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New Trends in Nanotechnology and Fractional Calculus Applications PDF

544 Pages·2010·9.83 MB·English
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New Trends in Nanotechnology and Fractional Calculus Applications New Trends in Nanotechnology and Fractional Calculus Applications Edited by D. BALEANU Çankaya University, Balgat-Ankara, Turkey Z.B. GÜVENÇ Çankaya University, Balgat-Ankara, Turkey and J.A. TENREIRO MACHADO Institute of Engineering of Porto, Porto, Portugal 123 Editors Dumitru Baleanu J.A. Tenreiro Machado Çankaya University Institute of Engineering Fac. Art and Sciences of the Polytechnic Institute of Porto Ogretmenler Cad. 14 Dept. Electrotechnical Engineering 06530 Ankara Rua Dr. Antonio Bernardino de Almeida Yüzüncü Yil, Balgat 4200-072 Postage Turkey Portugal Preface By the beginning of November 2008, the International Workshops on New Trends in Science and Technology (NTST 08) and Fractional Differentiation and its Applications (FDA08) were held at C¸ ankaya University, Ankara, Turkey. These events provided a place to exchange recent developments and progresses in several emerging scientific areas, namely nanoscience, nonlinear science and complex- ity, symmetries and integrability, and application of fractional calculus in science, engineering, economics and finance. The organizing committees have invited presentations from experts represent- ing the international community of scholars and welcomed contributions from the growing number of researchers who are applying these tools to solve complex tech- nical problems. Unlike the more established techniques of physics and engineering, the new methods are still under development and modern work is proceeding by both expanding the capabilities of these approaches and by widening their range of applications. Hence, the interested reader will find papers here that focus on the un- derlying mathematics and physics that extend the ideas into new domains, and that apply well established methods to experimental and to theoretical problems. This book contains some of the contributions that were presented at NTST08 and FDA08 and, after being carefully selected and peer-reviewed, were expanded and grouped into five main sections entitled “New Trends in Nanotechnology”, “Techniques and Applications”, “Mathematical Tools”, “Fractional Modelling” and “Fractional Control Systems”. The selection of improved papers for publication in this book reflects the success of the workshops, with the emergence of a variety of novel areas of applications. Bearing these ideas in mind the guest editors would like to honor many distinguished scientists that have promoted the development of nanoscience and fractional calcu- lus and, in particular, Prof. George M. Zaslavsky that supported early this special issue and passed away recently. The organizing committees wish to express their thanks to Cem Ozdogan, Adnan Bilgen, Ozlem Defterli, Burcin Tuna, Nazmi Battal as well as to our students for their assistance. The Editors would like to thank to Ozlem Defterli for helping in preparation of this book. v vi Preface The organizing committees wish to thank the sponsors and supporters of NTST08 and FDA08, namely C¸ ankaya University represented by the President of the Board of Trustees Sıtkı Alp, the Rector Professor Ziya B. Gu¨venc¸, TUBITAK (The Scien- tific and Technological Research Council of Turkey), and the IFAC, for providing the resources needed to hold this conference, the invited speakers for sharing their expertise and knowledge, and the participants for their enthusiastic contributions to the discussions and debates. Ankara Dumitru Baleanu March 31, 2009 Ziya B. Gu¨venc¸ J.A. Tenreiro Machado Contents Part I New Trends in Nanotechnology Novel Molecular Diodes Developed by Chemical Conjugation of Carbon Nanotubes with Peptide Nucleic Acid : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 3 Krishna V. Singh, Miroslav Penchev, Xiaoye Jing, Alfredo A. Martinez–Morales, Cengiz S. Ozkan, and Mihri Ozkan Hybrid Single Walled Carbon Nanotube FETs for High Fidelity DNA Detection : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 17 Xu Wang, Mihri Ozkan, Gurer Budak, Ziya B. Gu¨venc¸, and Cengiz S. Ozkan Towards Integrated Nanoelectronic and Photonic Devices: : : : : : : : : : : : : : : : : : : 25 Alexander Quandt, Maurizio Ferrari, and Giancarlo C. Righini New Noninvasive Methods for ‘Reading’ of Random Sequences and Their Applications in Nanotechnology : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 43 Raoul R. Nigmatullin Quantum Confinement in Nanometric Structures: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 57 Magdalena L. Ciurea and Vladimir Iancu Part II Techniques and Applications Air-Fuel Ratio Control of an Internal Combustion Engine Using CRONE Control Extended to LPV Systems : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 71 Mathieu Moze, Jocelyn Sabatier, and Alain Oustaloup Non Integer Order Operators Implementation via Switched Capacitors Technology : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 87 Riccardo Caponetto, Giovanni Dongola, Luigi Fortuna, and Antonio Gallo vii viii Contents Analysis of the Fractional Dynamics of an Ultracapacitor and Its Application to a Buck-Boost Converter :: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 97 A. Parren˜o, P. Roncero-Sa´nchez, X. del Toro Garc´ıa, V. Feliu, and F. Castillo Approximation of a Fractance by a Network of Four Identical RC Cells Arranged in Gamma and a Purely Capacitive Cell : : : : : : : : : : : : : : : : 107 Xavier Moreau, Firas Khemane, Rachid Malti, and Pascal Serrier Part III Mathematical Tools On Deterministic Fractional Models : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 123 Margarita Rivero, Juan J. Trujillo, and M. Pilar Velasco A New Approach for Stability Analysis of Linear Discrete-Time Fractional-Order Systems : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 151 Said Guermah, Said Djennoune, and Maamar Bettayeb Stability of Fractional-Delay Systems: A Practical Approach : : : : : : : : : : : : : : : 163 Farshad Merrikh-Bayat Comparing Numerical Methods for Solving Nonlinear Fractional Order Differential Equations : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 171 Farhad Farokhi, Mohammad Haeri, and Mohammad Saleh Tavazoei Fractional-Order Backward-Difference Definition Formula Analysis : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 181 Piotr Ostalczyk Fractional Differential Equations on Algebroids and Fractional Algebroids : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 193 Oana Chis¸, Ioan Despi, and Dumitru Opris¸ Generalized Hankel Transform and Fractional Integrals on the Spaces of Generalized Functions : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 203 Kuldeep Singh Gehlot and Dinesh N. Vyas Some Bounds on Maximum Number of Frequencies Existing in Oscillations Produced by Linear Fractional Order Systems : : : : : : : : : : : : : : 213 Sadegh Bolouki, Mohammad Haeri, Mohammad Saleh Tavazoei, and Milad Siami Fractional Derivatives with Fuzzy Exponent : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 221 Witold Kosin´ski Game Problems for Fractional-Order Systems : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 233 Arkadii Chikrii and Ivan Matychyn Contents ix Synchronization Analysis of Two Networks:: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 243 Changpin Li and Weigang Sun Part IV Fractional Modelling Modeling Ultracapacitors as Fractional-Order Systems : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 257 Yang Wang, Tom T. Hartley, Carl F. Lorenzo, Jay L. Adams, Joan E. Carletta, and Robert J. Veillette IPMC Actuators Non Integer Order Models : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 263 Riccardo Caponetto, Giovanni Dongola, Luigi Fortuna, Antonio Gallo, and Salvatore Graziani On the Implementation of a Limited Frequency Band Integrator and Application to Energetic Material Ignition Prediction :: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 273 Jocelyn Sabatier, Mathieu Merveillaut, Alain Oustaloup, Cyril Gruau, and Herve´ Trumel Fractional Order Model of Beam Heating Process and Its Experimental Verification : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 287 Andrzej Dzielin´ski and Dominik Sierociuk Analytical Design Method for Fractional Order Controller Using Fractional Reference Model : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 295 Badreddine Boudjehem, Djalil Boudjehem, and Hicham Tebbikh On Observability of Nonlinear Discrete-Time Fractional-Order Control Systems : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 305 Dorota Mozyrska and Zbigniew Bartosiewicz Chaotic Fractional Order Delayed Cellular Neural Network :: : : : : : : : : : : : : : : 313 Vedat C¸ elik and Yakup Demir Fractional Wavelet Transform for the Quantitative Spectral Analysis of Two-Component System :: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 321 ¨ Murat Kanbur, Ibrahim Narin, Esra Ozdemir, Erdal Dinc¸, and Dumitru Baleanu Fractional Wavelet Transform and Chemometric Calibrations for the Simultaneous Determination of Amlodipine and Valsartan in Their Complex Mixture: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 333 Mustafa C¸ elebier, Sacide Altıno¨z, and Erdal Dinc¸

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