Approximating fractional derivatives in the perspective of system control

The theory of fractional calculus goes back to the beginning of the theory of differential calculus, but its application received attention only recently. In the area of automatic control some work was developed, but the proposed algorithms are still in a research stage. This paper discusses a novel method, with two degrees of freedom, for the design of fractional discrete-time derivatives. The performance of several approximations of fractional derivatives is investigated in the perspective of nonlinear system control.

Sequencing cutting patterns with colored interval graphs

The problem addressed here originates in the industry of flat glass cutting and wood panel sawing, where smaller items are cut from larger items accordingly to predefined cutting patterns. In this type of industry the smaller pieces that are cut from the patterns are piled around the machine in stacks according to the size of the pieces, which are moved to the warehouse only when all items of the same size have been cut. If the cutting machine can process only one pattern at a time, and the workspace is limited, it is desirable to set the sequence in which the cutting patterns are processed in a way to minimize the maximum number of open stacks around the machine. This problem is known in literature as the minimization of open stacks (MOSP). To find the best sequence of the cutting patterns, we propose an integer programming model, based on interval graphs, that searches for an appropriate edge completion of the given graph of the problem, while defining a suitable coloring of its vertices.

ANN based support for distributed energy resources scheduling in smart grids

The future scenarios for operation of smart grids are likely to include a large diversity of players, of different types and sizes. With control and decision making being decentralized over the network, intelligence should also be decentralized so that every player is able to play in the market environment. In the new context, aggregator players, enabling medium, small, and even micro size players to act in a competitive environment, will be very relevant. Virtual Power Players (VPP) and single players must optimize their energy resource management in order to accomplish their goals. This is relatively easy to larger players, with financial means to have access to adequate decision support tools, to support decision making concerning their optimal resource schedule. However, the smaller players have difficulties in accessing this kind of tools. So, it is required that these smaller players can be offered alternative methods to support their decisions. This paper presents a methodology, based on Artificial Neural Networks (ANN), intended to support smaller players’ resource scheduling. The used methodology uses a training set that is built using the energy resource scheduling solutions obtained with a reference optimization methodology, a mixed-integer non-linear programming (MINLP) in this case. The trained network is able to achieve good schedule results requiring modest computational means.

Desmonte de rocha com explosivos: importância da optimização

Este trabalho pretende avaliar e melhorar o modo de execução da aplicação da técnica de rebentamento com explosivos, aumentando a fragmentação e reduzindo o custo no conjunto das operações de perfuração, carga, detonação e fragmentação secundária e compreender a influência na variação do custo das operações face às melhorias adoptadas. A investigação foi executada na pedreira da Mota-Engil, Engenharia S.A. ‘’ Bouça do Menino’’ Vila Verde, Cervães, tendo os dados iniciais sido recolhidos em 2004 (ano de referência) e comparados com os seguintes 4 anos. A perfuração é geralmente um dos principais factores que influenciam o resultado de um rebentamento, já que do seu rigor pode depender a eficiência do explosivo. Hoje em dia, para além da adequação dos métodos de execução ao local a fragmentar, existem ferramentas que nos permitem visualizar com rigor as circunstâncias em que se desenvolvem os trabalhos, nomeadamente as utilizadas pelos equipamentos de perfuração para controlo de profundidade, inclinação e direcção, a utilização de feixes ‘’laser’’ que nos permitem manter o nivelamento das plataformas, o ‘’laser’’ profile que nos ajuda a definir o posicionamento e inclinação dos furos relativamente à frente livre antes de executar a perfuração, ou ainda, a utilização de equipamentos de registo de coordenadas que nos permitem verificar o posicionamento do furo após a sua execução e decidir sobre a sua utilização mais correcta em função da sua posição. A utilização destas ferramentas associadas a um ‘’software’’ de desenho é ainda uma excelente ferramenta de formação para os operadores da perfuração e utilização dos explosivos, já que permite visualizar e compreender a relação da posição dos furos com o resultado do rebentamento.

Simulation and dynamics of freeway traffic

This paper presents the new package entitled Simulator of Intelligent Transportation Systems (SITS) and a computational oriented analysis of traffic dynamics. The SITS adopts a microscopic simulation approach to reproduce real traffic conditions considering different types of vehicles, drivers and roads. A set of experiments with the SITS reveal the dynamic phenomena exhibited by this kind of system. For this purpose a modelling formalism is developed that embeds the statistics and the Laplace transform. The results make possible the adoption of classical system theory tools and point out that it is possible to study traffic systems taking advantage of the knowledge gathered with automatic control algorithms. A complementary perspective for the analysis of the traffic flow is also quantified through the entropy measure.

Remote and mobile experimentation: pushing the boundaries of an ubiquitous learning place

Concepts like E-learning and M-learning are changing the traditional learning place. No longer restricted to well-defined physical places, education on Automation and other Engineering areas is entering the so-called ubiquitous learning place, where even the more practical knowledge (acquired at lab classes) is now moving into, due to emergent concepts such as Remote Experimentation or Mobile Experimentation. While Remote Experimentation is traditionally regarded as the remote access to real-world experiments through a simple web browser running on a PC connected to the Internet, Mobile Experimentation may be seen as the access to those same (or others) experiments, through mobile devices, used in M-learning contexts. These two distinct client types (PCs versus mobile devices) pose specific requirements for the remote lab infrastructure, namely the ability to tune the experiment interface according to the characteristics (e.g. display size) of the accessing device. This paper addresses those requirements, namely by proposing a new architecture for the remote lab infrastructure able to accommodate both Remote and Mobile Experimentation scenarios.

Controlo de um sistema domótico KNX

Esta dissertação descreve o estudo, concepção e desenvolvimento de uma aplicação baseada no sistema operativo Windows 8 que interage com um sistema domótico KNX, permitindo ao utilizador controlar a sua instalação domótica. Esta proposta, que combina a área de integração/instalação de sistemas domóticos e a de desenvolvimento de aplicações para Windows 8 e Windows 8 Phone, constitui um desafio particularmente interessante para quem tem experiência profissional nas duas áreas. A domótica surgiu na década de 70 como uma aplicação da eletrónica e das tecnologias da informação às instalações residenciais, comerciais e industriais. Esta nova área desencadeou uma revolução, não só, ao nível da produção e comercialização, mas, também, do ponto de vista do utilizador, ao promover a comodidade, segurança, personalização e o controlo de pessoas e bens. Os smartphones e tablets vieram permitir que o desenvolvimento de aplicações móveis de interacção com os sistemas domóticos. Ao longo desta dissertação são descritas e analisadas as múltiplas áreas de intervenção da domótica assim como as diferentes tecnologias de aplicação e mercados. Também são analisados os sistemas operativos que existentes, as respetivas cotas de mercado e os tipos de dispositivos disponíveis. Por último, a aplicação foi concebida, implementada e testada para verificar a correcta interacção com o sistema domótico KNX e as funcionalidades de controlo da instalação domótica.

A Communication and Resources Management Scheme to Support the Smart Grid Integration of Multiplayers Access to Resources Information

The increasing and intensive integration of distributed energy resources into distribution systems requires adequate methodologies to ensure a secure operation according to the smart grid paradigm. In this context, SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) systems are an essential infrastructure. This paper presents a conceptual design of a communication and resources management scheme based on an intelligent SCADA with a decentralized, flexible, and intelligent approach, adaptive to the context (context awareness). The methodology is used to support the energy resource management considering all the involved costs, power flows, and electricity prices leading to the network reconfiguration. The methodology also addresses the definition of the information access permissions of each player to each resource. The paper includes a 33-bus network used in a case study that considers an intensive use of distributed energy resources in five distinct implemented operation contexts.

Real-time Energy Resource Scheduling considering a Real Portuguese Scenario

The development in power systems and the introduction of decentralized generation and Electric Vehicles (EVs), both connected to distribution networks, represents a major challenge in the planning and operation issues. This new paradigm requires a new energy resources management approach which considers not only the generation, but also the management of loads through demand response programs, energy storage units, EVs and other players in a liberalized electricity markets environment. This paper proposes a methodology to be used by Virtual Power Players (VPPs), concerning the energy resource scheduling in smart grids, considering day-ahead, hour-ahead and real-time scheduling. The case study considers a 33-bus distribution network with high penetration of distributed energy resources. The wind generation profile is based on a real Portuguese wind farm. Four scenarios are presented taking into account 0, 1, 2 and 5 periods (hours or minutes) ahead of the scheduling period in the hour-ahead and realtime scheduling.

Dynamic Approach and Testbed for Small and Medium Players Simulation in Smart Grid Environments

The Smart Grid environment allows the integration of resources of small and medium players through the use of Demand Response programs. Despite the clear advantages for the grid, the integration of consumers must be carefully done. This paper proposes a system which simulates small and medium players. The system is essential to produce tests and studies about the active participation of small and medium players in the Smart Grid environment. When comparing to similar systems, the advantages comprise the capability to deal with three types of loads – virtual, contextual and real. It can have several loads optimization modules and it can run in real time. The use of modules and the dynamic configuration of the player results in a system which can represent different players in an easy and independent way. This paper describes the system and all its capabilities.

Automatização de sistema de medição múltiplo de ensaio de manómetros analógicos

A dissertação em apreço resultou da necessidade em otimizar os recursos técnicos, mas sobretudo humanos, afetos às verificações de instrumentos de medição, no âmbito do Controlo Metrológico Legal. Estas verificações, realizadas nos termos do cumprimento das competências outrora atribuídas à Direção de Serviços da Qualidade da então Direção Regional da Economia do Norte, eram operacionalizadas pela Divisão da Qualidade e Licenciamento, na altura dirigida pelo subscritor da presente tese, nomeadamente no que respeita aos ensaios efetuados, em laboratório, a manómetros analógicos. O objetivo principal do trabalho foi alcançado mediante o desenvolvimento de um automatismo, materializado pela construção de um protótipo, cuja aplicação ao comparador de pressão múltiplo, dantes em utilização, permitiria realizar a leitura da indicação de cada manómetro analógico através de técnicas de processamento de imagem, função esta tradicionalmente efetuada manualmente por um operador especializado. As metodologias de comando, controlo e medição desse automatismo foram realizadas através de um algoritmo implementado no software LabVIEW® da National Intruments, particularmente no que respeita ao referido processamento das imagens adquiridas por uma câmara de vídeo USB. A interface com o hardware foi concretizada recorrendo a um módulo de Aquisição de Dados Multifuncional (DAQ) USB-6212, do mesmo fabricante. Para o posicionamento horizontal e vertical da câmara de vídeo USB, recorreu-se a guias lineares acionadas por motores de passo, sendo que estes dispositivos foram igualmente empregues no acionamento do comparador de pressão. Por último, procedeu-se à aquisição digital da leitura do padrão, recorrendo à respetiva virtualização, bem como a uma aplicação desenvolvida neste projeto, designada appMAN, destinada à gestão global do referido automatismo, nomeadamente no que se refere ao cálculo do resultado da medição, erro e incerteza associada, e emissão dos respetivos documentos comprovativos.

Factores de rentabilização do processo de serragem de granitos com engenhos multi-lâminas

Este trabalho visa apresentar um enquadramento da realidade económica e industrial do sector transformador de granitos ornamentais em Portugal e fazer uma análise do processo de serragem, com engenhos multi-lâminas e granalha de aço, na medida em que este é o método de seccionamento de blocos de granito mais utilizado pelas grandes indústrias do sector. Tendo em conta a importância económica desta operação produtiva na indústria em causa, foi definido como fito deste projecto a análise estatística dos custos de produção; a definição de fórmulas de cálculo que permitam prever o custo médio de serragem; e o estudo de soluções economicamente viáveis e ambientalmente sustentáveis para o problema das lamas resultantes do expurgo dos engenhos. Para a persecução deste projecto foi realizada uma recolha de dados implementando rotinas de controlo e registo dos mesmos, em quadros de produção normalizados e de fácil preenchimento, pelos operadores destes equipamentos. Esta recolha de dados permitiu isolar, quantificar e formular os factores de rentabilização do processo de serragem selecionando, dentro da amostra de estudo obtida, um conjunto de serragens com características similares e com valores próximos dos valores da média estatística. Apartir dos dados destas serragens foram geradas curvas de tendência polinomial com as quais se analisaram as variações provocadas no custo médio de serragem, pelas variações do factor em estudo. A formulação dos factores de rentabilização e os dados estatísticos obtidos permitiram depois o desenvolvimento de fórmulas de cálculo do custo médio de serragem que establecem o custo de produção diferenciado em função das espessuras com, ou sem, a incorporação dos factores de rentabilização. Como consequência do projecto realizado obteve-se um conjunto de conclusões util, para o sector industrial em causa, que evidencia a importancia da Ocupação dos engenhos e rentabilização de um espaço confinado, da Resistência oferecida à serragem pelos granitos, e da Diferença de altura entre os blocos de uma mesma carga, nos custos de transformação.

Optimização energética de um sistema de climatização industrial

O desenvolvimento deste trabalho teve como objectivo a optimização de um sistema de climatização industrial, constituído por quatro centrais de climatização adiabáticas, que apresentam limitações de capacidade de arrefecimento, controlo e eficiência. Inicialmente foi necessária a pesquisa bibliográfica e recolha de informação relativa à indústria têxtil e ao processo de arrefecimento evaporativo. Numa fase posterior foram recolhidos e analisados os diversos dados essenciais à compreensão do binómio edifício/sistema de climatização, para a obtenção de possíveis hipóteses de optimização. Da fase de recolha de informações e dados, destaca-se, também, a realização de análises à qualidade do ar interior (QAI). As optimizações seleccionadas como passíveis de implementação, foram estudadas e analisadas com o auxílio do software de simulação energética dinâmica DesignBuilder e os resultados obtidos foram devidamente trabalhados e ajustados de modo a permitir uma assimilação amigável e de fácil interpretação das suas vantagens e desvantagens, tendo ainda sido objecto de estudo de viabilidade económica. A optimização proposta reflecte uma melhoria substancial das condições interiores ao nível da temperatura e humidade relativa, resultando, ainda assim, numa redução de consumos energéticos na ordem dos 23 % (490.337 kWh), isto é, uma poupança anual de 42.169 € aos custos de exploração e com um período de retorno de 1 ano e 11 meses.

Ferramenta de gestão de redes MESH

Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores - Área de Especialização de Telecomunicações

A pré-fabricação em betão em edifícios

No presente trabalho apresenta-se um levantamento com base na literatura especializada, das diversas soluções estruturais em betão pré-fabricado existentes, aplicadas em edifícios correntes, mais especificamente as soluções ao nível dos elementos que as constituem, nomeadamente no que respeita a ligações estruturais dos elementos, com combinações in situ, das estruturas préfabricadas e as moldadas em obra, aproveitando o que de melhor se pode obter de ambas as técnicas, com vista a obter um melhor resultado final. Apesar do setor da construção civil estar em crise, tal como vários outros setores, as empresas de pré-fabricação apresentam soluções que poderão contrariar esta tendência, nomeadamente através da diversificação e flexibilização da sua produção, com inovação, criatividade e elevada qualidade. Num mercado em que a construção de edifícios de raiz sofreu um grande abrandamento, começa a surgir no mercado a necessidade de se reabilitar as construções existentes, nomeadamente nos grandes centros das cidades que foram perdendo população ao longo dos tempos. Esta requalificação do espaço urbano permite o desenvolvimento de soluções estruturais pré-fabricadas, no que respeita à reabilitação dos elementos existentes, quer por justaposição para reforço das estruturas, quer por inserção de elementos novos para efetuar correções. Os baixos custos de mão de obra, equipamentos e estaleiro, assim como a redução dos prazos de construção e entrega ao cliente final, dado que a produção não está dependente das condições existentes in situ para se desenvolver, destacam-se da construção civil tradicional. A produção integral dos elementos pré-fabricados de betão em fábrica tem outras vantagens, entre as quais, um melhor planeamento e controle da segurança, um controle rigoroso de qualidade, a redução dos custos de reparação e manutenção, melhor sustentabilidade com redução da quantidade de resíduos produzidos.