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.

Optimal fuzzy PID control tuned with genetic algorithms

Fuzzy logic controllers (FLC) are intelligent systems, based on heuristic knowledge, that have been largely applied in numerous areas of everyday life. They can be used to describe a linear or nonlinear system and are suitable when a real system is not known or too difficult to find their model. FLC provide a formal methodology for representing, manipulating and implementing a human heuristic knowledge on how to control a system. These controllers can be seen as artificial decision makers that operate in a closed-loop system, in real time. The main aim of this work was to develop a single optimal fuzzy controller, easily adaptable to a wide range of systems – simple to complex, linear to nonlinear – and able to control all these systems. Due to their efficiency in searching and finding optimal solution for high complexity problems, GAs were used to perform the FLC tuning by finding the best parameters to obtain the best responses. The work was performed using the MATLAB/SIMULINK software. This is a very useful tool that provides an easy way to test and analyse the FLC, the PID and the GAs in the same environment. Therefore, it was proposed a Fuzzy PID controller (FL-PID) type namely, the Fuzzy PD+I. For that, the controller was compared with the classical PID controller tuned with, the heuristic Ziegler-Nichols tuning method, the optimal Zhuang-Atherton tuning method and the GA method itself. The IAE, ISE, ITAE and ITSE criteria, used as the GA fitness functions, were applied to compare the controllers performance used in this work. Overall, and for most systems, the FL-PID results tuned with GAs were very satisfactory. Moreover, in some cases the results were substantially better than for the other PID controllers. The best system responses were obtained with the IAE and ITAE criteria used to tune the FL-PID and PID controllers.

Richard Zimler e a auto-identificação: o papel do tradutor na construção da consciência do ser

A definição do ser baseia-se na memória da herança das gerações passadas. Quando se fala de herança cultural de um grupo étnico específico, a tradução do ser pode identificar-se com a continuação de tradições passadas, tendo em vista um futuro melhor. A psicologia da memória coletiva no processo de auto identificação está relacionada com a preservação de características etnológicas, sociológicas e antropológicas que apontam para as tradições do grupo. Baseada na análise da tradução de “O Último Cabalista de Lisboa”, cujo original foi escrito por Richard Zimler que é proposta para esta abordagem, tentar-se-á sublinhar a importância dos estudos da tradução para clarificar a necessidade de auto identificação baseada na memória e na expressão. A metáfora da tradução enquanto porta e do tradutor como uma ponte são conceitos chave no processo de tradução. Ambos podem ser a prova do papel fundamental do tradutor. A (in)visibilidade do tradutor, enquanto autor de uma obra de arte, será focada como uma característica ilustrativa que pode ser (ou não) reveladora da auto identificação, tanto do autor, como do tradutor enquanto autor. Será que o tradutor é a definição da auto identificação do autor? Será que a identificação da obra de arte é pertinente no contexto histórico-literário, na era contemporânea? Será que Richard Zimler é um bom exemplo da identificação de um grupo minoritário? Será que “The Last Cabbalist of Lisbon” é um retrato de tradições étnicas convertido em prosa? Será que a reação do público leitor e dos críticos é responsável pela imagem auto definida/auto definidora da identificação do autor e da obra de arte? Estes e outros aspetos relacionados serão abordados através de uma análise comparativa da tradução com o original, para ilustrar o princípio da necessidade da auto identificação baseada na identificação do grupo.

Auto-determinação e inclusão social das pessoas com deficiência mental - uma intervenção centrada no sujeito

Dotar as pessoas com deficiência mental com competências para se autodeterminarem e terem a oportunidade de concretizar a sua plena inclusão social, é um desafio colocado à sociedade actual. Torna-se importante colocar em prática o que diferentes autores e organizações como a American Association of Mental Retardation defendem, criando condições para que os profissionais, famílias e comunidade possam ser os facilitadores deste processo. Neste sentido foi implementado no Centro de Reabilitação de Ponte de Lima um modelo de intervenção específico baseado na promoção e desenvolvimento da autonomia pessoal, social e de realização da pessoa com deficiência mental e criado um instrumento de observação e registo que reflecte essa forma de intervenção designado por Protocolo de Registo e Avaliação de Competências - PRAC. Neste estudo realizou-se uma análise ao instrumento em causa, pretendendo dar um contributo para a sua posterior validação. Nesse sentido, utilizou-se uma metodologia qualitativa e quantitativa para analisar se o instrumento pode ou não ser considerado representativo da capacidade de autodeterminação; se é estável quando utilizado por mais que um utilizador; se descrimina os indivíduos com maior ou menor autonomia e se os itens quando sujeitos à análise factorial, evidenciam os constructos teóricos previamente traçados. Muito embora o PRAC tenha sido pensado e estruturado para pessoas com deficiência mental, neste estudo foi utilizado por um grupo diversificado de profissionais oriundos de áreas distintas o que veio comprovar que o instrumento pode ser utilizado em diferentes contextos e com público-alvo mais alargado. Os resultados evidenciados são consistentes, permitindo respostas positivas às questões elaboradas, é de referir contudo que necessitam de um maior aprofundamento de forma a estabelecer outro tipo de generalizações.

Estudo sobre a influência da rotatividade de postos de trabalho na prevalência de sintomatologia músculo-esquelética auto-referida

Objectivo: O objectivo deste estudo foi avaliar a eficácia de um plano de rotatividade de postos de trabalho, específico, na prevalência de sintomatologia músculo-esquelética auto-referida, de operadoras de costura. Metodologia: Realizou-se um estudo quantitativo, observacional e analítico longitudinal, onde se avaliou o efeito de uma intervenção, em 25 operadoras que se voluntariaram para o estudo, de acordo com o interesse da empresa. Foram utilizados como instrumentos de avaliação o Risk Filter, o Questionário Nórdico Músculo-Esquelético e o Rapid Upper Limbs Assessment (RULA). O projecto englobou uma análise de factores de risco e classificação dos respectivos postos de trabalho de modo a estruturar uma (re)organização do trabalho (Plano de rotatividade de postos de trabalho). Resultados: A implementação do projecto reduziu significativamente (p<0,05) a sintomatologia músculo-esquelética auto-referida, sobretudo ao nível da cervical, tornozelos e pés, punhos e mãos, tendo sido estas últimas as áreas de maior prevalência referida. Verificou-se também uma diminuição da média da intensidade de dor reportada, pelas operadoras. Conclusões: O resultado deste estudo reforça a recomendação e implementação da variação do gesto (variação biomecânica da exposição), através da implementação de um plano de rotatividade de postos de trabalho, específico, tornando-se eficaz como intervenção preventiva e promotora de saúde, no que refere às lesões musculesqueléticas relacionadas com o trabalho.

Multi-apprentice learning for meta-heuristics parameter tuning in a multi agent scheduling system

The scheduling problem is considered in complexity theory as a NP-hard combinatorial optimization problem. Meta-heuristics proved to be very useful in the resolution of this class of problems. However, these techniques require parameter tuning which is a very hard task to perform. A Case-based Reasoning module is proposed in order to solve the parameter tuning problem in a Multi-Agent Scheduling System. A computational study is performed in order to evaluate the proposed CBR module performance.

Auto-parametrização de meta-heurísticas para escalonamento dinâmico

Este artigo aborda o problema da parametrização de Técnicas de Optimização Inspiradas na Biologia (BIT - Biological Inspired Optimization Techniques), também conhecidas como Meta-heurísticas, considerando a importância que estas técnicas têm na resolução de situações de mundo real, sujeitas a perturbações externas. É proposto um módulo de aprendizagem com o objectivo de permitir que um Sistema Multi-Agente (SMA) para Escalonamento seleccione automaticamente uma Metaheurística e escolha a parametrização a usar no processo de optimização. Para o módulo de aprendizagem foi usado o Raciocínio baseado em Casos (RBC), permitindo ao sistema aprender a partir da experiência acumulada na resolução de problemas similares. Através da análise dos resultados obtidos é possível concluir acerca das vantagens da sua utilização.

Auto-regulação na gestão de conflitos em retalho

Mestrado em Engenharia Informática

Aplicação de algoritmos genéticos para sintonia de controladores

Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Auto-medicação em adolescentes do Ensino Secundário de Vila Nova de Gaia

Este trabalho de investigação encontra-se estruturado em cinco capítulos. Na Introdução geral, é apresentado o estado de arte, sendo definido o tema da investigação. No segundo capítulo são apresentados os objectivos do trabalho: geral e específicos. No capítulo da Metodologia encontram-se definidos o tipo de estudo, a população em estudo e amostra, o instrumento de recolha de dados e sua validação, as considerações éticas e finalmente, os testes estatísticos utilizados. No quarto capítulo encontram-se os Artigos redigidos, tendo sido um deles submetido à "Revista Portuguesa de Saúde Pública', cujo factor de impacto em 2009 foi de 2,655 e o outro será submetido à posteriori à revista "Pharmaceutica/ Researcli', cujo factor de impacto em 2009 foi de 3,933. O último capítulo integra as Considerações Finais. Apresenta-se como objectivo geral determinar a prevalência da automedicação numa faixa etária específica- a adolescência, procedendo para tal, a uma recolha de dados perante questionário efectuado a alunos de 12° ano das Escolas Secundárias de Vila Nova de Gaia. Foram obtidas 699 respostas, tendo sido constatada uma prevalência de auto-medicação em 83,8% dos alunos inquiridos. Esta prevalência é considerada elevada, havendo uma necessidade de desenvolver programas educacionais, promovendo aos adolescentes uma utilização adequada dos medicamentos.

Direcção de obra – obras de arte auto-estrada Transmontana – área 3

Este relatório diz respeito ao trabalho desenvolvido em ambiente de estágio académico numa Empreitada compreendendo Obras de Arte Correntes e Obras de Arte Especiais inseridas em traçado actual do IP4 que está a ser transformado em Auto-Estrada. As Obras de Arte Correntes compreendem Passagens Superiores, Passagens Inferiores e Passagens superiores de Nó. As Obras de Arte Especiais compreendem duas Pontes com vãos distintos. Todas as Obras de Arte referidas neste relatório contemplam uma solução mista de betão armado “in situ” e tabuleiros com vigas e pré-lajes em betão pré-fabricado. Além da descrição de todas as actividades realizadas em betão armado “in situ”, desde as fundações até ao tabuleiro, descreve também a execução dos diversos tipos de trabalhos de acabamentos. Além das actividades de construção civil, é efectuada uma descrição das actividades a cujo processo de realização estão associados trabalhos de concepção e desenvolvimento, como é o caso dos cimbres. Este relatório faz uma descrição abrangente das funções da Direcção de Obra numa Empreitada de Obras de Arte, que para além da execução da obra, com todas as actividades que lhe são inerentes, compreende várias áreas funcionais que fazem parte de uma empresa de construção civil, como a área comercial, financeira, planeamento, aprovisionamento, controlo orçamental, gestão contratual, gestão de subempreitadas e gestão da qualidade, ambiente e segurança.

Sintonia de controladores baseada em Sistemas de Inferência Difusa

Este trabalho de pesquisa e desenvolvimento tem como fundamento principal o Conceito de Controlo por Lógica Difusa. Utilizando as ferramentas do software Matlab, foi possível desenvolver um controlador com base na inferência difusa que permitisse controlar qualquer tipo de sistema físico real, independentemente das suas características. O Controlo Lógico Difuso, do inglês “Fuzzy Control”, é um tipo de controlo muito particular, pois permite o uso simultâneo de dados numéricos com variáveis linguísticas que tem por base o conhecimento heurístico dos sistemas a controlar. Desta forma, consegue-se quantificar, por exemplo, se um copo está “meio cheio” ou “meio vazio”, se uma pessoa é “alta” ou “baixa”, se está “frio” ou “muito frio”. O controlo PID é, sem dúvida alguma, o controlador mais amplamente utilizado no controlo de sistemas. Devido à sua simplicidade de construção, aos reduzidos custos de aplicação e manutenção e aos resultados que se obtêm, este controlador torna-se a primeira opção quando se pretende implementar uma malha de controlo num determinado sistema. Caracterizado por três parâmetros de ajuste, a saber componente proporcional, integral e derivativa, as três em conjunto permitem uma sintonia eficaz de qualquer tipo de sistema. De forma a automatizar o processo de sintonia de controladores e, aproveitando o que melhor oferece o Controlo Difuso e o Controlo PID, agrupou-se os dois controladores, onde em conjunto, como poderemos constatar mais adiante, foram obtidos resultados que vão de encontro com os objectivos traçados. Com o auxílio do simulink do Matlab, foi desenvolvido o diagrama de blocos do sistema de controlo, onde o controlador difuso tem a tarefa de supervisionar a resposta do controlador PID, corrigindo-a ao longo do tempo de simulação. O controlador desenvolvido é denominado por Controlador FuzzyPID. Durante o desenvolvimento prático do trabalho, foi simulada a resposta de diversos sistemas à entrada em degrau unitário. Os sistemas estudados são na sua maioria sistemas físicos reais, que representam sistemas mecânicos, térmicos, pneumáticos, eléctricos, etc., e que podem ser facilmente descritos por funções de transferência de primeira, segunda e de ordem superior, com e sem atraso.

Fibra óptica: novas auto‐estradas de telecomunicações em urbanizações

“…O Manual ITUR define as condições de elaboração de projectos e construção da rede de tubagem e redes de cabos em urbanizações, garantindo a segurança de pessoas e bens e a defesa do interesse publico. As regras técnicas de projecto e instalação das ITUR devem ser entendidas como objectivos mínimos a cumprir, podendo os intervenientes prever outras soluções, desde que devidamente justificadas, tendo sempre em vista soluções tecnicamente mais evoluídas.”

Control of baker’s yeast fermentation: PID and fuzzy algorithms

A MATLAB/SIMULINK-based simulator was employed for studies concerning the control of baker’s yeast fed-batch fermentation. Four control algorithms were implemented and compared: the classical PID control, two discrete versions- modified velocity and position algorithms, and a fuzzy law. The simulation package was seen to be an efficient tool for the simulation and tests of control strategies of the nonlinear process.

Realization of fractional-order controllers: analysis, synthesis and application to the velocity control of a servo system

The synthesis and application of fractional-order controllers is now an active research field. This article investigates the use of fractional-order PID controllers in the velocity control of an experimental modular servo system. The systern consists of a digital servomechanism and open-architecture software environment for real-time control experiments using MATLAB/Simulink. Different tuning methods will be employed, such as heuristics based on the well-known Ziegler Nichols rules, techniques based on Bode’s ideal transfer function and optimization tuning methods. Experimental responses obtained from the application of the several fractional-order controllers are presented and analyzed. The effectiveness and superior performance of the proposed algorithms are also compared with classical integer-order PID controllers.