Projecto de Controladores usando Redes Neuronais

Neste documento descreve-se o projeto desenvolvido na unidade curricular de Tese e Dissertação durante o 2º ano do Mestrado de Engenharia Eletrotécnica e de Computadores no ramo de Automação e Sistemas, no Departamento de Engenharia Eletrotécnica (DEE) do Instituto Superior de Engenharia do Porto (ISEP). O projeto escolhido teve como base o uso da tecnologia das redes neuronais para implementação em sistemas de controlo. Foi necessário primeiro realizar um estudo desta tecnologia, perceber como esta surgiu e como é estruturada. Por último, abordar alguns casos de estudo onde as redes neuronais foram aplicadas com sucesso. Relativamente à implementação, foram consideradas diferentes estruturas de controlo, e entre estas escolhidas a do sistema de controlo estabilizador e sistema de referência adaptativo. No entanto, como o objetivo deste trabalho é o estudo de desempenho quando aplicadas as redes neuronais, não se utilizam apenas estas como controlador. A análise exposta neste trabalho trata de perceber em que medida é que a introdução das redes neuronais melhora o controlo de um processo. Assim sendo, os sistemas de controlo utilizados devem conter pelo menos uma rede neuronal e um controlador PID. Os testes de desempenho são aplicados no controlo de um motor DC, sendo realizados através do recurso ao software MATLAB. As simulações efetuadas têm diferentes configurações de modo a tirar conclusões o mais gerais possível. Assim, os sistemas de controlo são simulados para dois tipos de entrada diferentes, e com ou sem a adição de ruído no sensor. Por fim, é efetuada uma análise das respostas de cada sistema implementado e calculados os índices de desempenho das mesmas.

Sistema aplicacional para o acompanhamento e monitorização de casos de perturbação psicótica

Pretende-se, na presente dissertação, descrever o trabalho desenvolvido e os conhecimentos adquiridos no decorrer do projeto “iCOPE”, realizado no âmbito do curso de Mestrado em Engenharia de Computação e Instrumentação Médica. O projeto consistiu no desenvolvimento de um sistema aplicacional para o auxílio à prestação de serviços e cuidados de saúde a pacientes com doenças psicóticas tanto através de ferramentas de autogestão, como por funcionalidades que permitirão a um terapeuta monitorizar as ocorrências comunicadas pelos respetivos pacientes atribuídos. As tarefas à responsabilidade do autor desta dissertação compreenderam o levantamento e especificação de requisitos funcionais, o desenvolvimento das funcionalidades e interfaces de gestão de utilizadores e administração do sistema, o desenvolvimento das funcionalidades e interfaces para utilização pelos terapeutas e a criação de ferramentas para a instalação do servidor aplicacional central, existindo ainda cooperação no desenvolvimento de funcionalidades e interfaces para utilização pelos pacientes, nomeadamente ao nível da modelização da base de dados e na realização de testes e deteção de erros. Os resultados da avaliação das interfaces desenvolvidas, obtidos por meio da análise de respostas dadas por um grupo de potenciais utilizadores a um inquérito de usabilidade anónimo, demonstraram que estes estão satisfeitos com a solução implementada, havendo, no entanto, margem para futuros melhoramentos e incremento de funcionalidades.

Diagnóstico cardíaco a partir de dados acústicos e clínicos

Este documento foi redigido no âmbito da dissertação do Mestrado em Engenharia Informática na área de Arquiteturas, Sistemas e Redes, do Departamento de Engenharia Informática, do ISEP, cujo tema é diagnóstico cardíaco a partir de dados acústicos e clínicos. O objetivo deste trabalho é produzir um método que permita diagnosticar automaticamente patologias cardíacas utilizando técnicas de classificação de data mining. Foram utilizados dois tipos de dados: sons cardíacos gravados em ambiente hospitalar e dados clínicos. Numa primeira fase, exploraram-se os sons cardíacos usando uma abordagem baseada em motifs. Numa segunda fase, utilizamos os dados clínicos anotados dos pacientes. Numa terceira fase, avaliamos a combinação das duas abordagens. Na avaliação experimental os modelos baseados em motifs obtiveram melhores resultados do que os construídos a partir dos dados clínicos. A combinação das abordagens mostrou poder ser vantajosa em situações pontuais.

Estudo de Funcionalidades HTML5 para um Editor de Imagem na Internet

Hoje em dia existem múltiplas aplicações multimédia na Internet, sendo comum qualquer website apresentar mais de uma forma de visualização de informação além do texto como, por exemplo: imagens, áudio, vídeo e animação. Com aumento do consumo e utilização de Smartphone e Tablets, o volume de tráfego de internet móvel tem vindo a crescer rapidamente, bem como o acesso à internet através da televisão. As aplicações web-based ganham maior relevância devido à maior partilha ou consumo de conteúdos multimédia, com ou sem edição ou manipulação da mesma, através de redes sociais, como o Facebook. Neste documento é apresentado o estudo de alternativas HTML5 e a implementação duma aplicação web-based no âmbito do Mestrado de Engenharia Informática, ramo de Sistemas Gráficos e Multimédia, no Instituto Superior Engenharia do Porto (ISEP). A aplicação tem como objetivo a edição e manipulação de imagens, tanto em desktop como em dispositivos móveis, sendo este processo exclusivamente feito no lado do cliente, ou seja, no Browser do utilizador. O servidor é usado somente para o armazenamento da aplicação. Durante o desenvolvimento do projeto foi realizado um estudo de soluções de edição e manipulação de imagem existentes no mercado, com a respetiva análise de comparação e apresentadas tecnologias Web modernas como HTML5, CSS3 e JavaScript, que permitirão desenvolver o protótipo. Posteriormente, serão apresentadas, detalhadamente, as várias fases do desenvolvimento de um protótipo, desde a análise do sistema, à apresentação do protótipo e indicação das tecnologias utilizadas. Também serão apresentados os resultados dos inquéritos efetuados a um grupo de pessoas que testaram esse protótipo. Finalmente, descrever-se-á de forma mais exaustiva, a implementação e serão apontadas dificuldades encontradas ao longo do desenvolvimento, bem como indicadas futuras melhorias a introduzir.

Supporting real-time distributed computer-controlled systems with multi-hop P-NET networks

Fieldbus communication networks aim to interconnect sensors, actuators and controllers within process control applications. Therefore, they constitute the foundation upon which real-time distributed computer-controlled systems can be implemented. P-NET is a fieldbus communication standard, which uses a virtual token-passing medium-access-control mechanism. In this paper pre-run-time schedulability conditions for supporting real-time traffic with P-NET networks are established. Essentially, formulae to evaluate the upper bound of the end-to-end communication delay in P-NET messages are provided. Using this upper bound, a feasibility test is then provided to check the timing requirements for accessing remote process variables. This paper also shows how P-NET network segmentation can significantly reduce the end-to-end communication delays for messages with stringent timing requirements.

Engineering PROFIBUS networks with heterogeneous transmission media

A significant number of process control and factory automation systems use PROFIBUS as the underlying fieldbus communication network. The process of properly setting up a PROFIBUS network is not a straightforward task. In fact, a number of network parameters must be set for guaranteeing the required levels of timeliness and dependability. Engineering PROFIBUS networks is even more subtle when the network includes various physical segments exhibiting heterogeneous specifications, such as bus speed or frame formats, just to mention a few. In this paper we provide underlying theory and a methodology to guarantee the proper operation of such type of heterogeneous PROFIBUS networks. We additionally show how the methodology can be applied to the practical case of PROFIBUS networks containing simultaneously DP (Decentralised Periphery) and PA (Process Automation) segments, two of the most used commercial-off-the-shelf (COTS) PROFIBUS solutions. The importance of the findings is however not limited to this case. The proposed methodology can be generalised to cover other heterogeneous infrastructures. Hybrid wired/wireless solutions are just an example for which an enormous eagerness exists.

Application of computational intelligence to engineering

Computational Intelligence (CI) includes four main areas: Evolutionary Computation (genetic algorithms and genetic programming), Swarm Intelligence, Fuzzy Systems and Neural Networks. This article shows how CI techniques overpass the strict limits of Artificial Intelligence field and can help solving real problems from distinct engineering areas: Mechanical, Computer Science and Electrical Engineering.

VISIR deployment in undergraduate engineering practices

Practical sessions are the backbone of qualification in engineering education. It leads to a better understanding and allows mastering scientific concepts and theories. The lack of the availability of practical sessions at many universities and institutions owing to the cost and the unavailability of instructors the most of the time caused a significant decline in experimentation in engineering education over the last decades. Recently, with the progress of computer-based learning, remote laboratories have been proven to be the best alternative to the traditional ones, regarding to its low cost and ubiquity. Some universities have already started to deploy remote labs in their practical sessions. This contribution compiles diverse experiences based on the deployment of the remote laboratory, Virtual Instrument Systems in Reality (VISIR), on the practices of undergraduate engineering grades at various universities within the VISIR community. It aims to show the impact of its usage on engineering education concerning the assessments of students and teachers as well.

Fractional Dynamics of Computer Virus Propagation

We propose a fractional model for computer virus propagation. The model includes the interaction between computers and removable devices. We simulate numerically the model for distinct values of the order of the fractional derivative and for two sets of initial conditions adopted in the literature. We conclude that fractional order systems reveal richer dynamics than the classical integer order counterpart. Therefore, fractional dynamics leads to time responses with super-fast transients and super-slow evolutions towards the steady-state, effects not easily captured by the integer order models.

Fractional Dynamics of Computer Virus Propagation

We propose a fractional model for computer virus propagation. The model includes the interaction between computers and removable devices. We simulate numerically the model for distinct values of the order of the fractional derivative and for two sets of initial conditions adopted in the literature. We conclude that fractional order systems reveal richer dynamics than the classical integer order counterpart. Therefore, fractional dynamics leads to time responses with super-fast transients and super-slow evolutions towards the steady-state, effects not easily captured by the integer order models.