B-spline neural networks based PID controller for Hammerstein systems

A new PID tuning and controller approach is introduced for Hammerstein systems based on input/output data. A B-spline neural network is used to model the nonlinear static function in the Hammerstein system. The control signal is composed of a PID controller together with a correction term. In order to update the control signal, the multistep ahead predictions of the Hammerstein system based on the B-spline neural networks and the associated Jacobians matrix are calculated using the De Boor algorithms including both the functional and derivative recursions. A numerical example is utilized to demonstrate the efficacy of the proposed approaches.

Associating spontaneous with evoked activity in a neural mass model of cat visual cortex

Spontaneous activity of the brain at rest frequently has been considered a mere backdrop to the salient activity evoked by external stimuli or tasks. However, the resting state of the brain consumes most of its energy budget, which suggests a far more important role. An intriguing hint comes from experimental observations of spontaneous activity patterns, which closely resemble those evoked by visual stimulation with oriented gratings, except that cortex appeared to cycle between different orientation maps. Moreover, patterns similar to those evoked by the behaviorally most relevant horizontal and vertical orientations occurred more often than those corresponding to oblique angles. We hypothesize that this kind of spontaneous activity develops at least to some degree autonomously, providing a dynamical reservoir of cortical states, which are then associated with visual stimuli through learning. To test this hypothesis, we use a biologically inspired neural mass model to simulate a patch of cat visual cortex. Spontaneous transitions between orientation states were induced by modest modifications of the neural connectivity, establishing a stable heteroclinic channel. Significantly, the experimentally observed greater frequency of states representing the behaviorally important horizontal and vertical orientations emerged spontaneously from these simulations. We then applied bar-shaped inputs to the model cortex and used Hebbian learning rules to modify the corresponding synaptic strengths. After unsupervised learning, different bar inputs reliably and exclusively evoked their associated orientation state; whereas in the absence of input, the model cortex resumed its spontaneous cycling. We conclude that the experimentally observed similarities between spontaneous and evoked activity in visual cortex can be explained as the outcome of a learning process that associates external stimuli with a preexisting reservoir of autonomous neural activity states. Our findings hence demonstrate how cortical connectivity can link the maintenance of spontaneous activity in the brain mechanistically to its core cognitive functions.

Wavelet based detection of changes in the composition of RLC networks

The current work discusses the compositional analysis of spectra that may be related to amorphous materials that lack discernible Lorentzian, Debye or Drude responses. We propose to model such response using a 3-dimensional random RLC network using a descriptor formulation which is converted into an input-output transfer function representation. A wavelet identification study of these networks is performed to infer the composition of the networks. It was concluded that wavelet filter banks enable a parsimonious representation of the dynamics in excited randomly connected RLC networks. Furthermore, chemometric classification using the proposed technique enables the discrimination of dielectric samples with different composition. The methodology is promising for the classification of amorphous dielectrics.

Exact Search Directions for Optimization of Linear and Nonlinear Models Based on Generalized Orthonormal Functions

A novel technique for selecting the poles of orthonormal basis functions (OBF) in Volterra models of any order is presented. It is well-known that the usual large number of parameters required to describe the Volterra kernels can be significantly reduced by representing each kernel using an appropriate basis of orthonormal functions. Such a representation results in the so-called OBF Volterra model, which has a Wiener structure consisting of a linear dynamic generated by the orthonormal basis followed by a nonlinear static mapping given by the Volterra polynomial series. Aiming at optimizing the poles that fully parameterize the orthonormal bases, the exact gradients of the outputs of the orthonormal filters with respect to their poles are computed analytically by using a back-propagation-through-time technique. The expressions relative to the Kautz basis and to generalized orthonormal bases of functions (GOBF) are addressed; the ones related to the Laguerre basis follow straightforwardly as a particular case. The main innovation here is that the dynamic nature of the OBF filters is fully considered in the gradient computations. These gradients provide exact search directions for optimizing the poles of a given orthonormal basis. Such search directions can, in turn, be used as part of an optimization procedure to locate the minimum of a cost-function that takes into account the error of estimation of the system output. The Levenberg-Marquardt algorithm is adopted here as the optimization procedure. Unlike previous related work, the proposed approach relies solely on input-output data measured from the system to be modeled, i.e., no information about the Volterra kernels is required. Examples are presented to illustrate the application of this approach to the modeling of dynamic systems, including a real magnetic levitation system with nonlinear oscillatory behavior.

Global stabilizing feedback law for a problem of biological control of mosquito-borne diseases

The control of the spread of dengue fever by introduction of the intracellular parasitic bacterium Wolbachia in populations of the vector Aedes aegypti, is presently one of the most promising tools for eliminating dengue, in the absence of an efficient vaccine. The success of this operation requires locally careful planning to determine the adequate number of mosquitoes carrying the Wolbachia parasite that need to be introduced into the natural population. The latter are expected to eventually replace the Wolbachia-free population and guarantee permanent protection against the transmission of dengue to human. In this paper, we propose and analyze a model describing the fundamental aspects of the competition between mosquitoes carrying Wolbachia and mosquitoes free of the parasite. We then introduce a simple feedback control law to synthesize an introduction protocol, and prove that the population is guaranteed to converge to a stable equilibrium where the totality of mosquitoes carry Wolbachia. The techniques are based on the theory of monotone control systems, as developed after Angeli and Sontag. Due to bistability, the considered input-output system has multivalued static characteristics, but the existing results are unable to prove almost-global stabilization, and ad hoc analysis has to be conducted.

Geração de renda e ocupações na cadeia agroindustrial de castanha de caju no Rio Grande do Norte: o caso do sertão de Apodi

This work is part of the research group studying agribusiness chains, by characterizing agroindustrial chain of cashew nuts in Rio Grande do Norte, with special emphasis on Sertão de Apodi Citizenship Territory, showing their different flows and linkages and analyzes generating jobs and income in the production of this good, from the experience of COOPAPI, using as a methodology for analyzing the input-output matrix. And this is justified by the fact that Brazil is in the context as the world's fifth largest producer of cashew nuts and the production of this product focus in the Northeast, especially the Rio Grande do Norte, which is the second largest producer of region, behind only the state of Ceará, which is the largest producer in the country. Moreover, in recent years the state has increased its insertion in international markets this product, particularly the Mossoró-Assu Territory, which constitutes the largest producer in the state, particularly the municipality of Serra do Mel, which has an arrangement different yield, based on the model of integrated rural development, embodied in family farming. Nevertheless, the Sertão de Apodi Citizenship appear as the fourth among the Citizenship territories of Rio Grande do Norte in the ranking of the production of cashew nuts, but the prevailing model of Cooperatives in the Territory, based on the Solidarity Economy, i,e, different from the old cooperative, which is based on the precepts as patronage, with cooperative owners, favor, etc.., encourages scientific research. In this, after a careful analysis of data from field research, it was noticed that among the links in the chain, the production link is what generates the most jobs, while the processing link commands to generate income, but a portion meaningful occupations and income are generated outside the territory, especially out of state RN, denouncing the gap in supply of some specific demands within the chain

Controle de estoques de sal: uma inovação da quantificação e no gerenciamento dos recursos naturais da indústria mineral

The strengthening of the domestic industry in Brazil required the modernization, mechanization and expansion of salt production. Thereafter the production of sea salt started to be made in a process of continuous flow, where the product is constantly stored in yards, with daily movements in and out of salt. Thus far, the major bottleneck found in this production process is the control of production, because due to the large amount produced and variety of losses existing in the various stages of production there are not a regulated and safe way to control inventories with accuracy and speed demanded. In a typical case with a salt marsh company of Rio Grande do Norte state, salt produced is stored in two open courtyards and inventory control of salt made by carrying input / output relationship of salt in each storage yard. This work developed a conceptual model of inventory control, based on topography, adopting surveys into one of the courtyards of the company. There were 25 biweekly survey measurements over a year book to generate digital models representing the stock. For each measurement, results were compared with the values of inventory accounting provided by the salt marsh in order to identify existing losses and mark out the sales department on the actual stock available at each measurement date. Inventories calculated by the model indicated losses of 6,349 tonnes for the period of one year book and 3,279 tonnes for the period between harvests, when compared to the accounting control

Identificação em tempo real de modelo dinâmico de robô móvel com acionamento diferencial e zona morta

Several mobile robots show non-linear behavior, mainly due friction phenomena between the mechanical parts of the robot or between the robot and the ground. Linear models are efficient in some cases, but it is necessary take the robot non-linearity in consideration when precise displacement and positioning are desired. In this work a parametric model identification procedure for a mobile robot with differential drive that considers the dead-zone in the robot actuators is proposed. The method consists in dividing the system into Hammerstein systems and then uses the key-term separation principle to present the input-output relations which shows the parameters from both linear and non-linear blocks. The parameters are then simultaneously estimated through a recursive least squares algorithm. The results shows that is possible to identify the dead-zone thresholds together with the linear parameters

Efficient procedure to evaluate electromagnetic transients on three-phase transmission lines

This paper presents a hybrid way mixing time and frequency domain for transmission lines modelling. The proposed methodology handles steady fundamental signal mixed with fast and slow transients, including impulsive and oscillatory behaviour. A transmission line model is developed based on lumped elements representation and state-space techniques. The proposed methodology represents an easy and practical procedure to model a three-phase transmission line directly in time domain, without the explicit use of inverse transforms. The proposed methodology takes into account the frequency-dependent parameters of the line, considering the soil and skin effects. In order to include this effect in the state matrices, a fitting method is applied. Furthermore the accuracy of proposed the developed model is verified, in frequency domain, by a simple methodology based on line distributed parameters and transfer function related to the input/output signals of the lumped parameters representation. In addition, this article proposes the use of a fast and robust analytic integration procedure to solve the state equations, enabling transient and steady-state simulations. The results are compared with those obtained by the commercial software Microtran (EMTP), taking into account a three-phase transmission line, typical in the Brazilian transmission system.

Application of ARX neural networks to model the rate of penetration of petroleum wells drilling

Bit performance prediction has been a challenging problem for the petroleum industry. It is essential in cost reduction associated with well planning and drilling performance prediction, especially when rigs leasing rates tend to follow the projects-demand and barrel-price rises. A methodology to model and predict one of the drilling bit performance evaluator, the Rate of Penetration (ROP), is presented herein. As the parameters affecting the ROP are complex and their relationship not easily modeled, the application of a Neural Network is suggested. In the present work, a dynamic neural network, based on the Auto-Regressive with Extra Input Signals model, or ARX model, is used to approach the ROP modeling problem. The network was applied to a real oil offshore field data set, consisted of information from seven wells drilled with an equal-diameter bit.

A genetic neuro-model reference adaptive controller for petroleum wells drilling operations

Motivated by rising drilling operation costs, the oil industry has shown a trend towards real-time measurements and control. In this scenario, drilling control becomes a challenging problem for the industry, especially due to the difficulty associated to parameters modeling. One of the drill-bit performance evaluators, the Rate of Penetration (ROP), has been used in the literature as a drilling control parameter. However, the relationships between the operational variables affecting the ROP are complex and not easily modeled. This work presents a neuro-genetic adaptive controller to treat this problem. It is based on the Auto-Regressive with Extra Input Signals model, or ARX model, to accomplish the system identification and on a Genetic Algorithm (GA) to provide a robust control for the ROP. Results of simulations run over a real offshore oil field data, consisted of seven wells drilled with equal diameter bits, are provided. © 2006 IEEE.

Localização de falhas em linhas de transmissão utilizando decomposição harmônica e redes neurais artificiais

Este trabalho propõe a utilização de uma nova metodologia para a localização de falhas em linhas de transmissão (LT). Esta metodologia consiste na utilização da decomposição harmônica da corrente de fuga de uma linha e na aplicação de uma Rede Neural Artificial (RNA) capaz de distinguir padrões da condição normal de funcionamento e padrões de situações de falhas de uma LT. Foi utilizado um modelo Pi capaz de absorver dados reais de tensão e corrente de três fases e de alterar valores de R, L e C segundo modificações ambientais. Neste modelo foram geradas falhas em todas as torres com diferentes valores de capacitância. A saída fornecida pelo modelo é a decomposição da corrente de fuga do trecho considerado. Os dados de entrada e saída do modelo foram utilizados no treinamento da RNA desenvolvida. A aquisição de dados reais de tensão e corrente foi feita através de analisadores de parâmetros de qualidade de energia elétrica instalados nas extremidades de um trecho de LT, Guamá-Utinga, pertencente à Centrais Elétricas do Norte do Brasil ELETRONORTE. O cálculo dos parâmetros construtivos foi feito através do método matricial e melhorado através da utilização do Método de Elementos Finitos (MEF). A RNA foi desenvolvida com o auxílio do software Matlab. Para treinamento da RNA foi utilizado o algoritmo de Retropropagação Resiliente que apresentou um bom desempenho. A RNA foi treinada com dois conjuntos de dados de treinamento para analisar possíveis diferenças entre as saídas fornecidas pelos dois grupos. Nos dois casos apresentou resultados satisfatórios, possibilitando a localização de falhas no trecho considerado.

Evolução agrária do Nordeste paraense por contas sociais ascendentes: a inclusão das redes mercantis de insumos nos processos metodológicos e o cálculo dos níveis de endogenização

A importância deste trabalho está em analisar a dinâmica da evolução econômica do Nordeste Paraense, por suas estruturas fundamentais de produção no agrário, interpretando-se os resultados por meio dos impactos setoriais e os transbordamentos da renda e do produto na economia. Para tanto, aplicou-se o modelo de Contas Sociais Ascendentes de Base Agrária (Matriz de Insumo-Produto) metodologicamente mais abrangente que as primeiras abordagens aplicadas em trabalhos anteriores realizados por Pires (2002) e André (2004) a mesma região, todas derivadas de Costa (2002abcd), inclusive este trabalho. Entre outras diferenciações, o modelo desenvolvido inicialmente estava ligado internamente pelo fluxo de produtos entre as dimensões geográficas do local, ao estadual e nacional, em que o valor da produção é formado no sentido que vai da produção até o consumo final, ou ainda, do rural para o urbano: segue o sentido que vai da produção local até a demanda final nacional. Para este trabalho, a forma metodologicamente adotada, já apresentada por Costa em 2008, no Sudeste Paraense, incorpora, primordialmente, as cadeias backward de insumos e investimentos em que são reconstituídos os trajetos dos agentes produtores até o “primeiro fornecedor”, tanto para as redes de formação de preço, quanto de salários e margem bruta (markup), o que possibilita, uma análise diferenciada dos multiplicadores quanto aos impactos setoriais, implicando nas análises de retenções e transbordamentos da renda e do produto entre as formas de produção e suas ocorrências estruturais geográficas, na verificação das disposições das forças centrípetas e centrífugas, o que permite fazer interpretações quanto às possibilidades de conexões econômicas locais para o desenvolvimento, a partir dos índices de aglomeração.

Economia dos produtos florestais não-madeireiros no estado do Amapá: sustentabilidade e desenvolvimento endógeno

O extrativismo vegetal, baseado na exploração sustentável dos produtos florestais não madeireiros é uma das alternativas mais consistentes ecologicamente, no que tange a Conservação da biodiversidade e cobertura natural da Floresta Amazônica. Mas, há problemas sistêmicos que não têm deixado este segmento desenvolver-se de forma satisfatória. O vazamento da economia regional dos produtos extrativistas da Amazônia é uma variável que contribui para o baixo nível de desenvolvimento social e econômico da região. É imperativo que sejam realizadas análises econômicas sobre as possibilidades desse novo modelo A solução provisória para esta área foi estabelecida em 1841, com a definição do espaço entre os rios Oiapoque e Araguari como “Área do Contestado”. Ficou definido então, que a gestão da referida área seria feita de forma compartilhada entre os dois Países. A questão da disputa entre Brasil e França pelas terras do Amapá, só se resolveu definitivamente com a intermediação do presidente suíço Walter Hauser, que em 1o de dezembro de 1900, através do protocolo conhecido como “Laudo Suíço”, concedeu a referida área ao Brasil. de desenvolvimento, apoiado nas bases de um capitalismo contemporâneo, que tem procurado aprimorar os mecanismos econômicos de inclusão social de variáveis ambientais como elementos endógenos do sistema produtivo na Amazônia. O Amapá é o estado brasileiro mais preservado (97% de sua cobertura florestal original) e possui 72% do território como áreas protegidas. Este trabalho pretende identificar o nível de contribuição que os produtos não-madeireiros, extraídos nas florestas por populações tradicionais têm na economia do Amapá. Como método central de análise, foi utilizado o modelo de matriz insumo-produto desenvolvido por Wassily Leontief. Este procedimento analítico tem relevante destaque como instrumento prático de análise e planejamento econômico. Além das análises de programação do crescimento econômico setorial, é adequado para estimar, mediante os efeitos multiplicadores, os impactos do crescimento econômico na produção trabalho e renda setorial de toda a economia. O objeto central do trabalho são as análises estruturais dos arranjos produtivos locais dos produtos florestais não-madeireiros do estado do Amapá, em níveis regional e local. O método desenvolvido pelo Francisco de Assis Costa (Contas Sociais Ascendentes Alfa - CS_) foi usado na construção das matrízes, tendo como base os procedimentos analíticos ascendentes de agregação progressiva dos dados locais O setor extrativista dos produtos florestais não -madeireiros do estado do Amapá, com um PIB de R$ 204 milhões no ano de 2009 tem uma participação pequena, com somente 3,07% das riquezas produzidas no estado. Todavia, quando é observado que 86,77% do valor total do PIB (6,65 bilhões de reais) é decorrente de atividades do Setor Terciário e que todo o Setor Produtivo (Primário e Secundário), tem participação de apenas 13,24%, conclui-se que o valor da produção dos produtos florestais não-madeireiros é bem significativo no estado do Amapá.

Políticas de contenção de desmatamento, produção e mercado de terras na Amazônia: um ensaio sobre a economia local do sudeste paraense usando contas sociais alfa (CSα)

A discussão atual sobre a emissão de carbono associada ao uso agropecuário da terra em prejuízo de florestas se ressente de uma visão sistêmica, no que se refere aos fluxos econômicos propriamente, e suas interações, no que tange ao ambiente institucional que os garante. Dado que os esquemas de compensação implicam a entrada e saída de recursos em contextos econômicos amplos e sistêmicos, fundamental é discutir qual o resultado final desses fluxos sobre as condições gerais de reprodução das economias locais. As questões básicas são: a) como tais políticas poderão, a partir dos setores rurais, afetar a demanda final efetiva e, por essa via, o valor da produção e as variáveis de valor adicionado de toda a economia e b) como as variações na economia afetam as formas de uso da base natural e, portanto, o desmatamento. No que se refere às instituições, o artigo dá especial ênfase às que definem o mercado de terras, porque nele encontra o cerne de questões vitais para o que se discute. O artigo utiliza um modelo ascendente de geração de matrizes de insumo-produto para a economia local do Sudeste Paraense, incorpora nela um balanço de carbono dos setores da produção rural, encontra os multiplicadores e simula quatro situações de politica de contenção de desmatamento e redução das emissões de gases poluentes. A conclusão principal do artigo é que se faz necessário pensar políticas de contenção de desmatamento ligadas indissociavelmente a políticas de produção – a serem operadas por mecanismos que façam convergir as decisões dos agentes com perspectivas macro de desenvolvimento: local, endógeno e sustentável.