Implementation of fractional-order electromagnetic potential through a genetic algorithm

Several phenomena present in electrical systems motivated the development of comprehensive models based on the theory of fractional calculus (FC). Bearing these ideas in mind, in this work are applied the FC concepts to define, and to evaluate, the electrical potential of fractional order, based in a genetic algorithm optimization scheme. The feasibility and the convergence of the proposed method are evaluated.

On the fractional order control of heat systems

The differentiation of non-integer order has its origin in the seventeenth century, but only in the last two decades appeared the first applications in the area of control theory. In this paper we consider the study of a heat diffusion system based on the application of the fractional calculus concepts. In this perspective, several control methodologies are investigated namely the fractional PID and the Smith predictor. Extensive simulations are presented assessing the performance of the proposed fractional-order algorithms.

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.

A coherent approach to non-integer order derivatives

Signal Processing, vol. 86, nº 10

Theory and phenomenology of two-higgs-doublet models

We discuss theoretical and phenomenological aspects of two-Higgs-doublet extensions of the Standard Model. In general, these extensions have scalar mediated flavour changing neutral currents which are strongly constrained by experiment. Various strategies are discussed to control these flavour changing scalar currents and their phenomenological consequences are analysed. In particular, scenarios with natural flavour conservation are investigated, including the so-called type I and type II models as well as lepton-specific and inert models. Type III models are then discussed, where scalar flavour changing neutral currents are present at tree level, but are suppressed by either a specific ansatz for the Yukawa couplings or by the introduction of family symmetries leading to a natural suppression mechanism. We also consider the phenomenology of charged scalars in these models. Next we turn to the role of symmetries in the scalar sector. We discuss the six symmetry-constrained scalar potentials and their extension into the fermion sector. The vacuum structure of the scalar potential is analysed, including a study of the vacuum stability conditions on the potential and the renormalization-group improvement of these conditions is also presented. The stability of the tree level minimum of the scalar potential in connection with electric charge conservation and its behaviour under CP is analysed. The question of CP violation is addressed in detail, including the cases of explicit CP violation and spontaneous CP violation. We present a detailed study of weak basis invariants which are odd under CP. These invariants allow for the possibility of studying the CP properties of any two-Higgs-doublet model in an arbitrary Higgs basis. A careful study of spontaneous CP violation is presented, including an analysis of the conditions which have to be satisfied in order for a vacuum to violate CP. We present minimal models of CP violation where the vacuum phase is sufficient to generate a complex CKM matrix, which is at present a requirement for any realistic model of spontaneous CP violation.

Otimização do processo produtivo de extrusão de pisos na E06

O presente trabalho foi elaborado no âmbito da Dissertação Final de Mestrado do curso de Engenharia Mecânica – Gestão Industrial do Instituto Superior de Engenharia do Porto. Este foi realizado numa empresa da indústria de pneus, a Continental Mabor S.A.. Nos dias atuais, a indústria esta cada vez mais competitiva, os custos e os prazos da entrega são cada vez mais reduzidos e a qualidade cada vez mais exigente, assim sendo, é imprescindível uma constante melhoria do sistema produtivo. Este fato fez com que o presente trabalho tivesse como principal objetivo determinar o estado atual e delinear um plano de melhoria para um equipamento (Extrusora de pisos nº6), recentemente instalado na fábrica mas oriundo de outra fábrica do grupo, recorrendo para tal ao Lean Manufacturing e a ferramentas que lhe estão associadas. Inicialmente realizou-se uma análise e diagnóstico ao processo de extrusão de pisos na Extrusora nº6, com o intuito de avaliar todas as suas ineficiências e ainda formular um plano de melhorias para a ineficiência de maior impacto no sistema produtivo. Esta análise foi realizada em diferentes turnos e diferentes equipas de trabalho de forma a se obter uma amostra mais representativa da realidade global. Após esta análise verificou-se que as principais ineficiências eram Setup, conformidade do material, dimensões e encravamentos, entre outros. Sendo que os Setup provocam um tempo de paragem de 101 minutos por turno, escolheu-se esta perturbação como o foco do plano de melhorias a realizar posteriormente. De forma a reduzir os tempos de mudança (Setup), o autor no presente trabalho utilizou ferramentas Lean Manufacturing, principalmente o SMED. Conjuntamente com o SMED ainda foram utilizadas outras ferramentas Lean Manufacturing tais como: 5S, Gestão Visual, Problem Solving e Normalização do Método de Trabalho. Após a implementação de todas estas ferramentas obteve-se uma redução de tempos de mudança de 43% com 1 operador e 71% com 2 operadores, ou seja, reduziu-se de 40,5 minutos gastos por turno para a mudança de fieira para 23,13 min e 11,79 min respetivamente, o que corresponde a um ganho monetário anual de 63.621€ ou 105.045€, respetivamente. Com este trabalho conclui-se que a utilização de ferramentas Lean Manufacturing contribuem para a redução dos desperdícios do processo produtivo. Por isso, espera-se que este estudo seja aplicado na Extrusora nº6 e nas restantes Extrusoras de pisos existentes na fábrica, e num futuro próximo que se realize estudos semelhantes em máquinas com diferentes funções.

Integer vs. fractional order control of a hexapod robot

This paper studies the performance of integer and fractional order controllers in a hexapod robot with joints at the legs having viscous friction and flexibility. For that objective the robot prescribed motion is characterized in terms of several locomotion variables. The controller performance is analised through the Nyquist stability criterion. A set of model-based experiments reveals the influence of the different controller implementations upon the proposed metrics.

Development of fractional order capacitors based on electrolyte processes

In recent years, significant research in the field of electrochemistry was developed. The performance of electrical devices, depending on the processes of the electrolytes, was described and the physical origin of each parameter was established. However, the influence of the irregularity of the electrodes was not a subject of study and only recently this problem became relevant in the viewpoint of fractional calculus. This paper describes an electrolytic process in the perspective of fractional order capacitors. In this line of thought, are developed several experiments for measuring the electrical impedance of the devices. The results are analyzed through the frequency response, revealing capacitances of fractional order that can constitute an alternative to the classical integer order elements. Fractional order electric circuits are used to model and study the performance of the electrolyte processes.

Discretization of complex-order algorithms for control applications

In this article we describe several methods for the discretization of the differintegral operator sa, where α = u + jv is a complex value. The concept of the conjugated-order differintegral is also introduced, which enables the use of complex-order differintegrals while still producing real-valued time responses and transfer functions. The performance of the resulting approximations is analysed in both the time and frequency domains. Several results are presented that demonstrate its utility in control system design.

Analysis of the Van der Pol oscillator containing derivatives of fractional order

In this paper a modified version of the classical Van der Pol oscillator is proposed, introducing fractional-order time derivatives into the state-space model. The resulting fractional-order Van der Pol oscillator is analyzed in the time and frequency domains, using phase portraits, spectral analysis and bifurcation diagrams. The fractional-order dynamics is illustrated through numerical simulations of the proposed schemes using approximations to fractional-order operators. Finally, the analysis is extended to the forced Van der Pol oscillator.

Complex-order dynamics in hexapod locomotion

This paper studies the dynamics of foot–ground interaction in hexapod locomotion systems. For that objective the robot motion is characterized in terms of several locomotion variables and the ground is modelled through a non-linear spring-dashpot system, with parameters based on the studies of soil mechanics. Moreover, it is adopted an algorithm with foot-force feedback to control the robot locomotion. A set of model-based experiments reveals the influence of the locomotion velocity on the foot–ground transfer function, which presents complex-order dynamics.

Fractional order electromagnetics

The Maxwell equations constitute a formalism for the development of models describing electromagnetic phenomena. The four Maxwell laws have been adopted successfully in many applications and involve only the integer order differential calculus. Recently, a closer look for the cases of transmission lines, electrical motors and transformers, that reveal the so-called skin effect, motivated a new perspective towards the replacement of classical models by fractional-order mathematical descriptions. Bearing these facts in mind this paper addresses the concept of static fractional electric potential. The fractional potential was suggested some years ago. However, the idea was not fully explored and practical methods of implementation were not proposed. In this line of thought, this paper develops a new approximation algorithm for establishing the fractional order electrical potential and analyzes its characteristics.

Implementation of a new reference values database for semiquantification in123I-FP-CIT brain single emission tomography

Brain dopamine transporters imaging by Single Emission Tomography (SPECT) with 123I-FP-CIT (DaTScanTM) has become an important tool in the diagnosis and evaluation of Parkinson syndromes.This diagnostic method allows the visualization of a portion of the striatum – where healthy pattern resemble two symmetric commas - allowing the evaluation of dopamine presynaptic system, in which dopamine transporters are responsible for dopamine release into the synaptic cleft, and their reabsorption into the nigrostriatal nerve terminals, in order to be stored or degraded. In daily practice for assessment of DaTScan TM, it is common to rely only on visual assessment for diagnosis. However, this process is complex and subjective as it depends on the observer’s experience and it is associated with high variability intra and inter observer. Studies have shown that semiquantification can improve the diagnosis of Parkinson syndromes. For semiquantification, analysis methods of image segmentation using regions of interest (ROI) are necessary. ROIs are drawn, in specific - striatum - and in nonspecific – background – uptake areas. Subsequently, specific binding ratios are calculated. Low adherence of semiquantification for diagnosis of Parkinson syndromes is related, not only with the associated time spent, but also with the need of an adapted database of reference values for the population concerned, as well as, the examination of each service protocol. Studies have concluded, that this process increases the reproducibility of semiquantification. The aim of this investigation was to create and validate a database of healthy controls for Dopamine transporters with DaTScanTM named DBRV. The created database has been adapted to the Nuclear Medicine Department’s protocol, and the population of Infanta Cristina’s Hospital located in Badajoz, Spain.

Sensors on mobile devices for AAL

Com o envelhecimento da população, as preocupações com a garantia do seu bem-estar aumentam criando a necessidade de desenvolver ferramentas que permitam monitorizar em permanência este sector da população. A utilização de smartphones pelos mais velhos pode ser crucial no seu bem-estar e na sua autonomia contribuindo para a recolha de informação importante já que estes estão muitas vezes equipados com sensores que podem dar indicações preciosas ao cuidador sobre o estado atual do paciente. Os sensores podem fornecer dados sobre a atividade física do paciente, bem como detetar quedas ou calcular a sua posição, com a ajuda do acelerómetro, do giroscópio e do sensor de campo magnético. No entanto, funcionalidades como essas requerem, obrigatoriamente, uma frequência de amostragem mínima por parte dos sensores que permita a implementação de algoritmos, que determinarão esses parâmetros da forma mais exata possível. Dado que nem sempre os pacientes se fazem acompanhar do seu smartphone quando estão na sua residência, a criação de ambientes de AAL (Ambient Assisted Living) com recurso a dispositivos externos que podem ser “vestidos” pelos pacientes pode também ser uma solução adequada. Estes contêm normalmente os mesmos sensores que os smartphones e comunicam com estes através de tecnologias sem fios, como é o caso do Bluetooth Low Energy. Neste trabalho, avaliou-se a possibilidade de alteração da frequência dos sensores em diferentes sistemas operativos, tendo sido efectuadas modificações nas instalações por defeito de alguns sistemas operativos abertos. Com o objectivo de permitir a criação de uma solução de AAL com recurso a um dispositivo externo implementaram-se serviços e perfis num dispositivo externo, o SensorTag.

Avaliação da satisfação do utente na comunicação com os profissionais de saúde construção e validação de um instrumento

A satisfação do utente na comunicação com profissionais de saúde é um indicador de qualidade dos serviços ou instituições. Na literatura não encontramos instrumentos padronizados e validados, que avaliem a satisfação do utente na comunicação com os profissionais de saúde. O presente estudo tem como objetivo construir e validar um instrumento para avaliar a satisfação do utente na comunicação com os profissionais de saúde. Desenvolvemos este estudo em três ciclos. Um primeiro, revisão da literatura, para identificar dimensões e itens da comunicação interpessoal na saúde. No segundo ciclo, conduzimos um método de Delphi modificado em três rondas, com recurso à plataforma informática de questionários Survey Monkey, no qual participou um painel de 25 peritos; estabelecemos como critério mínimo de retenção para a ronda seguinte os itens que recebessem 70% do consenso por parte do painel. Após as três rondas, obtivemos um instrumento com seis dimensões comunicacionais (comunicação verbal, comunicação não verbal, empatia, respeito, resolução de problemas e material de apoio), vinte e cinco itens específicos, e mais seis dimensões genéricas, que avaliam cada uma das dimensões. No terceiro ciclo avaliamos as características psicométricas, em termos de sensibilidade, validade do construto e fidelidade, numa amostra de 348 participantes. Os resultados mostram que todas as categorias de resposta estavam representadas em todos os itens. Validade do construto- a análise fatorial identificou uma solução de seis componentes que explicam 71% da variância total. Fiabilidade - os valores da correlação item-total variam entre 0,387 e 0,722, existindo uma correlação positiva moderada a forte. O valor de alfa de Cronbach (α=0,928) indica que a consistência interna é excelente. O instrumento construído apresenta boas propriedades psicométricas. Fica assim disponível uma nova ferramenta para auxiliar na gestão e no processo de planeamento necessários ao incremento da qualidade nos serviços e instituições de saúde.