Bridging between programming exercises formats with BabeLO

Assessment plays a vital role in learning. This is certainly the case with assessment of computer programs, both in curricular and competitive learning. The lack of a standard – or at least a widely used format – creates a modern Ba- bel tower made of Learning Objects, of assessment items that cannot be shared among automatic assessment systems. These systems whose interoperability is hindered by the lack of a common format include contest management systems, evaluation engines, repositories of learning objects and authoring tools. A prag- matical approach to remedy this problem is to create a service to convert among existing formats. A kind of translation service specialized in programming prob- lems formats. To convert programming exercises on-the-fly among the most used formats is the purpose of the BabeLO – a service to cope with the existing Babel of Learning Object formats for programming exercises. BabeLO was designed as a service to act as a middleware in a network of systems typically used in auto- matic assessment of programs. It provides support for multiple exercise formats and can be used by: evaluation engines to assess exercises regardless of its format; repositories to import exercises from various sources; authoring systems to create exercises in multiple formats or based on exercises from other sources. This paper analyses several of existing formats to highlight both their differ- ences and their similar features. Based on this analysis it presents an approach to extensible format conversion. It presents also the features of PExIL, the pivotal format in which the conversion is based; and the function definitions of the proposed service – BabeLO. Details on the design and implementation of BabeLO, including the service API and the interfaces required to extend the conversion to a new format, are also provided. To evaluate the effectiveness and efficiency of this approach this paper reports on two actual uses of BabeLO: to relocate exercises to a different repository; and to use an evaluation engine in a network of heterogeneous systems.

Desenvolvimento de programa em linguagem Matlab® para cálculo pelo método de elementos finitos

Para o projeto de qualquer estrutura existente (edifícios, pontes, veículos, máquinas, etc.) é necessário conhecer as condições de carga, geometria e comportamento de todas as suas partes, assim como respeitar as normativas em vigor nos países nos quais a estrutura será aplicada. A primeira parte de qualquer projeto nesta área passa pela fase da análise estrutural, onde são calculadas todas as interações e efeitos de cargas sobre as estruturas físicas e os seus componentes de maneira a verificar a aptidão da estrutura para o seu uso. Inicialmente parte-se de uma estrutura de geometria simplificada, pondo de parte os elementos físicos irrelevantes (elementos de fixação, revestimentos, etc.) de maneira a simplificar o cálculo de estruturas complexas e, em função dos resultados obtidos da análise estrutural, melhorar a estrutura se necessário. A análise por elementos finitos é a ferramenta principal durante esta primeira fase do projeto. E atualmente, devido às exigências do mercado, é imprescindível o suporte computorizado de maneira a agilizar esta fase do projeto. Existe para esta finalidade uma vasta gama de programas que permitem realizar tarefas que passam pelo desenho de estruturas, análise estática de cargas, análise dinâmica e vibrações, visualização do comportamento físico (deformações) em tempo real, que permitem a otimização da estrutura em análise. Porém, estes programas demostram uma certa complexidade durante a introdução dos parâmetros, levando muitas vezes a resultados errados. Assim sendo, é essencial para o projetista ter uma ferramenta fiável e simples de usar que possa ser usada para fins de projeto de estruturas e otimização. Sobre esta base nasce este projeto tese onde se elaborou um programa com interface gráfica no ambiente Matlab® para a análise de estruturas por elementos finitos, com elementos do tipo Barra e Viga, quer em 2D ou 3D. Este programa permite definir a estrutura por meio de coordenadas, introdução de forma rápida e clara, propriedades mecânicas dos elementos, condições fronteira e cargas a aplicar. Como resultados devolve ao utilizador as reações, deformações e distribuição de tensões nos elementos quer em forma tabular quer em representação gráfica sobre a estrutura em análise. Existe ainda a possibilidade de importação de dados e exportação dos resultados em ficheiros XLS e XLSX, de maneira a facilitar a gestão de informação. Foram realizados diferentes testes e análises de estruturas de forma a validar os resultados do programa e a sua integridade. Os resultados foram todos satisfatórios e convergem para os resultados de outros programas, publicados em livros, e para cálculo a mão feitos pelo autor.

Criação de programa informático em ambiente Matlab® para estudo de estruturas planas pelo Método de Elementos Finitos.

Os modelos a ser analisados pelo Método de Elementos Finitos são cada vez mais complexos e, nos tempos que correm, seria impensável realizar tais análises sem um apoio computorizado. Existe para esta finalidade uma vasta gama de programas que permitem realizar tarefas que passam pelo desenho de estruturas, análise estática de cargas, análise dinâmica e vibrações, visualização do comportamento físico (deformações) em tempo real, que permitem a otimização da estrutura. Sob o pretexto de permitir a qualquer utilizador uma análise de estruturas simples com o Método dos Elementos Finitos, surge esta tese, onde se irá criar de raiz um programa com interface gráfica no ambiente MATLAB® para análise de estruturas simples com dois tipos de elemento finito, triangular de deformação constante e quadrangular de deformação linear. O software desenvolvido, verificado por comparação com um software comercial dedicado para o efeito, efetua malhagem com elementos bidimensionais triangulares e quadriláteros e resolve modelos arbitrados pelo Método de Elementos Finitos, representando estes resultados visualmente e em formato tabular.

Modelling real solar cell using PSCAD/MATLAB

This paper presents the development of a solar photovoltaic (PV) model based on PSCAD/EMTDC - Power System Computer Aided Design – including a mathematical model study. An additional algorithm has been implemented in MATLAB software in order to calculate several parameters required by the PSCAD developed model. All the simulation study has been performed in PSCAD/MATLAB software simulation tool. A real data base concerning irradiance, cell temperature and PV power generation was used in order to support the evaluation of the implemented PV model.

Numerical experiments with a modified regularization scheme for mathematical programs with complementarity constraints

On this paper we present a modified regularization scheme for Mathematical Programs with Complementarity Constraints. In the regularized formulations the complementarity condition is replaced by a constraint involving a positive parameter that can be decreased to zero. In our approach both the complementarity condition and the nonnegativity constraints are relaxed. An iterative algorithm is implemented in MATLAB language and a set of AMPL problems from MacMPEC database were tested.

Development of computer application for determination of chemical diffusion properties in biological tissues

The main objective of this work was to develop an application capable of determining the diffusion times and diffusion coefficients of optical clearing agents and water inside a known type of muscle. Different types of chemical agents can also be used with the method implemented, such as medications or metabolic products. Since the diffusion times can be calculated, it is possible to describe the dehydration mechanism that occurs in the muscle. The calculation of the diffusion time of an optical clearing agent allows to characterize the refractive index matching mechanism of optical clearing. By using both the diffusion times and diffusion of water and clearing agents not only the optical clearing mechanisms are characterized, but also information about optical clearing effect duration and magnitude is obtained. Such information is crucial to plan a clinical intervention in cooperation with optical clearing. The experimental method and equations implemented in the developed application are described in throughout this document, demonstrating its effectiveness. The application was developed in MATLAB code, but the method was personalized so it better fits the application needs. This process significantly improved the processing efficiency, reduced the time to obtain he results, multiple validations prevents common errors and some extra functionalities were added such as saving application progress or export information in different formats. Tests were made using glucose measurements in muscle. Some of the data, for testing purposes, was also intentionally changed in order to obtain different simulations and results from the application. The entire project was validated by comparing the calculated results with the ones found in literature, which are also described in this document.

Virtual power players demand response programs management based on locational marginal prices

Power systems have been suffering huge changes mainly due to the substantial increase of distributed generation and to the operation in competitive environments. Virtual power players can aggregate a diversity of players, namely generators and consumers, and a diversity of energy resources, including electricity generation based on several technologies, storage and demand response. Resource management gains an increasing relevance in this competitive context, while demand side active role provides managers with increased demand elasticity. This makes demand response use more interesting and flexible, giving rise to a wide range of new opportunities.This paper proposes a methodology for managing demand response programs in the scope of virtual power players. The proposed method is based on the calculation of locational marginal prices (LMP). The evaluation of the impact of using demand response specific programs on the LMP value supports the manager decision concerning demand response use. The proposed method has been computationally implemented and its application is illustrated in this paper using a 32 bus network with intensive use of distributed generation.

A simulation tool for demand response programs implementation

The design and development of simulation models and tools for Demand Response (DR) programs are becoming more and more important for adequately taking the maximum advantages of DR programs use. Moreover, a more active consumers’ participation in DR programs can help improving the system reliability and decrease or defer the required investments. DemSi, a DR simulator, designed and implemented by the authors of this paper, allows studying DR actions and schemes in distribution networks. It undertakes the technical validation of the solution using realistic network simulation based on PSCAD. DemSi considers the players involved in DR actions, and the results can be analyzed from each specific player point of view.

Using data mining techniques to support DR programs definition in smart grids

In recent years, Power Systems (PS) have experimented many changes in their operation. The introduction of new players managing Distributed Generation (DG) units, and the existence of new Demand Response (DR) programs make the control of the system a more complex problem and allow a more flexible management. An intelligent resource management in the context of smart grids is of huge important so that smart grids functions are assured. This paper proposes a new methodology to support system operators and/or Virtual Power Players (VPPs) to determine effective and efficient DR programs that can be put into practice. This method is based on the use of data mining techniques applied to a database which is obtained for a large set of operation scenarios. The paper includes a case study based on 27,000 scenarios considering a diversity of distributed resources in a 32 bus distribution network.

Demand response programs definition supported by clustering and classification techniques

The growing importance and influence of new resources connected to the power systems has caused many changes in their operation. Environmental policies and several well know advantages have been made renewable based energy resources largely disseminated. These resources, including Distributed Generation (DG), are being connected to lower voltage levels where Demand Response (DR) must be considered too. These changes increase the complexity of the system operation due to both new operational constraints and amounts of data to be processed. Virtual Power Players (VPP) are entities able to manage these resources. Addressing these issues, this paper proposes a methodology to support VPP actions when these act as a Curtailment Service Provider (CSP) that provides DR capacity to a DR program declared by the Independent System Operator (ISO) or by the VPP itself. The amount of DR capacity that the CSP can assure is determined using data mining techniques applied to a database which is obtained for a large set of operation scenarios. The paper includes a case study based on 27,000 scenarios considering a diversity of distributed resources in a 33 bus distribution network.

Numerical optimization experiments using the hyperbolic smoothing strategy to solve MPCC

In this work we solve Mathematical Programs with Complementarity Constraints using the hyperbolic smoothing strategy. Under this approach, the complementarity condition is relaxed through the use of the hyperbolic smoothing function, involving a positive parameter that can be decreased to zero. An iterative algorithm is implemented in MATLAB language and a set of AMPL problems from MacMPEC database were tested.

Processamento de imagem para determinação de distribuições granulométricas de gotas numa suspensão

Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Controlo por computador de um sistema de levitação magnética

Ao longo deste projecto são efectuados vários passos para a realização de um sistema de levitação magnética controlado por computador. O objectivo deste projecto é a levitação de um objecto de material ferromagnético. Para a sua realização foi essencialmente necessário um electroíman, que exerce a força electromagnética sobre a bola, um circuito de potência para accionar o electroíman, um circuito sensor constituído por um LDR e por fim, o circuito constituído pelo PIC 18F4550. Para a comunicação entre o sistema e o PC foi estabelecida a comunicação série RS232. No que concerne ao controlo do sistema, foi aplicado um controlador PD e um controlador em avanço, ambos projectados directamente no domínio digital, através do método do Lugar de raízes. Posteriormente foi desenvolvida uma interface gráfica em ambiente MATLAB, para comunicação, via RS232, entre o PC e o sistema.

Sistema para monitorização cardiovascular

Esta dissertação propõe o desenvolvimento de um sistema capaz de adquirir e monitorizar num computador o sinal do electrocardiograma (ECG) e de detectar o pico R do complexo QRS do referido sinal. Numa primeira fase foi efectuado um estudo do sistema cardiovascular, de forma a compreender a actividade eléctrica do coração e dos diversos sinais que constituem o ECG. Foi efectuado um estudo sobre o sinal ECG, tendo sido estudadas as suas características, bem como técnicas e componentes básicos de aquisição e condicionamento do sinal, sendo também analisados diversos sistemas que efectuam a aquisição de ECG. Numa segunda fase foram estudadas as Field Programmable Analog Array (FPAA), analisando o estado da arte desta tecnologia, bem como os dispositivos disponíveis comercialmente. Após esta análise foram seleccionados os dispositivos FPAA, bem como o restante hardware e software necessários para a realização desta Tese. Foi desenvolvido um sistema de condicionamento de sinal ECG, e de detecção de pico R do complexo QRS, apenas com componentes analógicos discretos tendo sido analisados os resultados obtidos antes de se avançar para a fase seguinte. Após a realização do sistema com componentes discretos, foi implementado um sistema em que grande parte do condicionamento do sinal ECG é efectuado por duas placas de desenvolvimento FPAA, de forma a diminuir a quantidade de componentes e a obter um sinal com melhor resolução. Os resultados obtidos foram analisados e comparados com o sistema desenvolvido. Para monitorizar o sinal ECG e o pico R num computador, foi desenvolvido um sistema em que os sinais são convertidos pelo conversor A/D de um microcontrolador, e enviados por comunicação série para um computador, sendo os valores obtidos visualizados numa aplicação em ambiente MATLAB.

Distributed computer-controlled systems: the DEAR-COTS approach

This paper proposes a new architecture targeting real-time and reliable Distributed Computer-Controlled Systems (DCCS). This architecture provides a structured approach for the integration of soft and/or hard real-time applications with Commercial O -The-Shelf (COTS) components. The Timely Computing Base model is used as the reference model to deal with the heterogeneity of system components with respect to guaranteeing the timeliness of applications. The reliability and availability requirements of hard real-time applications are guaranteed by a software-based fault-tolerance approach.