Web-based application programming interface to solve nonlinear optimization problems

Nonlinear Optimization Problems are usual in many engineering fields. Due to its characteristics the objective function of some problems might not be differentiable or its derivatives have complex expressions. There are even cases where an analytical expression of the objective function might not be possible to determine either due to its complexity or its cost (monetary, computational, time, ...). In these cases Nonlinear Optimization methods must be used. An API, including several methods and algorithms to solve constrained and unconstrained optimization problems was implemented. This API can be accessed not only as traditionally, by installing it on the developer and/or user computer, but it can also be accessed remotely using Web Services. As long as there is a network connection to the server where the API is installed, applications always access to the latest API version. Also an Web-based application, using the proposed API, was developed. This application is to be used by users that do not want to integrate methods in applications, and simply want to have a tool to solve Nonlinear Optimization Problems.

Fractional order calculus: basic concepts and engineering applications

The fractional order calculus (FOC) is as old as the integer one although up to recently its application was exclusively in mathematics. Many real systems are better described with FOC differential equations as it is a well-suited tool to analyze problems of fractal dimension, with long-term “memory” and chaotic behavior. Those characteristics have attracted the engineers' interest in the latter years, and now it is a tool used in almost every area of science. This paper introduces the fundamentals of the FOC and some applications in systems' identification, control, mechatronics, and robotics, where it is a promissory research field.

Classificação e previsão de cardiotocogramas usando algoritmos baseados em redes neuronais

Mestrado em Computação e Instrumentação Médica

Probability and statistics: selected problems

Probability and Statistics—Selected Problems is a unique book for senior undergraduate and graduate students to fast review basic materials in Probability and Statistics. Descriptive statistics are presented first, and probability is reviewed secondly. Discrete and continuous distributions are presented. Sample and estimation with hypothesis testing are presented in the last two chapters. The solutions for proposed excises are listed for readers to references.

Linear algebra: selected problems

Linear Algebra—Selected Problems is a unique book for senior undergraduate and graduate students to fast review basic materials in Linear Algebra. Vector spaces are presented first, and linear transformations are reviewed secondly. Matrices and Linear systems are presented. Determinants and Basic geometry are presented in the last two chapters. The solutions for proposed excises are listed for readers to references.

Extending the learning object definition to represent programming problems

The present generation of eLearning platforms values the interchange of learning objects standards. Nevertheless, for specialized domains these standards are insufficient to fully describe all the assets, especially when they are used as input for other eLearning services. To address this issue we extended an existing learning objects standard to the particular requirements of a specialized domain, namely the automatic evaluation of programming problems. The focus of this paper is the definition of programming problems as learning objects. We introduce a new schema to represent metadata related to automatic evaluation that cannot be conveniently represented using existing standards, such as: the type of automatic evaluation; the requirements of the evaluation engine; or the roles of different assets - tests cases, program solutions, etc. This new schema is being used in an interoperable repository of learning objects, called crimsonHex.

Defining programming problems as learning objects

Standards for learning objects focus primarily on content presentation. They were already extended to support automatic evaluation but it is limited to exercises with a predefined set of answers. The existing standards lack the metadata required by specialized evaluators to handle types of exercises with an indefinite set of solutions. To address this issue we extended existing learning object standards to the particular requirements of a specialized domain. We present a definition of programming problems as learning objects that is compatible both with Learning Management Systems and with systems performing automatic evaluation of programs. The proposed definition includes metadata that cannot be conveniently represented using existing standards, such as: the type of automatic evaluation; the requirements of the valuation engine; and the roles of different assets - tests cases, program solutions, etc. We present also the EduJudge project and its main services as a case study on the use of the proposed definition of programming problems as learning objects.

Estudo e caracterização mecânica de compósitos reforçados com fibras naturais

As crescentes preocupações ambientais e a necessidade de um desenvolvimento sustentável tem proporcionado um grande interesse no estudo e desenvolvimento de materiais mais ecológicos e amigos do ambiente. No caso particular da indústria dos materiais compósitos, a utilização de fibras naturais de origem vegetal, em substituição das tradicionais fibras de vidro, tem aumentado significativamente nos últimos anos. Para além dos claros benefícios ecológicos, a utilização de fibras naturais em detrimento das fibras de vidro, possibilita também o fabrico de componentes com baixo peso, boas propriedades mecânicas, baixo custo, pouco abrasivos às ferramentas de produção e com boas propriedades de isolamento térmico e acústico. Contudo, existem também algumas limitações decorrentes da utilização de fibras naturais como reforço de materiais poliméricos, como exemplo, a possibilidade de emitirem odores e absorverem água, a falta de adesão entre as fibras e as matrizes e o facto de possuírem baixa resistência à temperatura. No presente trabalho, foram estudadas e analisadas as propriedades mecânicas de laminados de matriz termoendurecível de epóxido e poliéster, reforçados com várias camadas de tecido bidireccional de fibras de juta. Para além dos referidos laminados, foram também produzidos e estudados compósitos de matriz termoplástica biodegradável de PLA (ácido poliláctico), reforçados com fibras curtas de juta. Todos os compósitos produzidos foram sujeitos a ensaios de tracção e flexão e as suas propriedades foram comparadas. O tecido de juta utilizado como reforço dos compósitos fabricados, foi caracterizado através de vários ensaios, utilizados tipicamente na indústria têxtil. As propriedades extraídas destes ensaios, foram úteis para a previsão das propriedades mecânicas dos materiais compósitos fabricados.Por fim, foi realizada uma análise critica sobres todos os resultados extraídos dos ensaios efectuados.

Modified Particle Swarm Optimization Applied to Integrated Demand Response and DG Resources Scheduling

The elastic behavior of the demand consumption jointly used with other available resources such as distributed generation (DG) can play a crucial role for the success of smart grids. The intensive use of Distributed Energy Resources (DER) and the technical and contractual constraints result in large-scale non linear optimization problems that require computational intelligence methods to be solved. This paper proposes a Particle Swarm Optimization (PSO) based methodology to support the minimization of the operation costs of a virtual power player that manages the resources in a distribution network and the network itself. Resources include the DER available in the considered time period and the energy that can be bought from external energy suppliers. Network constraints are considered. The proposed approach uses Gaussian mutation of the strategic parameters and contextual self-parameterization of the maximum and minimum particle velocities. The case study considers a real 937 bus distribution network, with 20310 consumers and 548 distributed generators. The obtained solutions are compared with a deterministic approach and with PSO without mutation and Evolutionary PSO, both using self-parameterization.

Exciting dynamical behavior in a network of two coupled rings of Chen oscillators

We study exotic patterns appearing in a network of coupled Chen oscillators. Namely, we consider a network of two rings coupled through a “buffer” cell, with Z3×Z5 symmetry group. Numerical simulations of the network reveal steady states, rotating waves in one ring and quasiperiodic behavior in the other, and chaotic states in the two rings, to name a few. The different patterns seem to arise through a sequence of Hopf bifurcations, period-doubling, and halving-period bifurcations. The network architecture seems to explain certain observed features, such as equilibria and the rotating waves, whereas the properties of the chaotic oscillator may explain others, such as the quasiperiodic and chaotic states. We use XPPAUT and MATLAB to compute numerically the relevant states.

Ferramentas para optimização da solução NGIN da PT Inovação

Mestrado em Engenharia Informática

Modelação e identificação de motor DC

O modelo matemático de um sistema real permite o conhecimento do seu comportamento dinâmico e é geralmente utilizado em problemas de engenharia. Por vezes os parâmetros utilizados pelo modelo são desconhecidos ou imprecisos. O envelhecimento e o desgaste do material são fatores a ter em conta pois podem causar alterações no comportamento do sistema real, podendo ser necessário efetuar uma nova estimação dos seus parâmetros. Para resolver este problema é utilizado o software desenvolvido pela empresa MathWorks, nomeadamente, o Matlab e o Simulink, em conjunto com a plataforma Arduíno cujo Hardware é open-source. A partir de dados obtidos do sistema real será aplicado um Ajuste de curvas (Curve Fitting) pelo Método dos Mínimos Quadrados de forma a aproximar o modelo simulado ao modelo do sistema real. O sistema desenvolvido permite a obtenção de novos valores dos parâmetros, de uma forma simples e eficaz, com vista a uma melhor aproximação do sistema real em estudo. A solução encontrada é validada com recurso a diferentes sinais de entrada aplicados ao sistema e os seus resultados comparados com os resultados do novo modelo obtido. O desempenho da solução encontrada é avaliado através do método das somas quadráticas dos erros entre resultados obtidos através de simulação e resultados obtidos experimentalmente do sistema real.

Implementação de um processo industrial de coloração de granito

O presente estágio foi desenvolvido na Britafiel. Um dos projectos em que a Empresa se encontra envolvida é o STOCO, pretendendo implementar à escala industrial um processo de coloração de pedra granítica natural para fins decorativos. Foi neste projecto que se enquadrou o estágio. O tema do estágio centra-se no processo de coloração de granito tendo como principal foco a implementação de um processo industrial de produção de granito colorido. O projecto STOCO nasce da necessidade de complementar a actividade da empresa com produtos de maior valor acrescentado para valorização da matéria-prima de base, o granito. STOCO, resultante de Stone Color, é o nome dado ao projecto e ao novo produto que é granito colorido, sob a forma de brita. Pretende-se obter um produto amigo do ambiente e com boas características: manter a textura natural da pedra granítica e assegurar uma boa resistência a factores agressivos. Estudos prévios de qualidade e de toxicidade mostraram que o produto STOCO desenvolvido até então apresenta um bom comportamento face a agressões climatéricas e que não compromete a vida das espécies usadas nos testes (peixes). Em relação aos lixiviados e resíduos da pedra colorida STOCO, estes não apresentaram qualquer problema ambiental, sendo considerado um produto amigo do ambiente. À data de início do presente trabalho estava em funcionamento um equipamento protótipo de produção de granito colorido (100 kg/partida), sendo a instalação e o arranque da unidade industrial (3 ton/h) concretizados no início de 2014, já no decorrer deste trabalho. Os objectivos cumpridos no âmbito deste trabalho foram então a implementação de uma linha industrial de produção de brita colorida, avaliação técnica do processo e do custo industrial de produção associado às matérias-primas. Neste relatório é descrito o processo inicial adoptado e apresentam-se as alterações efectuadas para melhoria do processo produtivo. Resolveram-se problemas como: definição e instalação de equipamentos complementares para a entrada e a saída da brita no equipamento industrial; pó excessivo na brita; cheiro intenso a gás e elevado ruído; adequação do sistema de pintura; e secagem incompleta da brita. Alguns destes problemas não foram totalmente resolvidos, mas sim minimizados. O equipamento industrial necessita ainda de alterações em diversas áreas, que foram identificadas e para as quais são feitas sugestões de melhoria. Conseguiu-se ainda fazer alguns testes para uma possível substituição de alguns constituintes da tinta. Os componentes que entram na composição base da tinta aquosa, são de modo simplificado: ligante, pigmento, solvente e aditivos. Os constituintes que mais encarecem a tinta, e consequentemente o processo em causa, são o ligante e o pigmento. Os estudos efectuados precisam de ser aprofundados, na tentativa de melhorar o processo minimizando os custos de produção. Formalizaram-se os procedimentos escritos de produção STOCO tanto para o protótipo como para o processo industrial e elaborou-se uma ficha técnica de produto para a brita colorida STOCO.