Performance of fractional PID algorithms controlling nonlinear systems with saturation and backlash phenomena

The development of fractional-order controllers is currently one of the most promising fields of research. However, most of the work in this area addresses the case of linear systems. This paper reports on the analysis of fractional-order control of nonlinear systems. The performance of discrete fractional-order PID controllers in the presence of several nonlinearities is discussed. Some results are provided that indicate the superior robustness of such algorithms.

An Extension of Estimation of Domain of Attraction for Fractional Order Linear System Subject to Saturation Control

This paper employs the Lyapunov direct method for the stability analysis of fractional order linear systems subject to input saturation. A new stability condition based on saturation function is adopted for estimating the domain of attraction via ellipsoid approach. To further improve this estimation, the auxiliary feedback is also supported by the concept of stability region. The advantages of the proposed method are twofold: (1) it is straightforward to handle the problem both in analysis and design because of using Lyapunov method, (2) the estimation leads to less conservative results. A numerical example illustrates the feasibility of the proposed method.

A eficácia e segurança da fisioterapia respiratória no tratamento da bronquiolite aguda em crianças até 2 anos de idade: revisão sistemática

Contexto: a bronquiolite aguda é a principal patologia a afectar a criança nos primeiros 2 anos de vida, a fisioterapia respiratória é uma intervenção terapêutica utilizada com a intenção de melhorar o curso desta doença mantendo-se a incerteza sobre a sua eficácia. Objectivo: determinar a eficácia e segurança da fisioterapia respiratória em crianças com menos de 2 anos com bronquiolite aguda. Fontes de Informação: Medline (1966 a Agosto 2010), EMBASE(1990 a Agosto 2010), Pedro e Lilacs (1982 a Agosto 2010). Outra fonte de informação incluiu a bibliografia dos estudos obtidos. Selecção de estudos: estudos experimentais comparando a fisioterapia respiratória com cuidados habituais, em crianças com menos de 2 anos e bronquiolite aguda, em ventilação espontânea, em qualquer contexto. Estudos pré-experimentais ou observacionais com os mesmos participantes e intervenções foram admitidos complementarmente aos experimentais. Extracção de dados e análise: um investigador extraiu os dados dos artigos obtidos e avaliou o risco de viés. A eficácia e segurança da fisioterapia respiratória foram determinadas pelos seguintes outcomes: duração do internamento hospitalar ou do evento, variação de scores de severidade clínica, saturação periférica e suplementação de oxigénio, recidivas, recurso a antibióticos e efeitos deletérios ou deterioração clínica reportada. Síntese de dados: 6 estudos experimentais foram admitidos. As suas amostras provinham de criança internadas em hospital. As técnicas de fisioterapia respiratória foram comparadas com cuidados habituais. Nenhum estudo evidenciou melhoria dos outcomes de interesse na comparação entre grupos, excepto avaliações de curta duração da saturação periférica de oxigénio e scores de severidade clínica. 1 estudo reportou uma percentagem significativamente maior no grupo submetido a fisioterapia respiratória de crianças que vomitaram, tiveram uma desestabilização respiratória transitória, e na percepção de stress da criança pelos cuidadores. São relatadas ainda fracturas costais a causa de fisioterapia respiratória. Limitações: o risco de viés era alto em 2 estudos, baixo num estudo e indeterminado nos restantes. Conclusões: aparentemente a fisioterapia respiratória não é eficaz e pode produzir efeitos deletérios importantes, mas a evidência é pobre, carecendo de novos estudos.

Avaliação da proteção conferida pela via de sinalização do Nrf2 num modelo experimental de sobrecarga de ferro in vivo

O ferro é encontrado em praticamente todos os seres vivos, sendo um cofator para proteínas que desempenham funções essenciais à vida. Nos mamíferos, a maioria do ferro está incorporada na hemoglobina ou armazenado no fígado, ligado à ferritina. É absorvido pelos enterócitos, sendo a principal forma de controlo dos seus níveis. A sobrecarga de ferro pode levar a hemocromatose, podendo ser tóxica para vários órgãos. O fator de transcrição Nrf2 é importante na ativação de genes citoprotetores em situações de stress oxidativo/eletrofílico, colocando-se a hipótese de que poderá estar envolvido na resposta à progressão de doença devido à sobrecarga de ferro. Com o objetivo de determinar se a via do Nrf2 representa uma proteção contra a toxicidade do ferro a nível hepático, foram realizadas duas experiências nas quais murganhos C57BL/6 (B6) e Nrf2-/- machos foram alimentados com dieta standard ou com dieta enriquecida em ferro carbonilo (FeC) (0,5% ou 2,0%). Os resultados demonstram sobrecarga de ferro nos animais que receberam dieta enriquecida, sendo que os que receberam FeC 2,0% apresentaram níveis mais elevados de ferro hepático e sérico, bem como da saturação da transferrina. Os murganhos Nrf2-/- são mais suscetíveis a esta acumulação, mostrando evidências patológicas mais graves, nomeadamente necrose hepatocítica e infiltração de células inflamatórias. A deleção do Nrf2 associado a uma dieta suplementada com FeC 2,0% parece não ser suficiente para o desenvolvimento de fibrose hepática. O estudo da expressão de genes e proteínas do metabolismo do ferro mostrou que os animais B6 e Nrf2-/- são igualmente capazes de responder à sobrecarga de ferro, sugerindo que a sua diferente suscetibilidade à toxicidade do ferro não se deverá a uma regulação ineficiente da homeostasia do Fe. A dieta com FeC 2,0% aumentou a expressão de dois genes alvo do Nrf2, Nqo1 e Gsta1, o que não se verificou com os genes e proteínas GCLC e GCLM. A expressão de genes pró-inflamatórios não mostrou evidências de inflamação nestes animais. Foi demonstrado que os animais Nrf2-/- são mais suscetíveis à toxicidade do ferro, concluindo-se que a via do Nrf2 é ativada em resposta a uma dieta contendo quantidades excessivas de FeC e que confere proteção contra a acumulação de ferro em murganhos B6.

Influência da cirurgia abdominal na função pulmonar e capacidade de tosse

Introdução: A cirurgia abdominal acarreta grande risco de complicações pulmonares pós-operatórias. As alterações pós-cirúrgicas abdominais, reflectem-se na dinâmica ventilatória, de modo particular nos volumes e capacidades pulmonares, e na capacidade de tosse. Objectivos: Compreender qual a variação dos volumes e capacidades pulmonares e da capacidade de tosse antes e depois da cirurgia abdominal (estômago e cólon), e qual a correlação dessa variação com o nível de dor percepcionada. Desenho do estudo: Unicêntrico, prospectivo e observacional. Amostra: 10 indivíduos, propostos para cirurgia abdominal – estômago e cólon. Metodologia: Dois momentos de avaliação: um nas 24h préoperatórias em que se mediu a capacidade vital forçada (CVF) e o volume expirado máximo no primeiro segundo (VEMS1) com espirometria, e do pico de fluxo de tosse (PCF); e um segundo momento nas 24h pós-operatórias onde se repetiram as medições do primeiro momento com o acréscimo da avaliação da dor. Resultados: No pós-operatorio imediato há uma diminuição significativa da CVF de 44,30%±17,24 (p=0,005), do VEMS1 de 35,50%±28,47 (p=0,009) e do PCF de 38,97%±38,66 (p=0,012). Não se verificou nenhuma relação entre a dor percepcionada na realização das manobras de espirometria e tosse com diminuição a da CVF e do VEMS1 e do PCF respectivamente. O sexo apresentou uma relação significativa com a variação da CRF e do VEMS1 (p=0,046 e p=0,008 respectivamente). A frequência respiratória apresentou um aumento significativo no pós-operatório de 10±11,22 cpm (p=0,019). A saturação periférica de oxigénio apresentou uma diminuição significativa no pós-operatório de 3,52±2,47 (p=0,011) Conclusão: No estudo efectuado fica demonstrado o impacto negativo da cirurgia abdominal na dinâmica respiratória. A diminuição dos valores da CVF, do VEMS1 e do PCF podem contribuir de forma significativa para o aumento do risco de complicações respiratória pós-operatórias. No entanto seria importante a realização deste estudo com uma amostra maior.

Monitorização da fibrose quística na pediatria: estado basal e impacto da agudização respiratória

Introdução: O envolvimento respiratório é a principal causa de morbilidade e mortalidade na Fibrose Quística (FQ). Dados pediátricos sobre atividade física (AF), saturação periférica da oxi-hemoglobina (SpO2) e pico do fluxo da tosse (PFT) são escassos e não padronizados. Objetivos: Avaliar a função pulmonar (FP), AF, SpO2 e PFT, em crianças e adolescentes com FQ, no estado basal e em agudização (AR) e, na fase estável, avaliar a correlação entre as variáveis. Métodos: Realizou-se um estudo observacional prospetivo, com análise de espirometria, podometria, oximetria noturna e PFT, em condições basais. Na AR reavaliaram-se os mesmos parâmetros às 24-48 horas, 7, 15 e 30 dias, excetuando a AF aos 7 dias. Resultados: Avaliaram-se 8 doentes dos quais dois apresentaram um comprometimento ligeiro da FP e um moderado. A SpO2 foi de 96,2% [95,6; 96,6] e o número médio de passos/dia (NMP) foi de 6369 [4431; 10588]. Todos apresentaram valores do PFT inferiores ao percentil 5 para o género e idade (265 L/min [210; 290]). Apesar de não estatisticamente significativa, a correlação foi moderada entre FEV1 e SpO2 nocturna (rs =0,61; p=0,11); entre PFT e idade (rs=0,69; p=0,06); e entre PFT e capacidade vital forçada (CVF) (rs=0,54; p=0,17). Não se verificou correlação entre FEV1 e idade, NMP e PFT; e entre NMP e idade. No único caso de AR, à exceção da frequência respiratória, verificou-se a diminuição das variáveis às 24-48h; após 1 mês, a maioria das variáveis aproximou-se ou igualou os valores basais. Conclusão: Os resultados sugerem uma tendência para melhores valores de FEV1 corresponderem a melhores SpO2 noturnas e que, quanto maior a idade e a CVF, maior é o PFT. Não foi possível avaliar o impacto da AR por ter ocorrido apenas um caso.

Preparação de materiais de carbono para a adsorção de compostos orgânicos voláteis (COV).

A presente dissertação estudou a produção de carvão ativado a partir de resíduo de wet-blue, proveniente da indústria de curtumes, para a adsorção de compostos orgânicos voláteis, nomeadamente o acetato de etilo. Este estudo teve como principais objetivos: a otimização das condições de preparação de carvões ativados a partir deste tipo de resíduo; a avaliação do seu desempenho na adsorção do acetato de etilo e a correlação das propriedades texturais dos adsorventes com o seu desempenho na adsorção do COV. O método de ativação para a preparação dos carvões ativados foi a ativação química com hidróxido de potássio. Nesta etapa foi estudado o efeito da temperatura de ativação e da razão de impregnação KOH:precursor nas propriedades texturais. Nestes ensaios observou-se uma diminuição do rendimento de carbonizado com o aumento da temperatura de ativação e da razão KOH:precursor. Para a caracterização dos carvões ativados foram determinados os seus parâmetros texturais a partir das isotérmicas de adsorção/dessorção de N2 a 77 K. O carvão ativado com melhores propriedades texturais foi o ativado a 900ºC e com razão de impregnação de 3:1, m ca_900 3:1, com área superficial específica de 1902 m2/g, seguindo-se o carvão preparado a 800 ºC e com a mesma razão de impregnação, m ca_800 3:1, com área superficial específica de 1830 m2/g. Por fim, foi avaliado o desempenho do carvão ativado selecionado, m ca_800 3:1, na remoção de acetato de etilo de uma corrente gasosa. Foram efetuados ensaios de adsorção/ dessorção de acetato de etilo e o modelo de Langmuir foi ajustado aos resultados experimentais obtidos, tendo-se determinado uma capacidade de saturação de 500 mgCOV/ gadsorvente.

Contraste e alteridade na viagem contemporânea

No mundo contemporâneo globalizado, definido pela sua qualidade essencialmente fluida e instável, o carácter distintivo da viagem parece dissolver-se face à contracção do planeta, à economia das ―trocas simbólicas‖ e a um alegado processo de diluição das diferenças e de homogeneização cultural. Com efeito, a mediatização da sociedade e a proliferação icónica contemporâneas produzem um aparente estado de saturação da geografia real e de multiplicação de lugares enquanto representações e imagens, permitindo pôr em causa a própria necessidade e urgência de deslocação, bem como admitir a abolição do ―estatuto de privilégio‖ de certos lugares e a derradeira quebra no conceito aurático das férias e das viagens, tradicionalmente assente em antinomias cruciais entre o quotidiano/familiar e o diferente/extraordinário. O presente artigo propõe-se abordar o paradigma da mobilidade contemporânea, nomeadamente no que diz respeito à traumática aniquilação do espaço e do tempo e ao seu impacto fortemente disruptivo sobre a dimensão ontológica de uma prática cultural cujo poder aurático se encontra tradicionalmente relacionado com a conquista de distâncias, a percepção de diferenças e a experiência de alteridade. O artigo pretende, por outro lado, refutar a declaração pós-moderna de que a familiarização com o outro conduz a uma diminuição do potencial de choque cultural no turismo contemporâneo, discutindo a relevância e a prevalência da busca de contraste e formas de vivência de alteridade no complexo novelo de motivações da viagem turística contemporânea.

Exploring bioactive properties of marine cyanobacteria Isolated from the Portuguese coast: high potential as a source of anticancer compounds

The oceans remain a major source of natural compounds with potential in pharmacology. In particular, during the last few decades, marine cyanobacteria have been in focus as producers of interesting bioactive compounds, especially for the treatment of cancer. In this study, the anticancer potential of extracts from twenty eight marine cyanobacteria strains, belonging to the underexplored picoplanktonic genera, Cyanobium, Synechocystis and Synechococcus, and the filamentous genera, Nodosilinea, Leptolyngbya, Pseudanabaena and Romeria, were assessed in eight human tumor cell lines. First, a crude extract was obtained by dichloromethane:methanol extraction, and from it, three fractions were separated in a Si column chromatography. The crude extract and fractions were tested in eight human cancer cell lines for cell viability/toxicity, accessed with the 3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyl tetrazolium bromide (MTT) and lactic dehydrogenase release (LDH) assays. Eight point nine percent of the strains revealed strong cytotoxicity; 17.8% showed moderate cytotoxicity, and 14.3% assays showed low toxicity. The results obtained revealed that the studied genera of marine cyanobacteria are a promising source of novel compounds with potential anticancer activity and highlight the interest in also exploring the smaller filamentous and picoplanktonic genera of cyanobacteria.

Application-specific modified particle swarm optimization for energy resource scheduling considering vehicle-to-grid

This paper presents a modified Particle Swarm Optimization (PSO) methodology to solve the problem of energy resources management with high penetration of distributed generation and Electric Vehicles (EVs) with gridable capability (V2G). The objective of the day-ahead scheduling problem in this work is to minimize operation costs, namely energy costs, regarding he management of these resources in the smart grid context. The modifications applied to the PSO aimed to improve its adequacy to solve the mentioned problem. The proposed Application Specific Modified Particle Swarm Optimization (ASMPSO) includes an intelligent mechanism to adjust velocity limits during the search process, as well as self-parameterization of PSO parameters making it more user-independent. It presents better robustness and convergence characteristics compared with the tested PSO variants as well as better constraint handling. This enables its use for addressing real world large-scale problems in much shorter times than the deterministic methods, providing system operators with adequate decision support and achieving efficient resource scheduling, even when a significant number of alternative scenarios should be considered. The paper includes two realistic case studies with different penetration of gridable vehicles (1000 and 2000). The proposed methodology is about 2600 times faster than Mixed-Integer Non-Linear Programming (MINLP) reference technique, reducing the time required from 25 h to 36 s for the scenario with 2000 vehicles, with about one percent of difference in the objective function cost value.

On the performance limits of slotted CSMA/CA in IEEE 802.15.4 for broadcast transmissions in wireless sensor networks

The IEEE 802.15.4 has been adopted as a communication protocol standard for Low-Rate Wireless Private Area Networks (LRWPANs). While it appears as a promising candidate solution for Wireless Sensor Networks (WSNs), its adequacy must be carefully evaluated. In this paper, we analyze the performance limits of the slotted CSMA/CA medium access control (MAC) mechanism in the beacon-enabled mode for broadcast transmissions in WSNs. The motivation for evaluating the beacon-enabled mode is due to its flexibility and potential for WSN applications as compared to the non-beacon enabled mode. Our analysis is based on an accurate simulation model of the slotted CSMA/CA mechanism on top of a realistic physical layer, with respect to the IEEE 802.15.4 standard specification. The performance of the slotted CSMA/CA is evaluated and analyzed for different network settings to understand the impact of the protocol attributes (superframe order, beacon order and backoff exponent), the number of nodes and the data frame size on the network performance, namely in terms of throughput (S), average delay (D) and probability of success (Ps). We also analytically evaluate the impact of the slotted CSMA/CA overheads on the saturation throughput. We introduce the concept of utility (U) as a combination of two or more metrics, to determine the best offered load range for an optimal behavior of the network. We show that the optimal network performance using slotted CSMA/CA occurs in the range of 35% to 60% with respect to an utility function proportional to the network throughput (S) divided by the average delay (D).

Optimização das fugas pela boca durante o CPAP nasal: banda submentoniana versus máscara facial

Introdução: O CPAP nasal é o tratamento de eleição para os pacientes com Síndrome da Apneia Obstrutiva do Sono (SAOS). Com a máscara nasal podem ocorrer fugas de ar pela boca, que podem por em causa a aderência do paciente ao tratamento devido muitas vezes ao desconforto que provocam, ao aumento do trabalho respiratório e por afectarem a qualidade do sono. Objectivos: Este estudo tem como principal objectivo verificar a eficácia da banda submentoniana e da máscara facial na correcção das fugas pela boca em pacientes com SAOS. Métodos e Participantes: Uma amostra de conveniência de 15 pacientes (8 homens) com SAOS e a fazerem CPAP com máscara nasal, foi recrutada. Foram divididos em dois grupos A e B, onde no grupo A se colocou a banda submentoniana e no grupo B se alterou a interface para máscara facial. Medidas e Resultados: As variáveis avaliadas neste estudo foram as fugas, o IAH, o percentil 95 da pressão de tratamento, a Sa,O2 e os efeitos adversos das duas intervenções. O nível de fugas reduziu no grupo A de 38±11,27 para 24,55±14,30L/min (p=0,002) e no grupo B de 34,34±16,50 para 18,51±16,22L/min (p=0,008). O IAH aumentou no grupo B de 2,60±2,13 para 4,41±3,88 (p=0,016). Relativamente ao percentil 95 da pressão de tratamento aumentou nos dois grupos (Grupo A de 10,15±2,63 para 12,08±2,45cmH2O (p=0,008) e no Grupo B 10,51±1,88 para 12,64±1,29cmH2O (p=0,008)). A Sa,O2 mínima aumentou e o tempo<90% diminui no grupo A com p=0,008, p=0,031, respectivamente. Quanto ao uso auto-reportado verificaram-se poucos efeitos adversos, salientando-se apenas a facilidade de colocação da banda submentoniana, a secura da boca nos dois grupos, a pressão no queixo provocada pela banda e a dor no dorso do nariz provocada pela máscara facial. Conclusão: Ambas as estratégias provaram ser mais eficazes a reduzir a fuga que a máscara nasal. Foram bem toleradas e com poucos efeitos adversos.

Melhoria do processo produtivo numa metalomecânica

Este projeto foi realizado na Empresa Fernando Jesus Mourão & Cª Lda, durante o ano de 2012, e teve como objetivo a melhoria do processo produtivo. Esta melhoria assentou na identificação de possíveis pontos de desperdício, no estudo e avaliação de soluções e por fim na definição de propostas de melhoria globais que visem ajustar o fluxo do processo produtivo à procura e simultaneamente minimizar custos operacionais. De forma a atingir estas metas, foi feito um levantamento exaustivo do processo produtivo e das respetivas operações. Neste estudo, apesar do elevado numero de oportunidades de melhoria, foi possível identificar duas áreas que se revelaram criticas e fundamentais para a introdução da filosofia de melhoria continua na empresa. Estas áreas que são o objeto de estudo desta dissertação são: o corte laser e a organização do pavilhão 3. Uma vez identificados as áreas críticas, procedeu-se a uma análise e definição das ações de melhoria a empreender de modo a melhorar o fluxo produtivo e a sua organização, e simultaneamente reduzir custos. Na área de corte laser procurou-se implementar a filosofia de produção “Lean” nomeadamente através da ferramenta de análise PDCA (Plan-Do-Check-Act), como ferramenta auxiliar do estudo para elaborar um plano de ação, implementar as ações, analisar os resultados e procurar a manutenção dos mesmos. Na intervenção do pavilhão 3 foi usada a técnica dos 5S para organizar e agilizar o funcionamento do mesmo. Todo o trabalho assenta na filosofia Lean e nos seus princípios, tendo-se por isso utilizado as ferramentas especificas Lean na concretização das tarefas executadas no seu âmbito. Para medir os resultados, antes e depois das ações implementadas, foi utilizada o indicador de eficiência (Overall Equipment Effectiveness) para o caso do processo de corte laser. Após a implementação das medidas definidas no processo de corte laser foi possível observar uma melhoria do indicador OEE de cerca de 20 por cento. Por outro lado as melhorias implementadas através da ferramenta dos 5S no pavilhão 3, trouxe ganhos visíveis de aumento de produtividade que beneficiaram o tempo de resposta da empresa.

Sustentabilidade na reablitação urbana

A indústria da construção é um setor com grande impacto na economia, no Produto Interno Bruto (PIB) e ainda em postos de trabalho diretos e indiretos. No entanto, é um dos setores com maior impacte ambiental. Com a crise económica e financeira que o país atravessa, este setor foi um dos mais afetados, contribuindo para o aumento do desemprego visto tratar-se do setor com maior taxa de empregabilidade. Concomitantemente, ocorre saturação do mercado com a construção nova e desertificação dos centros urbanos com a degradação das habitações. Assim, como impulsionador da economia, surge a aposta na reabilitação do parque edificado que, com a legislação em vigor e com os incentivos dados pela tutela tem tudo para impulsionar o setor. Sabendo que a indústria da construção é um dos setores com maiores impactes ambientais, faz todo o sentido reabilitar-se de uma forma mais sustentável. Aplicando os princípios da sustentabilidade a todo o ciclo de vida do edifício, conseguimos reduzir os recursos na fase de construção (resíduos de construção) e na fase de exploração (consumo de energia e de água). Podemos ainda reduzir os custos de energia para climatização ao termos em conta a orientação do edifício e a envolvente, os recursos naturais e aplicando tecnologias solares passivas. Assim, ao aplicarmos os princípios da construção sustentável na reabilitação urbana podemos diminuir os impactes ambientais, a produção de CO2, as emissões de gases com efeito de estufa, os resíduos de construção e a área impermeabilizada.

Reliable and Fast Hand-Offs in Low-Power Wireless Networks

Hand-off (or hand-over), the process where mobile nodes select the best access point available to transfer data, has been well studied in wireless networks. The performance of a hand-off process depends on the specific characteristics of the wireless links. In the case of low-power wireless networks, hand-off decisions must be carefully taken by considering the unique properties of inexpensive low-power radios. This paper addresses the design, implementation and evaluation of smart-HOP, a hand-off mechanism tailored for low-power wireless networks. This work has three main contributions. First, it formulates the hard hand-off process for low-power networks (such as typical wireless sensor networks - WSNs) with a probabilistic model, to investigate the impact of the most relevant channel parameters through an analytical approach. Second, it confirms the probabilistic model through simulation and further elaborates on the impact of several hand-off parameters. Third, it fine-tunes the most relevant hand-off parameters via an extended set of experiments, in a realistic experimental scenario. The evaluation shows that smart-HOP performs well in the transitional region while achieving more than 98 percent relative delivery ratio and hand-off delays in the order of a few tens of a milliseconds.