Towards a minimal order distributed observer for linear systems

In this paper we consider the distributed estimation problem for continuous-time linear time-invariant (LTI) systems. A single linear plant is observed by a network of local observers. Each local observer in the network has access to only part of the output of the observed system, but can also receive information on the state estimates of its neigbours. Each local observer should in this way generate an estimate of the plant state. In this paper we study the problem of existence of a reduced order distributed observer. We show that if the observed system is observable and the network graph is a strongly connected directed graph, then a distributed observer exists with state space dimension equal to $Nn - \sum_{i =1}^N p_i$, where $N$ is the number of network nodes, $n$ is the state space dimension of the observed plant, and $p_i$ is the rank of the output matrix of the observed output received by the $i$th local observer. In the case of a single observer, this result specializes to the well-known minimal order observer in classical observer design.Comment: 12 pages, 1 figur

T-spline based unifying registration procedure for free-form surface workpieces in intelligent CMM

With the development of the modern manufacturing industry, the free-form surface is widely used in various fields, and the automatic detection of a free-form surface is an important function of future intelligent three-coordinate measuring machines (CMMs). To improve the intelligence of CMMs, a new visual system is designed based on the characteristics of CMMs. A unified model of the free-form surface is proposed based on T-splines. A discretization method of the T-spline surface formula model is proposed. Under this discretization, the position and orientation of the workpiece would be recognized by point cloud registration. A high accuracy evaluation method is proposed between the measured point cloud and the T-spline surface formula. The experimental results demonstrate that the proposed method has the potential to realize the automatic detection of different free-form surfaces and improve the intelligence of CMMs

Chern Number Tunable Quantum Anomalous Hall Effect in Monolayer Transitional Metal Oxides via Manipulating Magnetization Orientation

Although much effort has been made to explore quantum anomalous Hall effect (QAHE) in both theory and experiment, the QAHE systems with tunable Chern numbers are yet limited. Here, we theoretically propose that NiAsO$_3$ and PdSbO$_3$, monolayer transitional metal oxides, can realize QAHE with tunable Chern numbers via manipulating their magnetization orientations. When the magnetization lies in the \textit{x-y} plane and all mirror symmetries are broken, the low-Chern-number (i.e., $\mathcal{C}=\pm1$) phase emerges. When the magnetization exhibits non-zero \textit{z}-direction component, the system enters the high-Chern-number (i.e., $\mathcal{C}=\pm3$) phase, even in the presence of canted magnetization. The global band gap can approach the room-temperature energy scale in monolayer PdSbO$_3$ (23.4 meV), when the magnetization is aligned to \textit{z}-direction. By using Wannier-based tight-binding model, we establish the phase diagram of magnetization induced topological phase transition. Our work provides a high-temperature QAHE system with tunable Chern number for the practical electronic application

Mutationsanalyse des Pro-Opiomelanocortin-Gens bei extrem adipösen Kindern und Jugendlichen

Adipositas stellt in der heutigen Gesellschaft ein ernstzunehmendes gesundheitspolitisches Problem dar. Untersuchungen des ?National Center for Health Statistics? zwischen den Jahren 1960-94 zeigen, daß der Anteil an übergewichtigen Personen in den USA in diesem Zeitraum stetig zunahm. Neben einer erhöhten Nahrungsmittelverfügbarkeit und einer Abnahme der individuellen körperlichen Aktivität sind genetische Faktoren für die Entwicklung einer Adipositas verantwortlich. Adoptions- und Zwillingsstudien zeigen dies eindrucksvoll. Formalgenetische Studien belegen den genetischen Beitrag zur phänotypischen Varianz des Körpergewichts. Zudem brachten vor allem die verschiedenen Mausmodelle neue Erkenntnisse. Das Ende 1994 identifizierte Hormon Leptin, das von Fettzellen produziert wird, erhärtete die These einer hormonellen Rückkopplung und zentralen Steuerung der Gewichtsregulation. Auch beim Menschen konnten relevante Mutationen im Leptin-Gen bei einzelnen extrem adipösen Menschen identifiziert werden. Andere im ZNS produzierte Hormone interagieren mit diesem Regelkreis und sind somit höchstwahrscheinlich an der Gewichtsregulation mitbeteiligt. Der Melanocortin-4-Rezeptor spielt hierbei eine wichtige Rolle. Sowohl Tiermodelle als auch Studien am Menschen zeigen, daß spezifische Mutationen des MC4-Rezeptors mit Adipositas einhergehen. Das hier untersuchte Proopiomelanocortin-Gen (POMC) stellt die Matrize für den natürlichen Liganden des MC4-Rezeptors, das alpha-MSH, dar. Außer dem alpha-MSH werden die ebenfalls vor allem zentral exprimierten Hormone ACTH, beta-und gamma-Lipotropin, beta- und gamma-MSH, beta-Endorphin und das 16-K-Fragment vom POMC-Gen kodiert. Kopplungsanalysen dreier verschiedener Kohorten mit unterschiedlichen ethischen Ursprüngen zeigten eine Kopplung von Plasma-Leptin-Spiegeln und dem Bereich des Chromosoms 2p, in dem das POMC-Gen liegt. Krude et al. identifizierten 1998 bei zwei Kindern mit Pigmentierungsstörungen, ACTH-Mangel und extremer Adipositas Mutationen im POMC-Gen. Bezugnehmend auf diese Ergebnisse wurde in dieser Arbeit mit Hilfe molekulargenetischer Methoden (Polymerase-Chain-Reaktion, Single-Strand-Conformation-Analysis) ein Mutationsscreen des POMC-Gens an einer Gruppe 96 extrem adipöser Kinder und Jugendlicher durchgeführt. Es wurden acht verschiedene Varianten mittels Single-Strand-Conformation-Analysis gefunden und durch Sequenzierung identifiziert: Eine 9-Basenpaar-Insertion (AGC-AGC-GGC) sowie eine 18-Basenpaar-Insertion (AGC-AGC-GGC)2 zwischen Position 6997/6998 der Sequenz nach Takahashi im Bereich des 16-K-Fragments, eine 6-Basenpaar-Insertion (GGG-CCC) zwischen Position 7304/7305 der Sequenz nach Takahashi im für das gamma-Lipotropin kodierenden Bereich, zwei Punktvarianten (Guanin zu Thymin an Position 7316 und Adenin zu Guanin an Position 7341 der Sequenz nach Takahashi) im für das gamma-Lipotropin kodierenden Bereich, von denen eine zu einem Kettenabbruch führt (Nonsensemutation), und fünf Basenpaar-Austausche, bei denen sich die ursprüngliche Aminosäuresequenz nicht ändert. Assoziationsstudien zu diesen Varianten in einer Kontrollgruppe von 60 untergewichtigen Studenten waren negativ. Somit haben Varianten im POMC-Gen in der hier untersuchten Studiengruppe keinen generellen Einfluss auf den Phänotyp Adipositas