Robust model predictive controller with output feedback and target tracking

A model predictive controller (MPC) is proposed, which is robustly stable for some classes of model uncertainty and to unknown disturbances. It is considered as the case of open-loop stable systems, where only the inputs and controlled outputs are measured. It is assumed that the controller will work in a scenario where target tracking is also required. Here, it is extended to the nominal infinite horizon MPC with output feedback. The method considers an extended cost function that can be made globally convergent for any finite input horizon considered for the uncertain system. The method is based on the explicit inclusion of cost contracting constraints in the control problem. The controller considers the output feedback case through a non-minimal state-space model that is built using past output measurements and past input increments. The application of the robust output feedback MPC is illustrated through the simulation of a low-order multivariable system.

MPC for tracking zone regions

This paper deals with the problem of tracking target sets using a model predictive control (MPC) law. Some MPC applications require a control strategy in which some system outputs are controlled within specified ranges or zones (zone control), while some other variables - possibly including input variables - are steered to fixed target or set-point. In real applications, this problem is often overcome by including and excluding an appropriate penalization for the output errors in the control cost function. In this way, throughout the continuous operation of the process, the control system keeps switching from one controller to another, and even if a stabilizing control law is developed for each of the control configurations, switching among stable controllers not necessarily produces a stable closed loop system. From a theoretical point of view, the control objective of this kind of problem can be seen as a target set (in the output space) instead of a target point, since inside the zones there are no preferences between one point or another. In this work, a stable MPC formulation for constrained linear systems, with several practical properties is developed for this scenario. The concept of distance from a point to a set is exploited to propose an additional cost term, which ensures both, recursive feasibility and local optimality. The performance of the proposed strategy is illustrated by simulation of an ill-conditioned distillation column. (C) 2010 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Adaptive Carrier Tracking for Mars to Earth Communications During Entry, Descent, and Landing

We propose a robust and low complexity scheme to estimate and track carrier frequency from signals traveling under low signal-to-noise ratio (SNR) conditions in highly nonstationary channels. These scenarios arise in planetary exploration missions subject to high dynamics, such as the Mars exploration rover missions. The method comprises a bank of adaptive linear predictors (ALP) supervised by a convex combiner that dynamically aggregates the individual predictors. The adaptive combination is able to outperform the best individual estimator in the set, which leads to a universal scheme for frequency estimation and tracking. A simple technique for bias compensation considerably improves the ALP performance. It is also shown that retrieval of frequency content by a fast Fourier transform (FFT)-search method, instead of only inspecting the angle of a particular root of the error predictor filter, enhances performance, particularly at very low SNR levels. Simple techniques that enforce frequency continuity improve further the overall performance. In summary we illustrate by extensive simulations that adaptive linear prediction methods render a robust and competitive frequency tracking technique.

Improving the tracking capability of adaptive filters via convex combination

As is well known, Hessian-based adaptive filters (such as the recursive-least squares algorithm (RLS) for supervised adaptive filtering, or the Shalvi-Weinstein algorithm (SWA) for blind equalization) converge much faster than gradient-based algorithms [such as the least-mean-squares algorithm (LMS) or the constant-modulus algorithm (CMA)]. However, when the problem is tracking a time-variant filter, the issue is not so clear-cut: there are environments for which each family presents better performance. Given this, we propose the use of a convex combination of algorithms of different families to obtain an algorithm with superior tracking capability. We show the potential of this combination and provide a unified theoretical model for the steady-state excess mean-square error for convex combinations of gradient- and Hessian-based algorithms, assuming a random-walk model for the parameter variations. The proposed model is valid for algorithms of the same or different families, and for supervised (LMS and RLS) or blind (CMA and SWA) algorithms.

Measurement Function Design for Visual Tracking Applications

Extracting human postural information from video sequences has proved a difficult research question. The most successful approaches to date have been based on particle filtering, whereby the underlying probability distribution is approximated by a set of particles. The shape of the underlying observational probability distribution plays a significant role in determining the success, both accuracy and efficiency, of any visual tracker. In this paper we compare approaches used by other authors and present a cost path approach which is commonly used in image segmentation problems, however is currently not widely used in tracking applications.

Experimentally tracking unstable steady states by large periodic modulation

Experimental suppression of chaos has been achieved in an optically pumped far-infrared (NH3)-N-15 laser which displays Lorenz-like chaos. The method of control involves the application of a large amplitude slow (i.e., nonresonant) modulation of the pump power. This may be related to a delayed bifurcation to chaos observed when the pump power is ramped at a constant late.

Tracking the Ovarian Cycle in Black-and-Gold Howlers (Alouatta caraya) by Measuring Fecal Steroids and Observing Vaginal Bleeding

A better understanding of a species` reproductive physiology can help conservation programs to manage primates in the wild and develop assisted reproductive technologies in captivity. We investigated whether measurements of fecal progestin and estrogen metabolites obtained by a radioimmunoassay could be used to monitor the ovarian cycle of Alouatta caraya. We also compared the occurrence of vaginal bleeding with the hormone profiles. We collected fecal samples from 3 adult and 1 subadult captive female over 5 mo and performed vaginal cytology for the adults. The interval between fecal progestin surges in the adult females was 19.11 +/- 2.14 d (n = 18 cycles). Fecal progestin concentrations remained at basal values for 9.83 +/- 2.21 d (n = 18) and rose to elevated values for 9.47 +/- 0.72 d (n = 19). The subadult female showed basal levels of fecal estrogen and progestin concentrations throughout the study, suggesting that our hormone measurements are valid to monitor the ovarian cycle. Bleeding periods coincided with basal levels of fecal estrogens and progestin at intervals of 19.8 +/- 0.9 d and lasted for 4.1 +/- 1.0 d. Although we obtained these data from only 3 individuals, the results indicate that this species likely has a menstrual-type ovarian cycle. These data provide the first endocrine profile for the Alouatta caraya ovarian cycle and are similar to results obtained for other howler species. This similarity is important for comparative studies of howlers, allowing for a better understanding of their reproductive physiology and contributing to a critical information base for managing Alouatta species.

A investigação da construção de modelos no estudo de um tópico de física utilizando um ambiente de modelagem computacional qualitativo

A integração de tecnologias de informação e comunicação no contexto educacional tem sido tema de diversos congressos e simpósios ao redor do mundo e no Brasil. Neste sentido, vários estudos têm sido realizados com o objetivo de se obter metodologias que tornem efetivo o emprego das novas tecnologias no ensino. Este artigo mostra um estudo que investigou a interação entre estudantes universitários da área de ciências exatas e um ambiente de modelagem computacional qualitativo em atividades de modelagem expressiva. Os resultados obtidos mostram que os estudantes foram capazes de criar e modificar o modelo do sistema proposto a partir de suas próprias concepções.

A utilização da modelagem computacional semiquantitativa no estudo do sistema mola-massa

O artigo apresenta resultados da investigação sobre a integração de ambientes de modelagem computacional ao aprendizado exploratório de Física. Os resultados aqui apresentados são relativos ao estudo da interação e desempenho de alunos de ensino superior durante a utilização do ambiente de modelagem computacional semiquantitativo WLinkIt em uma atividade de conteúdo específico em Física: o sistema mola-massa. Os resultados mostram que os estudantes apresentaram habilidades para desenvolver um modelo sobre a situação proposta e relacionar o comportamento apresentado pelo modelo com o esperado por eles, alterar o modelo e explicar o comportamento apresentado pelas variáveis. Os resultados mostram também que as dificuldades apresentadas foram relacionadas à delimitação do sistema a ser estudado, ao entendimento da influência de uma variável sobre a outra, ao entendimento de quem é o agente causal do sistema, ao entendimento da função de uma ligação entre duas variáveis e ao entendimento dos conceitos envolvidos. Assim, o mapeamento desses aspectos é fundamental para o delineamento de pesquisas futuras no sentido de promover, na prática, a integração de Ambientes de Modelagem Computacional Semiquantitativos na sala de aula, mais especificamente para o estudo de tópicos de Física.

Metodologia para obtenção do hidrograma de escoamento superficial em encostas e canais. Parte II: modelo computacional e análise de sensibilidade

Estimativas de vazão máxima de escoamento superficial são necessárias para o projeto de obras hidráulicas em bacias urbanas e rurais. A dificuldade em aplicar os procedimentos disponíveis para calcular a variação do escoamento superficial com o tempo e de seu valor máximo deve-se à inexatidão dos métodos usados para esse objetivo e à variabilidade nos resultados que podem ser obtidos por profissionais que usem o mesmo procedimento. Dessa forma, a investigação de um método que produza estimativas confiáveis da vazão máxima e do hidrograma de escoamento superficial é de grande interesse. Neste trabalho, desenvolveu-se e avaliou-se a sensibilidade de um software (HIDROGRAMA 2.1) que permite a obtenção do hidrograma de escoamento superficial, da vazão máxima e seu tempo de ocorrência, da altura e da velocidade máximas do escoamento, do volume e da lâmina de escoamento superficial em encosta e em canais. O modelo apresentou grande sensibilidade ao período de retorno, à taxa de infiltração estável e ao comprimento da encosta e do canal.

Proposta de um algoritmo GPC adaptativo com baixo custo computacional

Esta dissertação propõe um algoritmo do Controlador Preditivo Generalizado (GPC) com horizonte de controle igual a um para ser aplicado em plantas industriais com modelos variantes no tempo, simples o su ficiente para ser implementado em Controlador Lógico Programável (PLC). A solução explícita do controlador é obtida em função dos parâmetros do modelo e dos parâmetros de sintonia do GPC (horizonte nal de predição hp e o fator de supressão do sinal de controle ), além das entradas e saídas presentes e passadas. A sintonia do fator de supressão e do horizonte de previsão GPC é feita através do lugar das raízes da equação característica do sistema em malha fechada, sempre que os parâmetros do modelo da planta industrial (estável ou instável em malha aberta) forem modificados.

Tecnologia assistiva e computacional : contribuições para o atendimento educacional especializado e desafios na formação de professores

Neste trabalho, analisamos aspectos relacionados a como a tecnologia computacional é utilizada no Atendimento Educacional Especializado (AEE) e como se deu a formação de professores para utilizar esses recursos. Para tanto, delimitamos os seguintes objetivos específicos: investigar a utilização da tecnologia assistiva (TA) computacional no âmbito das salas de recursos multifuncionais (SRM); problematizar as tensões, dificuldades e possibilidades relacionadas à TA com ênfase na tecnologia computacional para o AEE; analisar a formação do professor de educação especial para o AEE tendo como recurso a TA com ênfase na tecnologia computacional, visando à mediação dos processos de aprendizagem. O aporte teórico deste trabalho foi a abordagem histórico-cultural, tomando por referência os estudos de Vigotski e seus colaboradores. Trata-se de uma pesquisa qualitativa que fez uso de diferentes instrumentos metodológicos como, os grupos focais, o questionário online e a entrevista semiestruturada. Para desenvolvê-lo, realizamos a coleta de dados em diferentes contextos, começando pelos grupos focais da pesquisa inaugural do Oneesp, que serviram como dispositivo para esta pesquisa, seguida da aplicação de um questionário aos professores participantes da pesquisa-formação desenvolvida como um desdobramento no estado do Espírito Santo da pesquisa inaugural do Oneesp pelos integrantes do Oeeesp e da aplicação in loco de entrevistas semiestruturadas com professores de educação especial, de uma SRM do Tipo II. Foram oitenta e nove professores participantes na pesquisa do Oneesp, trinta professores na pesquisa-formação do Oeeesp e dois professores para aplicação da entrevista semiestruturada in loco, respectivamente. Esses dois professores participaram tanto da pesquisa do Oneesp como da pesquisa do Oeeesp. Analisamos esses três momentos, dos quais emergiram os apontamentos que nos proporcionaram pensar, com base nas narrativas orais e escritas dos professores: sua formação para uso da TA computacional; seu entendimento sobre sua formação para este fim; seus anseios por uma formação mais direcionada; a forma como utilizam a tecnologia na sala de recursos; seus entendimentos sobre as dificuldades e possibilidades relacionadas a TA com ênfase na tecnologia computacional para o AEE. Após essas análises, concluímos que poucos professores que atuam nas SRM tiveram uma formação que possibilitasse a aplicação das tecnologias computacionais em sua mediação pedagógica, aliando teoria e prática, com momentos de formação que privilegiassem os momentos presenciais e em laboratórios, onde possam interagir com os computadores e suas ferramentas simbólicas. Sem essa familiaridade com os recursos computacionais, os professores acabam sentindo-se inseguros para utilizá-los, deixando de potencializar, pela via desses recursos, os processos de ensinoaprendizagem do aluno com deficiência. Faz-se necessário um investimento nesse tipo de formação e, mais do que isso, que se viabilize para os professores que atuam ou que pretendem atuar nas SRM. A partir de uma formação apropriada é possível fazer com que os professores utilizem os recursos computacionais como mediadores dos processos de ensino-aprendizagem de seus alunos.

People Detection and Tracking using Depth Camera

In this paper we present a method for real-time detection and tracking of people in video captured by a depth camera. For each object to be assessed, an ordered sequence of values that represents the distances between its center of mass to the boundary points is calculated. The recognition is based on the analysis of the total distance value between the above sequence and some pre-defined human poses, after apply the Dynamic Time Warping. This similarity approach showed robust results in people detection.