insufficiency, such as pulmonary imaging and PFC-associated brain cooling. Due to their high density and oxygen solubility, PFC application has been described to affect systemic hemodynamics and oxygenation during liquid ventilation. Whether the PFC application into healthy lungs or changes in inspired oxygen fraction (FiO2) in PFC-filled healthy lungs affects cerebral hemodynamics is not known. Changes in the concentration of cerebral oxygenated and total Hb can be measured by near-infrared spectroscopy (NIRS). I.) Initial effects of PFC application into healthy lungs of newborn piglets: Two different filling modes (rapid versus slow) and two different filling volumes (slow filling of 30 versus 10 ml PFC/kg body weight) were compared. Rapid filling caused an immediate drop of systemic and cerebrale oxygenation, which was less prominent by filling 30 ml/kg PFC slowly. Almost no changes for all parameters were found with 10 ml kg/PFC. II.) Effects of variations in FiO2 in the PFC filled lungs of healthy piglets: Changes in FiO2 during conventional mechanical ventilation (CMV) prior to PFC-application and in the PFC-filled lungs (30 ml/kg or 10 ml/kg PFC) were compared. Both PFC-volumes (at a FiO2 of 1.0) caused PaO2-values that were similar to CMV with FiO2 of 0.5. In the 30 ml/kg PFC group a reduction of cerebral oxygenated Hb was found at FiO2 of 0.5. According to the data application of 10 ml/kg PFC should be preferred. If complete filling of the lung is needed, the slow administration of PFC minimizes cerebral side effects. In PFC- filled healthy lungs an increase in FiO2 is necessary to maintain systemic and cerebral oxygenation.

The thesis describes theoretical and experimental studies on the chaotic behaviour of a peak current-mode controlled boost converter, a parallel two-module peak current-mode controlled DC-DC boost converter, and a peak current-mode controlled power factor correction (PFC) boost converter. The research concentrates on converters which do not have voltage control loops, since the main interest is in the intrinsic mechanism of chaotic behaviour. These converters produce sub-harmonics of the clock frequency at certain values of the reference current I[ref] and input voltage V[in], and may behave in a chaotic manner, whereby the frequency spectrum of the inductor becomes continuous. Non-linear maps for each of the converters are derived using discrete time modelling and numerical iteration of the maps produce bifurcation diagrams which indicate the presence of subharmonics and chaotic operation. In order to check the validity of the analysis, MATLAB/SIMULINK models for the converters are developed. A comparison is made between waveforms obtained from experimental converters, with those produced by the MATLAB/SIMULINK models of the converters. The experimental and theoretical results are also compared with the bifurcation points predicted by the bifurcation diagrams. The simulated waveforms show excellent agreement, with both the experimental waveforms and the transitions predicted by the bifurcation diagrams. The thesis presents the first application of a delayed feedback control scheme for eliminating chaotic behaviour in both the DC-DC boost converter and the PFC boost converter. Experimental results and FORTRAN simulations show the effectiveness and robustness of the scheme. FORTRAN simulations are found to be in close agreement with experimental results and the bifurcation diagrams. A theoretical comparison is made between the above converters controlled using delayed feedback control and the popular slope compensation method. It is shown that delayed feedback control is a simpler scheme and has a better performance than that for slope compensation.

Ce travail vise une exploration et une évaluation de nouvelles variantes de topologies multiniveaux AC/DC non réversibles (PFC) du point de vue de leur sûreté de fonctionnement : recherche d'une grande sécurité électrique sur destruction interne et maintien d'une continuité de fonctionnement. Elles sont caractérisées par une connexion AC non différentielle, un partitionnement cellulaire en série et symétrique autour d'un point milieu. Cette organisation permet d'exploiter la redondance active série entre les cellules d'un même groupe et l'effet de ségrégation topologique qui apparaît entre les deux groupes de cellules. Les structures étudiées sont modulaires et peuvent être parallélisées et étendues à un nombre quelconque de phases. Elles ne possèdent que des cellules mono-transistors basse-tension (Si et SiC 600V max) performantes et intrinsèquement tolérantes aux imperfections de la commande et aux parasites donc naturellement sécurisées. Les comparaisons prenant en compte les pertes, la répartition des pertes, le dimensionnement et le report de contraintes sur défaut interne mettent en avant la structure PFC Double- Boost Flying Cap. à 5 Niveaux, brevetée en début de thèse, comme une solution ayant le meilleur compromis. Sur le plan théorique nous montrons que le seul calcul de la fiabilité basé uniquement sur un critère d'occurrence au premier défaut est inadapté pour décrire ce type de topologie. La prise en compte de la tolérance de panne est nécessaire et permet d'évaluer la fiabilité globalement sur une panne effective (i.e. au second défaut). L'adaptation de modèles théoriques de fiabilité à taux de défaillance constant mais prenant en compte, au niveau de leurs paramètres, le report de contrainte en tension et l'augmentation de température qui résulte d'un premier défaut, permet de chiffrer par intégration et en valeur relative, le gain obtenu sur un temps court. Ce résultat est compatible avec les systèmes embarqués et la maintenance conditionnelle. Un prototype monophasé à 5 niveaux, à commande entièrement numérique et à MLI optimisée reconfigurable en temps réel a été réalisé afin de valider l'étude. Il permet une adaptation automatique de la topologie de 5 à 4 puis à 3 niveaux par exemple. Ce prototype a également servi de banc de test d'endurance du mode de défaillance sur claquage - avalanche de transistors CoolMos™ et diodes SiC, volontairement détruits individuellement dans des conditions d'énergie maîtrisée et reproductibles, afin de prouver expérimentalement le maintien du service sur plusieurs centaines d'heures au prix d'un derating de 30% maximum en puissance seulement. La détection et le diagnostic rapide de défauts internes ont également été traités dans ce travail. D'une part, par la surveillance directe et le seuillage des tensions internes (tensions flottantes) et d'autre part, par une détection harmonique de la fréquence de base (amplitude et phase) en temps réel. Ces deux techniques ont été intégrées numériquement et évaluées sur le prototype, en particulier la seconde qui ne requiert qu'un seul capteur. VI Enfin, nous proposons dans ce travail une nouvelle variante PFC Vienna multicellulaire expérimentée en fin de mémoire, utilisant deux fois moins de transistors et de drivers pour les mêmes performances fréquentielles au prix d'un rendement et d'une répartition des pertes légèrement moins favorables que la structure brevetée.

The existence of polymer constituent in piezoelectric fiber composites (PFCs) could lead to significant viscoelastic behaviors, affecting overall performance of PFCs. High mechanical and electrical stimuli often generate significant amount of heat, increasing temperatures of the PFCs. At elevated temperatures, most materials, especially polymers show pronounced time-dependent behaviors. Predicting time-dependent responses of the PFCs becomes important to improve reliability in using PFCs. We study overall performance of PFCs having unidirectional piezoceramic fibers, such as PZT fibers, dispersed in viscoelastic polymer matrix. Two types of PFCs are studied, which are active fiber composites (AFCs) and macro fiber composites (MFCs). AFCs and MFCs consist of unidirectional PZT fibers dispersed in epoxy placed between two interdigitated electrode and kapton layers. The AFCs have a circular fiber cross-section while the MFCs have a square fiber cross-section. Finite element (FE) models of representative volume elements (RVEs) of active PFCs, having square and circular fiber cross-sections, are generated for composites with 20, 40, and 60 percent fiber contents. Two FE micromechanical models having one fiber embedded in epoxy matrix and five fibers placed in epoxy matrix are considered. A continuum 3D piezoelectric element in ABAQUS FE is used. A general time-integral function is applied for the mechanical, electrical, and piezoelectric properties in order to incorporate the time-dependent effect and histories of loadings. The effective properties of PZT-5A/epoxy and PZT-7A/LaRC-SI piezocomposites determined from the FE micromechanical models are compared to available experimental data and analytical solutions in the literature. Furthermore, the effect of viscoelastic behaviors of the LaRC-SI matrix at an elevated temperature on the overall electro-mechanical and piezoelectric constants are examined.

In this thesis an educational test bench for studying the power quality attributes of the commonly used single-phase full-bridge diode rectifiers with power factor correction (PFC) circuits is designed and tested. This thesis covers the active and passive power factor correction methods for single-phase bridge rectifier. Passive filtering approach with dc side inductor and tuned filter along with active filtering approach via singleswitch boost converter is considered. Analysis, simulation, and design of a single phase rectifier and PFC circuits is followed by hardware implementation and tests. In the active PFC approach, various control methods is applied and compared. The educational bench is aimed to useful for undergraduate and graduate power electronics course, power quality related laboratory studies.

This master thesis deals with design of DC-DC converter for onboard charging of electric vehicle. Developed converter will mainly be used for charging stationary traction battery in laboratory. Output voltage of this charger will be adjustable by user in between 200 V and 450 V depending on the current charged battery configuration. Output current limit is set at 8 A. Since the converter will be supplied from standard household socket, the problem of power factor correction must be solved during the design. That is because a large part of this thesis is focused on describing the problematics of power factor correction. After that, active PFC module is designed, completed and performance of this module is verified. To achieve low overall losses and thus be able to keep small volume of the system, modern switching components based on Silicon Carbide were preferred. Beside laboratory use, completed system will be used to emphasize volumetric difference between onboard chargers based on old versus modern switching components.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Akzentuierung im français du Midi, einer diatopischen Varietät des Französischen, die in ihrer Entstehung nicht unerheblich vom Okzitanischen beeinflusst wurde. Trotz der kaum zu überblickenden Literatur zur Prosodie des Französischen schien eine solche Untersuchung überfällig, zumal die Forschung fast ausschließlich die Standardsprache bzw. außerhalb Frankreichs gesprochene Varietäten fokussiert. Die kontrastiv angelegte Analyse zweier PFC-(Teil-)Korpora aus vorgelesenen und spontansprachlichen Äußerungen lässt auch Rückschlüsse auf die Besonderheiten des viel diskutierten Akzentsystems des Standardfranzösischen zu, das innerhalb der Romania eine außergewöhnliche Stellung einnimmt, da es als einzige die Entwicklung zum (finalen) Phrasenakzent durchgemacht hat. Die Prosodie des français du Midi zeichnet sich gegenüber dem Standard in erster Linie durch die große Zahl der Schwa-Silben aus. Die Unterschiede in der Silbenstruktur wirken sich auf Phrasenausdehnung und Akzentuierung aus: Da die finale Schwa-Silbe von der Akzentuierung ausgeschlossen ist und das français du Midi zahlreiche Schwa-Silben im Phrasenauslaut kennt, sind Paroxytona vermehrt anzutreffen. Auch lässt sich bezüglich der Sekundärakzente ein quantitativer Unterschied ausmachen: Die größere Ausdehnung der Phrase im Midi bedingt einen erhöhten Bedarf an rhythmusbildenden Nebenakzenten zur Aufrechterhaltung regelmäßiger Fußstrukturen. Letztere tragen ebenso zu einer Perzeptionsoptimierung bei wie Gegengewichte, die in der Regel von initialen Phrasenakzenten gebildet werden. Die OT-Modellierung der Untersuchungsergebnisse zeigt, dass der auf Reynolds & Nagy (1994, 1996) zurückgehende floating constraint-Ansatz geeignet ist, die in den Korpora zu beobachtende Variation adäquat darzustellen.

The generic concept of quasi-single-stage (QSS) power conversion topology for ac-dc rectification and dc-ac inversion is proposed. The topology is reached by direct cascading and synchronized switching of two variety of buck or two variety of boost switching networks. The family of QSS power converters feature single-stage power processing without a dc-link low-pass filter, a unidirectional pulsating dc-link voltage, soft-switching capability with minimal extra commutation circuitry, simple PWM control, and high efficiency and reliability. A new soft-switched single-phase QSS bi-directional inverter/rectifier (charger) topology is derived based on the QSS power conversion concept. A simple active voltage clamp branch is used to clamp the otherwise high transient voltage on the current-fed ac side, and at the same time, to achieve zero-voltage-switching (ZVS) for the switches in the output side bridge. Seamless four-quadrant operation in the inverter mode, and rectifier operation with unity power factor in the charger (rectifier) mode are realized with the proposed uni-polar center-aligned PWM scheme. Single-stage power conversion, standard half-bridge connection of devices, soft-switching for all the power devices, low conduction loss, simple center-aligned PWM control, and high reliability and efficiency are among its salient features. Experimental results on a 3 kVA bi-directional inverter/rectifier prototype validate the reliable operation of the circuit. Other single-phase and three-phase QSS bi-directional inverters/rectifiers can be easily derived as topological extensions of the basic QSS bi-directional inverter/rectifier. A new QSS isolated three-phase zero-voltage/zero-current-switching (ZVZCS) buck PWM rectifier for high-power off-line applications is also proposed. It consists of a three-phase buck bridge switching under zero current and a phase-shift-controlled full-bridge with ZVZCS, while no intermediate dc-link is involved. Input power and displacement factor control, input current shaping, tight output voltage regulation, high-frequency transformer isolation, and soft-switching for all the power devices are realized in a unified single stage. Because of ZVZCS and single-stage power conversion, it can operate at high switching frequency while maintaining reliable operation and achieving higher efficiency than standard two-stage approaches. A family of isolated ZVZCS buck rectifiers are obtained by incorporating various ZVZCS schemes for full-bridge dc-dc converters into the basic QSS isolated buck rectifier topology. Experimental and simulation results substantiate the reliable operation and high efficiency of selected topologies. The concept of charge control (or instantaneous average current control) of three-phase buck PWM rectifiers is introduced. It controls precisely the average input phase currents to track the input phase voltages by sensing and integrating only the dc rail current, realizes six-step PWM, and features simple implementation, fast dynamic response, excellent noise immunity, and is easy to realize with analog circuitry or to integrate. One particular merit of the scheme is its capability to correct any duty-cycle distortion incurred on only one of the two active duty-cycles which often happens in the soft-switched buck rectifiers, another merit is the smooth transition of the input currents between the 60o sectors. Simulation and preliminary experimental results show that smooth operations and high quality sinusoidal input currents in the full line cycle are achieved with the control scheme. / Ph. D.