Análise e desenvolvimento de controladores preditivos multivariáveis baseados em multi-modelos bilineares

This work addresses issues related to analysis and development of multivariable predictive controllers based on bilinear multi-models. Linear Generalized Predictive Control (GPC) monovariable and multivariable is shown, and highlighted its properties, key features and applications in industry. Bilinear GPC, the basis for the development of this thesis, is presented by the time-step quasilinearization approach. Some results are presented using this controller in order to show its best performance when compared to linear GPC, since the bilinear models represent better the dynamics of certain processes. Time-step quasilinearization, due to the fact that it is an approximation, causes a prediction error, which limits the performance of this controller when prediction horizon increases. Due to its prediction error, Bilinear GPC with iterative compensation is shown in order to minimize this error, seeking a better performance than the classic Bilinear GPC. Results of iterative compensation algorithm are shown. The use of multi-model is discussed in this thesis, in order to correct the deficiency of controllers based on single model, when they are applied in cases with large operation ranges. Methods of measuring the distance between models, also called metrics, are the main contribution of this thesis. Several application results in simulated distillation columns, which are close enough to actual behaviour of them, are made, and the results have shown satisfactory

Desenvolvimento e avaliação de controladores preditivos baseados em modelos biliares

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior

Controle discreto com modos deslizantes em sistemas incertos com atraso no sinal de controle

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Desenvolvimento de um controlador preditivo estocástico para processos da indústria química.

O sucesso de estratégias de controle preditivo baseado em modelo (MPC, na sigla em inglês) tanto em ambiente industrial quanto acadêmico tem sido marcante. No entanto, ainda há diversas questões em aberto na área, especialmente quando a hipótese simplificadora de modelo perfeito é abandonada. A consideração explícita de incertezas levou a importantes progressos na área de controle robusto, mas esta ainda apresenta alguns problemas: a alta demanda computacional e o excesso de conservadorismo são questões que podem ter prejudicado a aplicação de estratégias de controle robusto na prática. A abordagem de controle preditivo estocástico (SMPC, na sigla em inglês) busca a redução do conservadorismo através da incorporação de informação estatística dos ruídos. Como processos na indústria química sempre estão sujeito a distúrbios, seja devido a diferenças entre planta e modelo ou a distúrbios não medidos, está técnica surge como uma interessante alternativa para o futuro. O principal objetivo desta tese é o desenvolvimento de algoritmos de SMPC que levem em conta algumas das especificidades de tais processos, as quais não foram adequadamente tratadas na literatura até o presente. A contribuição mais importante é a inclusão de ação integral no controlador através de uma descrição do modelo em termos de velocidade. Além disso, restrições obrigatórias (hard) nas entradas associadas a limites físicos ou de segurança e restrições probabilísticas nos estados normalmente advindas de especificações de produtos também são consideradas na formulação. Duas abordagens foram seguidas neste trabalho, a primeira é mais direta enquanto a segunda fornece garantias de estabilidade em malha fechada, contudo aumenta o conservadorismo. Outro ponto interessante desenvolvido nesta tese é o controle por zonas de sistemas sujeitos a distúrbios. Essa forma de controle é comum na indústria devido à falta de graus de liberdade, sendo a abordagem proposta a primeira contribuição da literatura a unir controle por zonas e SMPC. Diversas simulações de todos os controladores propostos e comparações com modelos da literatura são exibidas para demonstrar o potencial de aplicação das técnicas desenvolvidas.

Estudo e implementação de sinais de excitação aplicados em identificação de sistemas multivariáveis.

Devido à crescente implementação do Controle Preditivo baseado em Modelo (MPC) em outros processos além de refino e plantas petroquímicas, que geralmente possuem múltiplas entradas e saídas, tem-se um aumento na demanda de modelos gerados por identificação de sistemas. Identificar modelos que representem fielmente a dinâmica do processo depende em grande medida das características dos sinais de excitação dos processos. Assim, o foco deste trabalho é realizar um estudo dos sinais típicos usados em identificação de sistemas, PRBS e GBN, em uma abordagem multivariável. O estudo feito neste trabalho parte das características da geração dos sinais individualmente, depois é feita uma análise de correlação cruzada dos sinais de entrada, observando a influência desta sobre os resultados de identificação. Evitar uma alta correlação entre os sinais de entrada permite determinar o efeito de cada entrada sobre a saída no processo de identificação. Um ponto importante no projeto de sinais de identificação de sistemas multivariáveis é a frequência dos mesmos para conseguir excitar os processos nas regiões de frequência de operação normal e assim extrair a maior informação dinâmica possível do processo. As características estudadas são avaliadas por meio de testes em três plantas simuladas diferentes, categorizadas como mal, medianamente e bem condicionadas. Estas implementações foram feitas usando sinais GBN e PRBS de diferentes frequências. Expressões para a caracterização dos sinais de excitação foram avaliadas identificando os processos em malha aberta e malha fechada. Para as plantas mal condicionadas foram implementados sinais compostos por uma parte completamente correlacionada e uma parte não-correlacionada, conhecido como método de dois passos. Finalmente são realizados experimentos de identificação em uma aplicação em tempo real de uma planta piloto de neutralização de pH. Os testes realizados na planta foram feitos visando avaliar os estudos de frequência e correlação em uma aplicaficção real. Os resultados mostram que a condição de sinais completamente descorrelacionados n~ao deve ser cumprida para ter bons resultados nos modelos identificados. Isto permite ter mais exibilidade na geração do conjunto de sinais de excitação.

Valor preditivo de variáveis ventilatórias e metabólicas para óbito em pacientes com insuficiência cardíaca

OBJETIVO: Avaliar o valor preditivo de variáveis respiratórias, metabólicas e hemodinâmicas, no teste de esforço cardiopulmonar, para óbito em pacientes com insuficiência cardíaca. MÉTODOS: Foram estudados 87 pacientes em classe funcional II e III da NYHA, faixa etária de 51±0,5 anos, dos quais 26 eram de etiologia chagásica, 30 isquêmica e 31 idiopática. O teste de esforço cardiopulmonar consistiu de protocolo em rampa com incremento de 5 a 15W/min, realizado em cicloergômetro, até a exaustão. RESULTADOS: A análise dos fatores de controle, realizada com regressão múltipla de Cox, mostrou que a idade, estatura, peso, superfície corporal e sexo não foram estatisticamente significativos. O consumo de oxigênio, o equivalente ventilatório de oxigênio, o equivalente ventilatório de dióxido de carbono, o pulso de oxigênio, a pressão parcial de dióxido de carbono ao final da expiração, no limiar anaeróbio, no ponto de compensação respiratória e no pico do exercício apresentaram-se como importantes preditores de óbito. A relação do aumento de dióxido de carbono como função da elevação da ventilação minuto e a relação do aumento do consumo de oxigênio e da elevação da carga de trabalho do início do exercício até o limiar anaeróbio apresentaram correlação estatisticamente significativa com óbito (p<0,05). CONCLUSÃO: O teste de esforço cardiopulmonar possibilita a avaliação de variáveis ventilatórias, metabólicas e hemodinâmicas, que podem ser utilizadas como marcadores importantes do prognóstico de vida, nesses pacientes.

Valor preditivo da frequência cardíaca em repouso do teste ergométrico na mortalidade

FUNDAMENTO: A frequência cardíaca em repouso (cuja média está entre 60 e 80 bpm) é uma das mais simples variáveis cardiovasculares e tem sido considerada como um preditor de mortalidade cardiovascular e geral. OBJETIVO: Avaliar o valor preditivo da frequência cardíaca em repouso (FCR), antes do teste ergométrico (TE), na mortalidade cardiovascular (CV) e geral. MÉTODOS: Estudo de caso-controle, que utilizou informações contidas nos bancos de dados do laboratório de ergometria de um hospital especializado em cardiologia e os registros de óbitos da Secretaria da Saúde em uma cidade do sul do Brasil, de janeiro de 1995 a junho de 2007. Foram analisados 7.055 pacientes, sendo 1.645 (23,3%) do grupo caso (óbitos) e 5.410 (76,7%) do grupo controle (vivos). Foi calculado o ponto de corte da FCR para mortalidade, através da curva ROC e realizada a análise multivariada para as variáveis selecionadas. Os desfechos foram mortalidade CV e geral. RESULTADOS: A incidência de mortalidade CV foi de 674 casos (9,5%); a FCR > 78 bpm foi o ponto de corte. Após ajustado para as variáveis selecionadas, o odds ratio (OR) para FCR > 78 bpm foi de 3,5 (IC 95% = 2,9 - 4,2) para mortalidade CV e 3,6 (IC 95% = 3,2 - 4,0) para mortalidade geral. CONCLUSÃO: A FCR > 78 bpm é um preditor independente de mortalidade cardiovascular e geral.

Relação entre a Escala de Adesão Terapêutica de oito itens de Morisky (MMAS-8) e o controle da pressão arterial

FUNDAMENTO: A não adesão terapêutica é um importante e frequentemente não reconhecido fator de risco que contribui para o reduzido controle da Pressão Arterial (PA). OBJETIVO: Determinar a relação entre a adesão terapêutica mensurada a partir de uma versão validada em português da MMAS-8 e o controle da PA em pacientes ambulatoriais hipertensos. MÉTODOS: Foi realizado um estudo transversal com pacientes hipertensos maiores de 18 anos atendidos em seis unidades da Estratégia de Saúde da Família, em Maceió (AL), por meio de entrevistas e mensuração da pressão arterial em domicílio, entre janeiro e abril de 2011. A adesão foi determinada por meio de versão da MMAS-8 traduzida para realização deste estudo. Foram considerados aderentes aqueles pacientes com pontuação igual a 8 na MMAS-8. RESULTADOS: A prevalência da adesão terapêutica entre os 223 pacientes investigados foi de 19,7%, enquanto 34% apresentaram PA controlada (> 140/90 mmHg). O valor médio de adesão segundo a MMAS-8 foi 5,8 (±1,8). Os pacientes aderentes se revelaram mais propensos (OR = 6,1; IC [95%] = 3,0 a 12,0) a ter a pressão arterial sob controle do que aqueles que atingiram valores médios (6 a <8) ou baixos (<6) no score de adesão. A versão em português da MMAS-8 apresentou associação significativa com o controle da PA (p = 0,000). CONCLUSÃO: O diagnóstico do comportamento não aderente por meio da aplicação da MMAS-8 em pacientes sob uso de medicamentos anti-hipertensivos foi fator preditivo de valores elevados de PA sistólica e diastólica.

Cardiotocografia Anteparto e Prognóstico Perinatal em Gestações Complicadas pelo Diabete: Influência do Controle Metabólico Materno

Objetivo: relacionar a qualidade do controle metabólico com os resultados da cardiotocografia (CTG) anteparto e avaliar sua capacidade preditiva no prognóstico perinatal de gestações associadas ao diabete. Pacientes e Métodos: estudo retrospectivo de 125 gestantes, portadoras de diabete gestacional ou clínico, no qual se relacionou a última CTG anteparto (intervalo máximo de 48 horas) à qualidade do controle metabólico materno e aos resultados perinatais. A qualidade do controle metabólico foi definida pela média glicêmica do dia do exame (MGd) e da gestação (MG) e pelo comportamento da requisição de insulina (R/insulina). Para os resultados perinatais foram analisados os índices de Apgar de 1º e 5º minuto, a classificação peso/idade gestacional, o tempo de internação, a necessidade de cuidados de UTI e a ocorrência de óbito neonatal (ONN) precoce. A capacidade diagnóstica da CTG anteparto foi avaliada pelos índices de sensibilidade, especificidade e valor preditivo positivo e negativo. Resultados: a MGd adequada (<120 mg/dL) associou-se a 2,9% dos resultados de CTG anteparto alterados e a inadequada ( > ou = 120 mg/dL), a 26,1% (p<0,005). A MG mantida inadequada se relacionou a 13,7% de CTG anteparto alterada e a adequada, a apenas 2,7% (p<0,005). O comportamento da requisição de insulina não interferiu nos resultados da CTG anteparto. Os índices de Apgar de 1º e 5º minuto, a necessidade de cuidados de UTI e a ocorrência de ONN precoce não dependeram do último traçado da CTG anteparto. O exame diferenciou o tempo de internação dos recém-nascidos: quando normal, 46,4% tiveram alta hospitalar até o 3º dia de vida e, quando alterado, 62,5% deles ficaram internados por mais de sete dias. Conclusões: os resultados alterados da última CTG anteparto relacionaram-se com níveis inadequados de MG, diária e da gestação, e não dependeram da R/insulina. O resultado normal da CTG anteparto foi adequado para garantir a saúde neonatal. Ao contrário, os resultados alterados indicaram risco de complicações nos filhos de mães diabéticas.

Estudo de caso-controle para desenvolvimento e validação de um questionário de avaliação de abuso sexual em crianças

Objetivos: Desenvolver e validar instrumento que auxilie o pediatra a determinar a probabilidade de ocorrência do abuso sexual em crianças. Métodos: Estudo de caso-controle com 201 crianças que consultaram em ambulatórios de pediatria e locais de referência para vítimas de abuso sexual, entre março e novembro de 2004: grupo caso (com suspeita ou revelação de abuso sexual) e grupo controle (sem suspeita de abuso sexual). Aplicou-se, junto aos responsáveis, um questionário com 18 itens e cinco opções de respostas segundo a escala Likert, abordando comportamento, sintomas físicos e emocionais apresentados pelas crianças. Excluíram-se nove crianças sem controle esfincteriano e um item respondido por poucas pessoas. A validade e consistência interna dos itens foram avaliadas com obtenção de coeficientes de correlação (Pearson, Spearman e Goodman-Kruskal), coeficiente α de Cronbach e cálculo da área da curva ROC. Calculou-se, após, a razão de verossimilhança (RV) e os valores preditivo positivos (VPP) para os cinco itens do questionário que apresentaram os melhores desempenhos. Resultados: Obteve-se um questionário composto pelos cinco itens que melhor discriminaram crianças com e sem abuso sexual em dois contextos. Cada criança recebeu um escore resultante da soma das respostas com pesos de 0 a 4 (amplitude de 0 a 20), o qual, através do teorema de Bayes (RV), indicou sua probabilidade pós-teste (VPP) de abuso sexual. Conclusões: O instrumento proposto é útil por ser de fácil aplicação, auxiliando o pediatra na identificação de crianças vítimas de abuso sexual. Ele fornecerá, conforme o escore obtido, a probabilidade (VPP) de abuso sexual, orientando na conduta de cuidado à criança.

Cardiotocografia Anteparto e Prognóstico Perinatal em Gestações Complicadas pelo Diabete: Influência do Controle Metabólico Materno

Objetivo: relacionar a qualidade do controle metabólico com os resultados da cardiotocografia (CTG) anteparto e avaliar sua capacidade preditiva no prognóstico perinatal de gestações associadas ao diabete. Pacientes e Métodos: estudo retrospectivo de 125 gestantes, portadoras de diabete gestacional ou clínico, no qual se relacionou a última CTG anteparto (intervalo máximo de 48 horas) à qualidade do controle metabólico materno e aos resultados perinatais. A qualidade do controle metabólico foi definida pela média glicêmica do dia do exame (MGd) e da gestação (MG) e pelo comportamento da requisição de insulina (R/insulina). Para os resultados perinatais foram analisados os índices de Apgar de 1º e 5º minuto, a classificação peso/idade gestacional, o tempo de internação, a necessidade de cuidados de UTI e a ocorrência de óbito neonatal (ONN) precoce. A capacidade diagnóstica da CTG anteparto foi avaliada pelos índices de sensibilidade, especificidade e valor preditivo positivo e negativo. Resultados: a MGd adequada (<120 mg/dL) associou-se a 2,9% dos resultados de CTG anteparto alterados e a inadequada ( > ou = 120 mg/dL), a 26,1% (p<0,005). A MG mantida inadequada se relacionou a 13,7% de CTG anteparto alterada e a adequada, a apenas 2,7% (p<0,005). O comportamento da requisição de insulina não interferiu nos resultados da CTG anteparto. Os índices de Apgar de 1º e 5º minuto, a necessidade de cuidados de UTI e a ocorrência de ONN precoce não dependeram do último traçado da CTG anteparto. O exame diferenciou o tempo de internação dos recém-nascidos: quando normal, 46,4% tiveram alta hospitalar até o 3º dia de vida e, quando alterado, 62,5% deles ficaram internados por mais de sete dias. Conclusões: os resultados alterados da última CTG anteparto relacionaram-se com níveis inadequados de MG, diária e da gestação, e não dependeram da R/insulina. O resultado normal da CTG anteparto foi adequado para garantir a saúde neonatal. Ao contrário, os resultados alterados indicaram risco de complicações nos filhos de mães diabéticas.

Influência do controle metabólico materno nos resultados da cardiotocografia anteparto e sua relação com o prognóstico perinatal, nas gestações complicadas pelo diabete

Pós-graduação em Ginecologia, Obstetrícia e Mastologia - FMB

Efeitos da atividade física no controle postural e capacidade funcional de idosos

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Topografia de controle de estímulos coerente em testes repetidos de pareamento ao modelo por identidade

No contexto de procedimentos de pareamento ao modelo com sujeitos humanos, após o ensino de algumas relações condicionais, desempenhos emergentes, que são reflexivos, simétricos e transitivos às relações diretamente ensinadas são geralmente verificados, fato que não é facilmente observado com não humanos. Esses resultados negativos podem ser atribuídos a testes em extinção e conseqüente deterioração de desempenho. O objetivo deste estudo foi criar condições de teste em extinção a fim de superar esses problemas. O sujeito foi um macaco-prego, o qual, como resultado de sua história experimental, era capaz de realizar com sucesso testes de pareamento ao modelo por identidade (IDMTS)com reforçamento. Foi usado um procedimento IDMTS com atraso zero. Testes repetidos de IDMTS e IDMTS generalizado foram arranjados de forma que as tentativas de teste foram inseridas entre tentativas de linha de base. Testes com reforçamento foram alternados com testes em extinção. Estas condições foram suficientes para manter o desempenho bem acima do acaso na grande maioria dos testes (20 de um total de 21). O macaco-prego mostrou capacidade de desempenhar IDMTS com sucesso, com novos estímulos, com ou sem reforçamento.