Quadcopter see and avoid using a fuzzy controller

Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) industry is a fast growing sector. Nowadays, the market offers numerous possibilities for off-the-shelf UAVs such as quadrotors or fixed-wings. Until UAVs demonstrate advance capabilities such as autonomous collision avoidance they will be segregated and restricted to flight in controlled environments. This work presents a visual fuzzy servoing system for obstacle avoidance using UAVs. To accomplish this task we used the visual information from the front camera. Images are processed off-board and the result send to the Fuzzy Logic controller which then send commands to modify the orientation of the aircraft. Results from flight test are presented with a commercial off-the-shelf platform.

Cross-entropy optimization for scaling factors of a fuzzy controller : a see-and-avoid approach for unmanned aerial systems

The Cross-Entropy (CE) is an efficient method for the estimation of rare-event probabilities and combinatorial optimization. This work presents a novel approach of the CE for optimization of a Soft-Computing controller. A Fuzzy controller was designed to command an unmanned aerial system (UAS) for avoiding collision task. The only sensor used to accomplish this task was a forward camera. The CE is used to reach a near-optimal controller by modifying the scaling factors of the controller inputs. The optimization was realized using the ROS-Gazebo simulation system. In order to evaluate the optimization a big amount of tests were carried out with a real quadcopter.

Fuzzy-DL perception for multi-robot systems

For future planetary robot missions, multi-robot-systems can be considered as a suitable platform to perform space mission faster and more reliable. In heterogeneous robot teams, each robot can have different abilities and sensor equipment. In this paper we describe a lunar demonstration scenario where a team of mobile robots explores an unknown area and identifies a set of objects belonging to a lunar infrastructure. Our robot team consists of two exploring scout robots and a mobile manipulator. The mission goal is to locate the objects within a certain area, to identify the objects, and to transport the objects to a base station. The robots have a different sensor setup and different capabilities. In order to classify parts of the lunar infrastructure, the robots have to share the knowledge about the objects. Based on the different sensing capabilities, several information modalities have to be shared and combined by the robots. In this work we propose an approach using spatial features and a fuzzy logic based reasoning for distributed object classification.

Fuzzy-expert approach for voltage-reactive power dispatch

The voltage stability control problem has become an important concern for utilities transmitting power over long distances. This paper presents an approach using fuzzy set theory for reactive power control with the purpose of improving the voltage stability of a power system. To minimize the voltage deviations from pre-desired values of all the load buses, using the sensitivities with respect to reactive power control variables form the basis of the proposed fuzzy logic control (FLC). Control variables considered are switchable VAR compensators, On Load Tap Changing (OLTC) transformers and generator excitations. Voltage deviations and controlling variables are translated into fuzzy set notations to formulate the relation between voltage deviations and controlling ability of controlling devices. The developed fuzzy system is tested on a few simulated practical Indian power systems and some IEEE standard test systems. The performance of the fuzzy system is compared with conventional optimization technique and results obtained are encouraging. Results obtained for a 24 - node equivalent EHV system of part of Indian southern grid and IEEE New England 39-bus system are presented for illustration purposes. The proposed Fuzzy-Expert technique is found suitable for on-line applications in energy control centre as the solution is obtained fast with significant speedups.

Two-dimensional fuzzy fault tree analysis for chlorine release from a chlor-alkali industry using expert elicitation

The hazards associated with major accident hazard (MAN) industries are fire, explosion and toxic gas releases. Of these, toxic gas release is the worst as it has the potential to cause extensive fatalities. Qualitative and quantitative hazard analyses are essential for the identification and quantification of these hazards related to chemical industries. Fault tree analysis (FTA) is an established technique in hazard identification. This technique has the advantage of being both qualitative and quantitative, if the probabilities and frequencies of the basic events are known. This paper outlines the estimation of the probability of release of chlorine from storage and filling facility of chlor-alkali industry using FTA. An attempt has also been made to arrive at the probability of chlorine release using expert elicitation and proven fuzzy logic technique for Indian conditions. Sensitivity analysis has been done to evaluate the percentage contribution of each basic event that could lead to chlorine release. Two-dimensional fuzzy fault tree analysis (TDFFTA) has been proposed for balancing the hesitation factor involved in expert elicitation. (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.

Fuzzy Expert Approach with Curtailed Controllers for Improved Reactive Power Dispatch

This paper addresses the problem of curtailing the number of control actions using fuzzy expert approach for voltage/reactive power dispatch. It presents an approach using fuzzy set theory for reactive power control with the purpose of improving the voltage profile of a power system. To minimize the voltage deviations from pre-desired values of all the load buses, using the sensitivities with respect to reactive power control variables form the basis of the proposed Fuzzy Logic Control (FLC). Control variables considered are switchable VAR compensators, On Load Tap Changing (OLTC) transformers and generator excitations. Voltage deviations and controlling variables are translated into fuzzy set notations to formulate the relation between voltage deviations and controlling ability of controlling devices. The developed fuzzy system is tested on a few simulated practical Indian power systems and modified IEEE-30 bus system. The performance of the fuzzy system is compared with conventional optimization technique and results obtained are encouraging. Results obtained for a modified IEEE-30 bus test system and a 205-node equivalent EHV system a part of Indian southern grid are presented for illustration purposes. The proposed fuzzy-expert technique is found suitable for on-line applications in energy control centre as the solution is obtained fast with significant speedups with few number of controllers.

Optical intrinsically fuzzy mathematical morphology for gray-scale image processing

Intrinsically fuzzy morphological erosion and dilation are extended to a total of eight operations that have been formulated in terms of a single morphological operation--biased dilation. Based on the spatial coding of a fuzzy variable, a bidirectional projection concept is proposed. Thus, fuzzy logic operations, arithmetic operations, gray-scale dilation, and erosion for the extended intrinsically fuzzy morphological operations can be included in a unified algorithm with only biased dilation and fuzzy logic operations. To execute this image algebra approach we present a cellular two-layer processing architecture that consists of a biased dilation processor and a fuzzy logic processor. (C) 1996 Optical Society of America

FUZZY SOLID SETS FOR MATHEMATICAL MORPHOLOGY AND OPTICAL IMPLEMENTATION

Fuzzy sets in the subject space are transformed to fuzzy solid sets in an increased object space on the basis of the development of the local umbra concept. Further, a counting transform is defined for reconstructing the fuzzy sets from the fuzzy solid sets, and the dilation and erosion operators in mathematical morphology are redefined in the fuzzy solid-set space. The algebraic structures of fuzzy solid sets can lead not only to fuzzy logic but also to arithmetic operations. Thus a fuzzy solid-set image algebra of two image transforms and five set operators is defined that can formulate binary and gray-scale morphological image-processing functions consisting of dilation, erosion, intersection, union, complement, addition, subtraction, and reflection in a unified form. A cellular set-logic array architecture is suggested for executing this image algebra. The optical implementation of the architecture, based on area coding of gray-scale values, is demonstrated. (C) 1995 Optical Society of America

IQAFAL - Índice Fuzzy de Qualidade de Água para Ambiente Lótico.

A divulgação de informação sobre qualidade das águas para um público não especialista é fundamental para subsidiar ações políticas e institucionais de gestão dos ambientes aquáticos. Para tanto, índices de qualidade de água têm sido propostos por serem capazes de sintetizar em um único valor ou categoria a informação normalmente descrita a partir de um conjunto extenso de variáveis químicas, físicas e biológicas de qualidade de água. A maioria das metodologias propostas para o desenvolvimento de índices de qualidade de água é baseada no conhecimento de especialistas quanto à escolha das variáveis a serem utilizadas, a ponderação da importância relativa de cada variável e métodos utilizados para agregar os dados das variáveis em um único valor. Este trabalho propõe um novo índice de qualidade de água, baseado em lógica nebulosa e direcionado para o ambiente lótico. Esse índice, o IQAFAL, foi desenvolvido com a colaboração de especialistas com ampla e comprovada experiência na área de qualidade de água. A essência do desenvolvimento de um índice, usando-se lógica nebulosa, está na capacidade dessa metodologia representar, de forma mais eficiente e clara, os limites dos intervalos de variação dos parâmetros de qualidade de água para um conjunto de categorias subjetivas, quando esses limites não são bem definidos ou são imprecisos. O índice proposto neste trabalho foi desenvolvido com base no conhecimento dos especialistas em qualidade de água do Instituto Estadual do Ambiente - INEA e aplicado aos dados de qualidade de água do Rio Paraíba do Sul, obtidos pelo INEA, nos anos de 2002 a 2009. Os resultados do IQAFAL mostraram que esse índice foi capaz de sintetizar a qualidade da água deste trecho do Rio Paraíba do Sul correspondendo satisfatoriamente às avaliações de qualidade de água descritas nos relatórios disponíveis. Verificou-se também que com essa metodologia foi possível evitar que a influência de uma variável em condições críticas fosse atenuada pela influência das outras variáveis em condições favoráveis produzindo um resultado indesejável no índice final.

Reconhecimento de padrão na biodisponibilidade do ferro utilizando o Algoritmo Fuzzy C-Means

Este trabalho apresenta um método para reconhecimento do padrão na biodisponibilidade do ferro, através da interação com substâncias que auxiliam a absorção como vitamina C e vitamina A e nutrientes inibidores como cálcio, fitato, oxalato, tanino e cafeína. Os dados foram obtidos através de inquérito alimentar, almoço e jantar, em crianças de 2 a 5 anos da única Creche Municipal de Paraty-RJ entre 2007 e 2008. A Análise de Componentes Principais (ACP) foi aplicada na seleção dos nutrientes e utilizou-se o Algoritmo Fuzzy C-Means (FCM) para criar os agrupamentos classificados de acordo com a biodisponibilidade do ferro. Uma análise de sensibilidade foi desenvolvida na tentativa de buscar quantidades limítrofes de cálcio a serem consumidas nas refeições. A ACP mostrou que no almoço os nutrientes que explicavam melhor a variabilidade do modelo foram ferro, vitamina C, fitato e oxalato, enquanto no jantar o cálcio se mostrou eficaz na determinação da variabilidade do modelo devido ao elevado consumo de leite e derivados. Para o almoço, a aplicação do FCM na interação dos nutrientes, notou-se que a ingestão de vitamina C foi determinante na classificação dos grupos. No jantar, a classificação de grupos foi determinada pela quantidade de ferro heme na interação com o cálcio. Na análise de sensibilidade realizada no almoço e no jantar, duas iterações do algoritmo determinaram a interferência total do cálcio na biodisponibilidade do ferro.

A Terapia de Exposição com Realidade Virtual para pacientes com TEPT controlada por um Sistema de Lógica Fuzzy

Nos últimos anos, a área da saúde vem explorando o potencial das novas tecnologias para diagnóstico e tratamentos de muitos distúrbios. Em especial, a tecnologia de Realidade Virtual se destaca por oferecer novas perspectivas de tratamento para diferentes distúrbios neuropsiquiátricos. Por outro lado, a ocorrência de problemas causados por situações traumáticas vem crescendo em todo o mundo. Nesse contexto, o Transtorno de Estresse Pós-Traumático (TEPT) é classificado como um transtorno de ansiedade que se caracteriza por gerar uma classe de comportamentos inadequados a situações que não representam perigo real. Em geral, este transtorno está relacionado à ocorrência de algum evento traumático de grande magnitude no passado. Vários trabalhos foram desenvolvidos utilizando ambientes virtuais tridimensionais (3D) para tratar e diagnosticar este distúrbio. Entretanto, percebe-se uma carência de sistemas que consigam controlar o nível de dificuldade das atividades desenvolvidas nesses ambientes. Nesse caso, esta dissertação tem por objetivo descrever o desenvolvimento e avaliar o potencial de utilização de dois sistemas: um que explora a Realidade Virtual (ARVET) para oferecer cenas virtuais que simulem os estímulos geradores de ansiedade similares aqueles da vida real; e outro que explora a Lógica Fuzzy (SAPTEPT) para classificar os níveis de ansiedade do paciente, possibilitando a análise quali-quantitativa de dados psicofisiológicos e psicométricos. As avaliações realizadas com especialistas na área mostraram que o ARVET pode proporcionar um alto grau de estímulos ansiogênicos e a integração com o SAPTEPT ocorreu de forma satisfatória mostrando o potencial que os sistemas têm de serem utilizados em pacientes reais.

Implementação Eletrônica de Sistemas Fuzzy.

Este trabalho investiga a implementação de sistemas fuzzy com circuitos eletrônicos. Tais sistemas têm demonstrado sua capacidade de resolver diversos tipos de problemas em várias aplicações de engenharia, em especial nas relacionadas com controle de processos. Para processos mais complexos, o raciocínio aproximado da lógica fuzzy fornece uma maneira de compreender o comportamento do sistema, permitindo a interpolação aproximada entre situações observadas de entrada e saída. A implementação de um sistema fuzzy pode ser baseada em hardware, em software ou em ambos. Tipicamente, as implementações em software utilizam ambientes de programação integrados com simulação, de modo a facilitar o trabalho do projetista. As implementações em hardware, tradicionais ou evolutivas, podem ser analógicas ou digitais e viabilizam sistemas de maior desempenho. Este trabalho tem por objetivo pesquisar a implementação eletrônica de sistemas fuzzy, a fim de viabilizar a criação de sistemas reais capazes de realizar o mapeamento de entrada e saída adequado. O foco é a utilização de uma plataforma com uma arquitetura analógico-digital baseada em uma tabela de mapeamento armazenada em uma memória de alta capacidade. Memórias do tipo SD (Secure Digital) foram estudadas e utilizadas na construção do protótipo eletrônico da plataforma. Também foram desenvolvidos estudos sobre a quantização, especificamente sobre a possibilidade de redução do número de bits. Com a implementação realizada é possível desenvolver um sistema fuzzy num ambiente simulado (Matlab), configurar a plataforma e executar o sistema fuzzy diretamente na plataforma eletrônica. Os testes com o protótipo construído comprovaram seu bom funcionamento.

Estudo Comparativo de Controladores Fuzzy Aplicados a um Sistema Solar Fotovoltaico.

Neste trabalho apresenta-se o modelo de um controlador baseado em Lógica Fuzzy para um sistema de energia baseado em fonte renovável solar fotovoltaica (photovoltaic - PV) multi-string em operação isolada, para o aproveitamento da máxima potência desta fonte. O sistema é composto por painéis solares, conversor CC-CC tipo elevador de tensão (boost), armazenamento por banco de baterias, inversor trifásico e carga trifásica variável. O sistema fotovoltaico foi modelado no MATLAB/Simulink de forma a representar a curva característica V-I do módulo PV, e que é baseado nos dados disponíveis em data-sheets de painéis fotovoltaicos comerciais. Outros estudos de natureza elétrica tais como o cálculo dos valores eficazes das correntes no conversor CC-CC, para avaliação das perdas, indispensáveis para o dimensionamento de componentes eletrônicos, foram realizados. O método tradicional Perturb and Observe de rastreamento do ponto de máxima potência (Maximum Power Point Tracking MPPT) de painéis foi testado e comparado com métodos que usam a Lógica Fuzzy. Devido ao seu desempenho, foi adotado o método Fuzzy que realiza o MPPT por inferência do ciclo de trabalho de um modulador por largura de pulso (Pulse Width Modulation - PWM) através da variação da potência pela variação da corrente do painel solar. O modelo Fuzzy adotado neste trabalho foi testado com sucesso. Os resultados mostraram que ele pode ser robusto e atende à aplicação proposta. Segundo alguns testes realizados, este controlador pode realizar o MPPT de um sistema PV na configuração multi-string onde alguns arranjos fotovoltaicos são usados. Inclusive, este controle pode ser facilmente adaptado para realizar o MPPT de outras fontes de energia baseados no mesmo princípio de controle, como é o caso do aerogerador.

Geração e Simplificação da Base de Conhecimento de um Sistema Híbrido Fuzzy-Genético.

Geração e Simplificação da Base de Conhecimento de um Sistema Híbrido Fuzzy- Genético propõe uma metodologia para o desenvolvimento da base de conhecimento de sistemas fuzzy, fundamentada em técnicas de computação evolucionária. Os sistemas fuzzy evoluídos são avaliados segundo dois critérios distintos: desempenho e interpretabilidade. Uma metodologia para a análise de problemas multiobjetivo utilizando a Lógica Fuzzy foi também desenvolvida para esse fim e incorporada ao processo de avaliação dos AGs. Os sistemas fuzzy evoluídos foram avaliados através de simulações computacionais e os resultados obtidos foram comparados com os obtidos por outros métodos em diferentes tipos de aplicações. O uso da metodologia proposta demonstrou que os sistemas fuzzy evoluídos possuem um bom desempenho aliado a uma boa interpretabilidade da sua base de conhecimento, tornando viável a sua utilização no projeto de sistemas reais.