On the Estimation of the Short-Circuit Impedance of Power Transformers Using Fractional Order Calculus

This paper reports investigation on the estimation of the short circuit impedance of power transformers, using fractional order calculus to analytically study the influence of the diffusion phenomena in the windings. The aim is to better characterize the medium frequency range behavior of leakage inductances of power transformer models, which include terms to represent the magnetic field diffusion process in the windings. Comparisons between calculated and measured values are shown and discussed.

Modelling and Control of Freeway Traffic

This paper presents the most recent developments of the Simulator of Intelligent Transportation Systems (SITS). The SITS is based on a microscopic simulation approach to reproduce real traffic conditions in an urban or non-urban network. In order to analyse the quality of the microscopic traffic simulator SITS a benchmark test was performed. A dynamical analysis of several traffic phenomena, applying a new modelling formalism based on the embedding of statistics and Laplace transform, is then addressed. The paper presents also a new traffic control concept applied to a freeway traffic system.

Analysis of Systems with Backlash and Impacts through the Describing Function

This paper analyses the dynamical properties of systems with backlash and impact phenomena based on the describing function method. The dynamics is illustrated using the Nyquist and Bode plots and the results are compared with those of standard models.

Dynamical Analysis of Non-Repetitive Trajectories in Robotic Manipulation

A new method for the study and optimization of manu«ipulator trajectories is developed. The novel feature resides on the modeling formulation. Standard system desciptions are based on a set of differential equations which, in general, require laborious computations and may be difficult to analyze. Moreover, the derived algorithms are suited to "deterministic" tasks, such as those appearing in a repetitivework, and are not well adapted to a "random" operation that occurs in intelligent systems interacting with a non-structured and changing environment. These facts motivate the development of alternative models based on distinct concepts. The proposed embedding of statistics and Fourier trasnform gives a new perspective towards the calculation and optimization of the robot trajectories in manipulating tasks.

Chaos Dynamics in the Trajectory Conjtrol of Redundant Manipulators

Nonlinear Dynamics, chaos, Control, and Their Applications to Engineering Sciences: Vol. 6 - Applications of nonlinear phenomena

Performance Issues in Biped Walking Robots

This paper presents the dynamic analysis of robotic biped systems. The main goal is to gain insight into the phenomena of walking and to evaluate its performance. In this study, we propose three methods to quantitatively measure the dynamic efficiency of walking: energy analysis, perturbation analysis and lowpass frequency analysis. In order to accomplish this goal, the prescribed motion of the biped is completely characterised in terms of a set of locomotion variables, namely: step lenght, hip height, hip ripple, hip offset, foot clearance and link lenghts. based on these variables and their influence, the performance measures aer discussed and the results compared with those observed in nature.

Fractional Dynamics in Forest Fires

Every year forest fires consume large areas, being a major concern in many countries like Australia, United States and Mediterranean Basin European Countries (e.g., Portugal, Spain, Italy and Greece). Understanding patterns of such events, in terms of size and spatiotemporal distributions, may help to take measures beforehand in view of possible hazards and decide strategies of fire prevention, detection and suppression. Traditional statistical tools have been used to study forest fires. Nevertheless, those tools might not be able to capture the main features of fires complex dynamics and to model fire behaviour [1]. Forest fires size-frequency distributions unveil long range correlations and long memory characteristics, which are typical of fractional order systems [2]. Those complex correlations are characterized by self-similarity and absence of characteristic length-scale, meaning that forest fires exhibit power-law (PL) behaviour. Forest fires have also been proved to exhibit time-clustering phenomena, with timescales of the order of few days [3]. In this paper, we study forest fires in the perspective of dynamical systems and fractional calculus (FC). Public domain forest fires catalogues, containing data of events occurred in Portugal, in the period 1980 up to 2011, are considered. The data is analysed in an annual basis, modelling the occurrences as sequences of Dirac impulses. The frequency spectra of such signals are determined using Fourier transforms, and approximated through PL trendlines. The PL parameters are then used to unveil the fractional-order dynamics characteristics of the data. To complement the analysis, correlation indices are used to compare and find possible relationships among the data. It is shown that the used approach can be useful to expose hidden patterns not captured by traditional tools.

Interlimb Coordination During Step-to-Step Transition and Gait Performance

Most energy spent in walking is due to step-to-step transitions. During this phase, the interlimb coordination assumes a crucial role to meet the demands of postural and movement control. The authors review studies that have been carried out regarding the interlimb coordination during gait, as well as the basic biomechanical and neurophysiological principles of interlimb coordination. The knowledge gathered from these studies is useful for understanding step-to-step transition during gait from a motor control perspective and for interpreting walking impairments and inefficiency related to pathologies, such as stroke. This review shows that unimpaired walking is characterized by a consistent and reciprocal interlimb influence that is supported by biomechanical models, and spinal and supraspinal mechanisms. This interlimb coordination is perturbed in subjects with stroke.

The influence of gait cadence on the ground reaction forces and plantar pressures during load carriage of young adults

Biomechanical gait parameters—ground reaction forces (GRFs) and plantar pressures—during load carriage of young adults were compared at a low gait cadence and a high gait cadence. Differences between load carriage and normal walking during both gait cadences were also assessed. A force plate and an in-shoe plantar pressure system were used to assess 60 adults while they were walking either normally (unloaded condition) or wearing a backpack (loaded condition) at low (70 steps per minute) and high gait cadences (120 steps per minute). GRF and plantar pressure peaks were scaled to body weight (or body weight plus backpack weight). With medium to high effect sizes we found greater anterior-posterior and vertical GRFs and greater plantar pressure peaks in the rearfoot, forefoot and hallux when the participants walked carrying a backpack at high gait cadences compared to walking at low gait cadences. Differences between loaded and unloaded conditions in both gait cadences were also observed.

Application of Infrared Thermal Imaging in a Violinist with Temporomandibular Disorder

Temporomandibular disorders (TMD) consist of a group of pathologies that affect the masticatory muscles, temporomandibular joints (TMJ), and/or related structures. String instrumentalists, like many orchestra musicians, can spend hours with head postures that may influence the biomechanical behavior of the TMJ and the muscles of the craniocervicomandibular complex (CCMC). The adoption of abnormal postures acquired during performance by musicians can lead to muscular hyperactivity of the head and cervical muscles, with the possible appearance of TMD. Medical infrared thermography is a non-invasive procedure that can monitor the changes in the superficial tissue related to blood circulation and may serve as a complement to the clinical examination. The objective of this study was to use infrared thermography to evaluate, in one subject, the cutaneous thermal changes adjacent to the CCMC that occur before, during, and after playing a string instrument.

Picture marks semiotics between ontwerpen and vormgeving

This project seeks to implement and operationalize an analytical and schematic tool proposed in the doctoral thesis of Eduardo Aires applied to the first pages of newspapers (FBAUP: 2006), to the study of the symbol within the visual identity – the picture mark – starting with its semiotic analysis. Our research has the main objective to contribute to providing guidelines to facilitate both the communication and the methodology used by students and professionals of graphic design, translating, in a graphic way, implicit phenomena that is still in the spectrum of intuition, concerning Identity Design (specifically, the design of the graphic mark), and bringing them to the field of scientific definitions. It is our intention to provide the design of a picture mark, a graphic sign which is intended to synthesize, identify and bring positive values about an entity, with an educational tool that would constitute itself as knowledge so far nonexistent.

Fractais - Aplicações em Engenharia

Num universo despovoado de formas geométricas perfeitas, onde proliferam superfícies irregulares, difíceis de representar e de medir, a geometria fractal revelou-se um instrumento poderoso no tratamento de fenómenos naturais, até agora considerados erráticos, imprevisíveis e aleatórios. Contudo, nem tudo na natureza é fractal, o que significa que a geometria euclidiana continua a ser útil e necessária, o que torna estas geometrias complementares. Este trabalho centra-se no estudo da geometria fractal e na sua aplicação a diversas áreas científicas, nomeadamente, à engenharia. São abordadas noções de auto-similaridade (exata, aproximada), formas, dimensão, área, perímetro, volume, números complexos, semelhança de figuras, sucessão e iterações relacionadas com as figuras fractais. Apresentam-se exemplos de aplicação da geometria fractal em diversas áreas do saber, tais como física, biologia, geologia, medicina, arquitetura, pintura, engenharia eletrotécnica, mercados financeiros, entre outras. Conclui-se que os fractais são uma ferramenta importante para a compreensão de fenómenos nas mais diversas áreas da ciência. A importância do estudo desta nova geometria, é avassaladora graças à sua profunda relação com a natureza e ao avançado desenvolvimento tecnológico dos computadores.

Perspetivas interdisciplinares na planificação didática de Línguas e Culturas Estrangeiras

O presente Relatório Final de Estágio concretiza-se num trabalho de reflexão crítica sobre as práticas realizadas como professora estagiária de Inglês e de Espanhol no âmbito das Unidades Curriculares de Prática Educativa I, II e III, do Curso de Mestrado em Ensino de Inglês e Francês ou Espanhol, da Escola Superior de Educação, do Instituto Politécnico do Porto. A problemática que se apresenta decorre da perspetiva de que o ensino e aprendizagem de uma língua estrangeira baseados na articulação entre disciplinas do currículo contribui para uma aprendizagem holística, desenvolvendo competências que permitem um entendimento geral e global dos fenómenos humanos proporcionando aos alunos a compreensão do saber escolar como um todo articulável, contribuindo para uma leitura lógica e completa da realidade. A sua concretização na sala de aula impõe que o professor planifique atividades e opte por estratégias de ensino e de aprendizagem diversificadas, onde convergem finalidades, conceitos e metodologias de diversas disciplinas do currículo. Assim, este trabalho descreve a planificação de práticas de ensino e aprendizagem de Inglês e Espanhol em articulação com os conteúdos e os objetivos da disciplina de Estudo do Meio no Primeiro Ciclo. A planificação de práticas de Inglês no Segundo Ciclo foi realizada em articulação com a disciplina de História e Geografia de Portugal, com base na metodologia de projeto. As opções adotadas na planificação didática são consideradas estratégicas para uma aprendizagem significativa. Palavras-chave: perspetiva interdisciplinar do ensino; planificação didática de línguas estrangeiras; compreensão integrada do saber escolar; aprendizagem por projeto

Aquisição por Visão Artificial e Medição Automática de Micro Dureza Vickers

O ensaio de dureza, e mais concretamente o ensaio de micro dureza Vickers, é no universo dos ensaios mecânicos um dos mais utilizados quer seja na indústria, no ensino ou na investigação e desenvolvimento de produto no âmbito das ciências dos materiais. Na grande maioria dos casos, a utilização deste ensaio tem como principal aplicação a caracterização ou controlo da qualidade de fabrico de materiais metálicos. Sendo um ensaio de relativa simplicidade de execução, rapidez e com resultados comparáveis e relacionáveis a outras grandezas físicas das propriedades dos materiais. Contudo, e tratando-se de um método de ensaio cuja intervenção humana é importante, na medição da indentação gerada por penetração mecânica através de um sistema ótico, não deixa de exibir algumas debilidades que daí advêm, como sendo o treino dos técnicos e respetivas acuidades visuais, fenómenos de fadiga visual que afetam os resultados ao longo de um turno de trabalho; ora estes fenómenos afetam a repetibilidade e reprodutibilidade dos resultados obtidos no ensaio. O CINFU possui um micro durómetro Vickers, cuja realização dos ensaios depende de um técnico treinado para a execução do mesmo, apresentando todas as debilidades já mencionadas e que o tornou elegível para o estudo e aplicação de uma solução alternativa. Assim, esta dissertação apresenta o desenvolvimento de uma solução alternativa ao método ótico convencional na medição de micro dureza Vickers. Utilizando programação em LabVIEW da National Instruments, juntamente com as ferramentas de visão computacional (NI Vision), o programa começa por solicitar ao técnico a seleção da câmara para aquisição da imagem digital acoplada ao micro durómetro, seleção do método de ensaio (Força de ensaio); posteriormente o programa efetua o tratamento da imagem (aplicação de filtros para eliminação do ruído de fundo da imagem original), segue-se, por indicação do operador, a zona de interesse (ROI) e por sua vez são identificadas automaticamente os vértices da calote e respetivas distâncias das diagonais geradas concluindo, após aceitação das mesmas, com o respetivo cálculo de micro dureza resultante. Para validação dos resultados foram utilizados blocos-padrão de dureza certificada (CRM), cujos resultados foram satisfatórios, tendo-se obtido um elevado nível de exatidão nas medições efetuadas. Por fim, desenvolveu-se uma folha de cálculo em Excel com a determinação da incerteza associada às medições de micro dureza Vickers. Foram então comparados os resultados nas duas metodologias possíveis, pelo método ótico convencional e pela utilização das ferramentas de visão computacional, tendo-se obtido bons resultados com a solução proposta.

Análise biomecânica da marcha e funcionalidade em crianças com Paralisia Cerebral: efeito da intervenção da fisioterapia com facilitação em tapete rolante

Introdução: As crianças com Paralisia Cerebral evidenciam frequentemente alterações da sua funcionalidade global, evidenciadas nomeadamente na marcha. Diferentes protocolos de facilitação da marcha em tapete rolante têm vindo a ser alvo de estudos no sentido de clarificar a sua eficácia nesta população. Estes sugerem uma evolução positiva dos diferentes aspectos estudados (funcionalidade global, resistência cardiorespiratória, componentes da marcha), contudo utilizam diferentes metodologias e especificidades do protocolo, não existindo consenso acerca das melhores condições de utilização. Objectivo(s): O presente trabalho teve como objectivo principal avaliar o efeito da aplicação de um protocolo de marcha em tapete rolante (PMTR) em crianças com Paralisia Cerebral (PC) espástica, nos parâmetros biomecânicos da mesma e funcionalidade global. Métodos: Participaram no estudo 9 crianças com PC do tipo diplégico e hemiplégico inscritos na Associação de Paralisia Cerebral de Braga (APCB), com idades compreendidas entre os 3 e os 8 anos de idade. Cada criança foi avaliada antes e após a aplicação do PMTR, através da análise biomecânica da marcha (dinamometria e electromiografia de superfície), bem como da aplicação do teste de medida da função motora (TMFM). A amostra foi dividida em dois grupos – grupo sujeito ao protocolo de marcha em tapete rolante (GPMTR) (n=5) e grupo controlo (GC) (n=4). O protocolo em tapete rolante foi incluído nas sessões de intervenção de fisioterapia, com uma frequência semanal de 2 a 3 vezes por semana, durante um período de 10 semanas consecutivas, após o qual foram repetidas as avaliações iniciais. Resultados: A análise dos resultados permitiu verificar evoluções no GPMTR ao nível do score total da TMFM e especialmente na dimensão E, o que revelou melhorias significativas da funcionalidade motora global neste grupo. Verificaram-se ainda, em termos eletromiográficos um melhor padrão de recrutamento muscular, bem como, no que se refere à análise dinamométrica, evoluções positivas, na componente vertical das forças de reacção do solo.Conclusão: O presente estudo parece sugerir que a inclusão da facilitação da marcha em tapete rolante no plano de intervenção pode contribuir para uma melhoria nos parâmetros biomecânicos da marcha e funcionalidade global de crianças com Paralisia Cerebral do tipo diplégico e hemiplégico, com idades compreendidas entre os 3 e os 8 anos.