Tuning and application of integer and fractional order PID controllers

Fractional calculus (FC) is widely used in most areas of science and engineering, being recognized its ability to yield a superior modeling and control in many dynamical systems. In this perspective, this article illustrates two applications of FC in the area of control systems. Firstly, is presented a methodology of tuning PID controllers that gives closed-loop systems robust to gain variations. After, a fractional-order PID controller is proposed for the control of an hexapod robot with three dof legs. In both cases, it is demonstrated the system's superior performance by using the FC concepts.

Avaliação de custos e avaliação de fornecedores

O presente trabalho tem como principais objetivos caracterizar os trabalhos efetuados ao longo do estágio realizado na Tramel, empresa de serralharia civil, e efetuar um estudo de avaliação de fornecedores de alumínio. O estágio desenvolveu-se essencialmente no departamento comercial e de orçamentos e no departamento de qualidade da empresa. De forma a poder desenvolver um trabalho que reunisse informação destas duas áreas foi realizado um estudo de avaliação de fornecedores de alumínio em termos de custos e de qualidade. Assim este trabalho começa por descrever o que são as serralharias, dando especial atenção aos principais materiais utilizados na empresa e tipos de tratamento usados. Depois faz uma breve referência à evolução histórica da orçamentação, distinguindo os diferentes tipos de custos e ainda à qualidade e à importância de um sistema de gestão de qualidade numa empresa. Posteriormente são referidos os trabalhos efetuados ao longo do estágio que foram previamente definidos no plano de trabalhos. Por fim é apresentado o estudo de avaliação de fornecedores de alumínio. Foram estudados os quatro principais fornecedores de alumínio da empresa e para diversos tipos de caixilhos foi determinado o custo, distinguindo no final a percentagem necessária de perfis, acessórios, tratamento, mão de obra para fabrico, lacagem e sobras. Depois é realizada uma avaliação em termos de qualidade com base em inquéritos distribuídos aos colaboradores. Finalizado o estudo realizado são tiradas conclusões e sugeridas perspetivas futuras.

An optimization approach for the job shop scheduling problem

This paper presents an optimization approach for the job shop scheduling problem (JSSP). The JSSP is a difficult problem in combinatorial optimization for which extensive investigation has been devoted to the development of efficient algorithms. The proposed approach is based on a genetic algorithm technique. The scheduling rules such as SPT and MWKR are integrated into the process of genetic evolution. The chromosome representation of the problem is based on random keys. The schedules are constructed using a priority rule in which the priorities and delay times of the operations are defined by the genetic algorithm. Schedules are constructed using a procedure that generates parameterized active schedules. After a schedule is obtained a local search heuristic is applied to improve the solution. The approach is tested on a set of standard instances taken from the literature and compared with other approaches. The computation results validate the effectiveness of the proposed approach.

Integer vs. fractional order control of a hexapod robot

This paper studies the performance of integer and fractional order controllers in a hexapod robot with joints at the legs having viscous friction and flexibility. For that objective the robot prescribed motion is characterized in terms of several locomotion variables. The controller performance is analised through the Nyquist stability criterion. A set of model-based experiments reveals the influence of the different controller implementations upon the proposed metrics.

Development of fractional order capacitors based on electrolyte processes

In recent years, significant research in the field of electrochemistry was developed. The performance of electrical devices, depending on the processes of the electrolytes, was described and the physical origin of each parameter was established. However, the influence of the irregularity of the electrodes was not a subject of study and only recently this problem became relevant in the viewpoint of fractional calculus. This paper describes an electrolytic process in the perspective of fractional order capacitors. In this line of thought, are developed several experiments for measuring the electrical impedance of the devices. The results are analyzed through the frequency response, revealing capacitances of fractional order that can constitute an alternative to the classical integer order elements. Fractional order electric circuits are used to model and study the performance of the electrolyte processes.

Discretization of complex-order algorithms for control applications

In this article we describe several methods for the discretization of the differintegral operator sa, where α = u + jv is a complex value. The concept of the conjugated-order differintegral is also introduced, which enables the use of complex-order differintegrals while still producing real-valued time responses and transfer functions. The performance of the resulting approximations is analysed in both the time and frequency domains. Several results are presented that demonstrate its utility in control system design.

Analysis of the Van der Pol oscillator containing derivatives of fractional order

In this paper a modified version of the classical Van der Pol oscillator is proposed, introducing fractional-order time derivatives into the state-space model. The resulting fractional-order Van der Pol oscillator is analyzed in the time and frequency domains, using phase portraits, spectral analysis and bifurcation diagrams. The fractional-order dynamics is illustrated through numerical simulations of the proposed schemes using approximations to fractional-order operators. Finally, the analysis is extended to the forced Van der Pol oscillator.

Complex-order dynamics in hexapod locomotion

This paper studies the dynamics of foot–ground interaction in hexapod locomotion systems. For that objective the robot motion is characterized in terms of several locomotion variables and the ground is modelled through a non-linear spring-dashpot system, with parameters based on the studies of soil mechanics. Moreover, it is adopted an algorithm with foot-force feedback to control the robot locomotion. A set of model-based experiments reveals the influence of the locomotion velocity on the foot–ground transfer function, which presents complex-order dynamics.

Fractional order electromagnetics

The Maxwell equations constitute a formalism for the development of models describing electromagnetic phenomena. The four Maxwell laws have been adopted successfully in many applications and involve only the integer order differential calculus. Recently, a closer look for the cases of transmission lines, electrical motors and transformers, that reveal the so-called skin effect, motivated a new perspective towards the replacement of classical models by fractional-order mathematical descriptions. Bearing these facts in mind this paper addresses the concept of static fractional electric potential. The fractional potential was suggested some years ago. However, the idea was not fully explored and practical methods of implementation were not proposed. In this line of thought, this paper develops a new approximation algorithm for establishing the fractional order electrical potential and analyzes its characteristics.

Caracterização dos consumos energéticos e estudo do potencial de melhoria da eficiência energética em edifícios de escritórios

A forte preocupação ambiental, nomeadamente a emissão de Gases com Efeito de Estufa (GEE), aliada à constante ameaça do esgotamento dos combustíveis de origem fóssil, leva à necessidade de consumir energia de forma mais eficiente. Neste sentido, surge a promoção da eficiência energética nos diversos sectores consumidores de energia em todo o Mundo. Sabendo que passamos mais de 80% do nosso tempo dentro de edifícios, e que cerca de 40% da energia mundial é consumida nos mesmos [ADENE], é importante operar no sentido de promover a utilização racional de energia e incentivar ao consumo eficiente da mesma nos edifícios. Apesar do esforço que tem sido realizado a nível nacional, no sentido de melhorar a eficiência energética em edifícios de serviços, através da implementação de legislação diversa e de vários programas de incentivo, existem ainda várias lacunas a serem colmatadas e muito trabalho a fazer nesse sentido. Por tudo isto, e principalmente por ter constantemente em mente premissas como “a energia mais barata é aquela que não se consome” ou “não podemos gerir aquilo que não medimos”, surgiu a ideia de realizar esta dissertação, onde inicialmente através de dados provenientes de telecontagem se desenvolve uma tentativa de padronização/tipificação do consumo eléctrico em seis edifícios de escritórios, identificando-se assim algumas situações anómalas em diversos diagramas de carga construídos. Relaciona-se também o consumo eléctrico dos seis edifícios com algumas variáveis exógenas, de modo a perceber a influência das mesmas no consumo eléctrico de cada edifício. Numa vertente mais prática, foram identificadas e quantificadas potenciais medidas de melhoria, comportamentais e técnicas, num dos edifícios em estudo, de modo a poder contribuir para a redução do consumo energético do mesmo. Espera-se que este trabalho, possa eventualmente constituir uma ajuda na caracterização de consumos e detecção de medidas de melhoria em edifícios de escritórios, alcançando a eficiência energética neste tipo de instalações e facilitando assim o trabalho de vários profissionais do sector. Pretende-se igualmente demonstrar a importância da eficiência energética na gestão do uso da energia eléctrica em edifícios, e efectuar um paralelo entre a energia economizada por meio da implementação de medidas/acções de uso racional e eficiente, com a redução da queima de combustíveis fosseis na geração de energia eléctrica e a sua consequente redução nas emissões de dióxido de carbono (CO2), com o objectivo final de melhorar a qualidade de vida no nosso planeta.

El cambio del perfil del profesional de recursos humanos en Portugal

El presente estudio pretende caracterizar el perfil de los profesionales responsables por la gestión de recursos humanos, en concreto su perfil académico, las funciones que ocupan y los requisitos demandados por las empresas portuguesas que pretenden admitir a nuevos profesionales para asumir funciones en el ámbito de la gestión de personas. Este estudio está basado en una encuesta por cuestionario realizado a una muestra de 261 responsables de recursos humanos de empresas ubicadas en Portugal (133 fueron encuestados en 2004, 128 fueron encuestados en 2013). En paralelo, fueron analizados 78 anuncios publicados en 2014 para identificar el perfil requerido en la actualidad. Los resultados muestran que, durante los últimos 10 años, la gran parte de los profesionales responsables por la gestión de recursos humanos asumen papeles específicos relacionados con los recursos humanos (RH). La calificación superior en RH empieza logrando más importancia en 2013, cuando se compara con otras áreas de calificación superior (ej. Gestión, Derecho e Ingeniería) prevalecientes en 2004. Las vacantes disponibles en anuncios relacionados con la función de RH buscan, sobretodo, candidatos (1) para asumir el cargo de técnico de RH, (2) que posean calificación superior en las áreas de RH o Ciencias Sociales y (3) que detengan competencias personales e interpersonales, así como competencias lingüísticas e informáticas. Basado en estos resultados, el artículo discute en detalle las principales implicaciones teóricas y prácticas. Sugestiones de investigación futura son, de igual modo, presentadas.

Reply to: Comments on “Particle Swarm Optimization with Fractional-Order Velocity”

We agree with Ling-Yun et al. [5] and Zhang and Duan comments [2] about the typing error in equation (9) of the manuscript [8]. The correct formula was initially proposed in [6, 7]. The formula adopted in our algorithms discussed in our papers [1, 3, 4, 8] is, in fact, the following: ...

Fractional Order Generalized Information

This paper formulates a novel expression for entropy inspired in the properties of Fractional Calculus. The characteristics of the generalized fractional entropy are tested both in standard probability distributions and real world data series. The results reveal that tuning the fractional order allow an high sensitivity to the signal evolution, which is useful in describing the dynamics of complex systems. The concepts are also extended to relative distances and tested with several sets of data, confirming the goodness of the generalization.

Fractional order modelling of dynamic backlash

This paper studies the dynamical properties of systems with backlash and impact phenomena. This type of non-linearity can be tackled in the perspective of the fractional calculus theory. Fractional and integer order models are compared and their influence upon the emerging dynamics is analysed. It is demonstrated that fractional models can memorize dynamical effects due to multiple micro-collisions.

Conceção e implementação do método das secções homogéneas numa empresa industrial de metalomecânica

Trabalho de projeto apresentado ao Instituto Superior de Contabilidade e Administração do Porto para a obtenção do grau de Mestre em Contabilidade e Finanças, sob a orientação do Mestre Paulino Manuel Leite da Silva