Modeling Vegetable Fractals by means of Fractional-order Equations

This paper characterizes four ‘fractal vegetables’: (i) cauliflower (brassica oleracea var. Botrytis); (ii) broccoli (brassica oleracea var. italica); (iii) round cabbage (brassica oleracea var. capitata) and (iv) Brussels sprout (brassica oleracea var. gemmifera), by means of electrical impedance spectroscopy and fractional calculus tools. Experimental data is approximated using fractional-order models and the corresponding parameters are determined with a genetic algorithm. The Havriliak-Negami five-parameter model fits well into the data, demonstrating that classical formulae can constitute simple and reliable models to characterize biological structures.

Fractional Calculus: Application in modeling and control

This contribution introduces the fractional calculus (FC) fundamental mathematical aspects and discuses some of their consequences. Based on the FC concepts, the chapter reviews the main approaches for implementing fractional operators and discusses the adoption of FC in control systems. Finally are presented some applications in the areas of modeling and control, namely fractional PID, heat diffusion systems, electromagnetism, fractional electrical impedances, evolutionary algorithms, robotics, and nonlinear system control.

Modeling and Control of a Dragonfly-Like Robot

Dragonflies demonstrate unique and superior flight performances than most of the other insect species and birds. They are equipped with two pairs of independently controlled wings granting an unmatchable flying performance and robustness. In this paper it is studied the dynamics of a dragonfly-inspired robot. The system performance is analyzed in terms of time response and robustness. The development of computational simulation based on the dynamics of the robotic dragonfly allows the test of different control algorithms. We study different movement, the dynamics and the level of dexterity in wing motion of the dragonfly. The results are positive for the construction of flying platforms that effectively mimic the kinematics and dynamics of dragonflies and potentially exhibit superior flight performance than existing flying platforms.

System Modeling and Control Through Fractional-Order Algorithms

The theory of fractional calculus goes back to the beginning of thr throry of differential calculus but its inherent complexity postponed the applications of the associated concepts. In the last decade the progress in the areas of chaos and fractals revealed subtle relationships with the fractional calculus leading to an increasing interest in the development of the new paradigm. In the area of automaticcontrol preliminary work has already been carried out but the proposed algorithms are restricted to the frequency domain. The paper discusses the design of fractional-order discrete-time controllers. The algorithms studied adopt the time domein, which makes them suited for z-transform analusis and discrete-time implementation. The performance of discrete-time fractional-order controllers with linear and non-linear systems is also investigated.

Environmental modeling with precision navigation using ROAZ autonomous surface vehicle

The use of robotic vehicles for environmental modeling is discussed. This paper presents diverse results in autonomous marine missions with the ROAZ autonomous surface vehicle. The vehicle can perform autonomous missions while gathering marine data with high inertial and positioning precision. The underwater world is an, economical and environmental, asset that need new tools to study and preserve it. ROAZ is used in marine environment missions since it can sense and monitor the surface and underwater scenarios. Is equipped with a diverse set of sensors, cameras and underwater sonars that generate 3D environmental models. It is used for study the marine life and possible underwater wrecks that can pollute or be a danger to marine navigation. The 3D model and integration of multibeam and sidescan sonars represent a challenge in nowadays. Adding that it is important that robots can explore an area and make decisions based on their surroundings and goals. Regard that, autonomous robotic systems can relieve human beings of repetitive and dangerous tasks.

Controlo inteligente de um Sistema de Levitação Magnética

A levitação magnética tem sido um tema bastante investigado sobretudo devido à sua utilização em sistemas ferroviários de transportes. É o método ideal quando existe a necessidade em aplicações de restringir do contacto físico, ou a conveniência, em termos energéticos, de eliminar o atrito. O princípio de funcionamento é simples, um eletroíman cria uma força sobre um objeto ferromagnético que contraria a gravidade. Contudo um sistema de levitação por atração é instável e não linear, o que significa a necessidade de implementar um controlador para satisfazer as características de estabilidade desejadas. Ao longo deste projeto serão descritos os procedimentos teóricos e práticos que foram tomados na criação de um sistema de levitação eletromagnética. Desde a conceção física do sistema, como escolha do sensor, condicionamento de sinal ou construção do eletroíman, até aos procedimentos matemáticos que permitiram a modelação do sistema e criação de controladores. Os controladores clássicos, como o PID ou em avanço de fase, foram projetados através da técnica do Lugar Geométrico de Raízes. No projeto do controlador difuso, pelo contrário não se fez uso da modelação do sistema ou de qualquer relação matemática entre as variáveis. A utilização desta técnica de controlo destacou-se pela usa simplicidade e rapidez de implementação, fornecendo um bom desempenho ao sistema. Na parte final do relatório os resultados obtidos pelos diferentes métodos de controlo são analisados e apresentadas as respetivas conclusões. Estes resultados revelam que para este sistema, relativamente aos outros métodos, o controlador difuso apresenta o melhor desempenho tanto ao nível da resposta transitória, como em regime permanente.

Multi-agent simulation of competitive electricity markets: Autonomous systems cooperation for European market modeling

The electricity market restructuring, and its worldwide evolution into regional and even continental scales, along with the increasing necessity for an adequate integration of renewable energy sources, is resulting in a rising complexity in power systems operation. Several power system simulators have been developed in recent years with the purpose of helping operators, regulators, and involved players to understand and deal with this complex and constantly changing environment. The main contribution of this paper is given by the integration of several electricity market and power system models, respecting to the reality of different countries. This integration is done through the development of an upper ontology which integrates the essential concepts necessary to interpret all the available information. The continuous development of Multi-Agent System for Competitive Electricity Markets platform provides the means for the exemplification of the usefulness of this ontology. A case study using the proposed multi-agent platform is presented, considering a scenario based on real data that simulates the European Electricity Market environment, and comparing its performance using different market mechanisms. The main goal is to demonstrate the advantages that the integration of various market models and simulation platforms have for the study of the electricity markets’ evolution.

Metodologia BIM, aplicada à preparação, controlo e gestão de obra

O âmbito deste trabalho envolve o teste do modelo BIM numa obra em construção pela Mota-Engil – Engenharia, na extração experimental de peças desenhadas de preparação e apoio à execução de obra. No capítulo 1 deste relatório são definidos o âmbito e os objetivos deste trabalho, é feito um enquadramento histórico do tema e abordados conceitos e atividades da preparação de obra, na sua forma tradicional. O estado do conhecimento da preparação de obras e mais em concreto da tecnologia BIM a nível nacional e internacional é abordado no capítulo 2. Nesse sentido procura-se definir os conceitos principais inerentes a esta nova metodologia, que passa por identificar e caraterizar a tecnologia envolvida e o seu nível de desenvolvimento. Com suporte em casos práticos de preparação de obra na sua forma tradicional, identificados e desenvolvidos no capítulo 3, foi compilado um processo tipo de peças desenhadas de suporte identificadas e caracterizadas no capítulo 4, frequentes e comuns à execução de diversos tipos de obras de edifícios. Assente na compilação baseada em casos práticos e no estudo do projeto de execução da empreitada que sustenta o presente trabalho, com base no qual o modelo BIM foi concebido, identificou-se um conjunto de peças desenhadas de preparação e apoio à execução dos trabalhos, em 2D, a extrair do modelo. No capítulo 5, é feita uma descrição do modo como foi estudado o projeto da obra, com evidência para os fatores mais relevantes, especificando os desenhos a extrair. Suportada pelo programa de modelação ArchiCAD, a extração do conjunto de desenhos identificados anteriormente foi conseguida com recurso às funcionalidades disponíveis no software, que permite a criação de desenhos 2D atualizáveis ou não automaticamente a partir do modelo. Qualquer alteração introduzida no modelo virtual é automaticamente atualizada nos desenhos bidimensionais, caso o utilizador assim o pretenda. Ao longo desse trabalho foram detetados e analisados os condicionalismos inerentes ao processo de extração, referidos no capítulo 6, para estabelecimento de regras de modelação padrão a adotar em futuras empreitadas, que possam simplificar a obtenção dos elementos desenhados de preparação necessários à sua execução. No ponto 6.3 são identificadas melhorias a introduzir no modelo. Em conclusão no capítulo 7 são abordadas especificidades do setor da construção que sustentam e evidenciam cada vez mais a necessidade de utilizar as novas tecnologias com vista à adoção de práticas e ferramentas padrão de apoio à execução de obras. Sendo a tecnologia BIM, transversal a todo o setor, a sua utilização com regras padrão na conceção dos modelos e na extração de dados, potencia a otimização dos custos, do tempo, dos recursos e da qualidade final de um empreendimento, ao longo de todo o seu ciclo de vida, para além de apoiar com elevada fiabilidade as tomadas de decisão ao longo desse período. A tecnologia BIM, possibilita a antevisão do edifício a construir com um elevado grau de pormenor, com todas as vantagens que daí advêm.

Metodologia BIM aplicada à conceção e produção de uma estrutura metálica

Este relatório apresenta o estágio curricular relativo ao curso de mestrado em engenharia civil na área de especialização de estruturas. O estágio decorreu no grupo O Feliz, S.A, uma metalomecânica sedeada em Braga. No âmbito do estágio, foi efetuada uma pesquisa e de seguida um projeto real aplicando a metodologia Building Information Modeling. Inicialmente, será feita uma apresentação da empresa e definidos os objetivos propostos para o estágio. Seguidamente, será apresentada toda a pesquisa realizada sobre o BIM para poder, seguidamente, realizar um projeto real utilizando esta metodologia, proposta pela empresa. Posteriormente é apresentado o projeto realizado com a metodologia BIM e todo o seu processo até chegar à sua construção. Por último, são apresentadas algumas das obras que estavam em curso durante a realização do presente trabalho e que houve a oportunidade de acompanhar, refletindo a experiência adquirida na área, durante o desenvolvimento do estágio.

Digit Ratio (2D:4D) in Newborns: Influences of Prenatal Testosterone and Maternal Environment

Introduction: The 2D:4D digit ratio is sexually-dimorphic, probably due to testosterone action through the perinatal period. We characterize the 2D:4D ratio in newborn (NB) infants, in between the pre- and postnatal surges of testosterone, and relate it to the mother's 2D:4D and to testosterone levels in the amniotic fluid (AF). Subjects and methods: Testosterone was assayed in samples of maternal plasma and AF collected at amniocentesis. Shortly after birth, 106 NBs and their mothers were measured for 2D:4D ratio. Results: NB males had lower mean 2D:4D ratios than females but this dimorphism was significant only for the left hand (males: 0.927; females: 0.950; p=0.004). Mothers who had sons had lower 2D:4D ratios than those who had daughters and the mother's 2D:4D were higher than those of NBs regardless of sex. Both hands of NB females were negatively correlated with AF testosterone and positively correlated with the mother's 2D:4D, but males showed no significant associations. Maternal plasma testosterone also showed a negative weak correlation with NB's digit ratio in both sexes. Conclusions: Sexual dimorphism at birth was only significant for the left hand, in contrast with reports of greater right hand dimorphism, suggesting that postnatal testosterone is determinant for 2D:4D stabilization. The lower 2D:4D ratios in mothers who had sons support claims that hormone levels in parents are influential for determining their children's sex. NB female's digit ratio, but not males', was associated to the level of AF testosterone. The mother's 2D:4D ratios were positively correlated with their daughters' 2D:4D, but the same was not observed for male NBs, suggesting that prenatal testosterone levels in male fetus lead their 2D:4D ratios to stray from their mothers' with high individual variability.

Adaptive modeling and high quality spectral estimation for speech enhancement

In this work an adaptive modeling and spectral estimation scheme based on a dual Discrete Kalman Filtering (DKF) is proposed for speech enhancement. Both speech and noise signals are modeled by an autoregressive structure which provides an underlying time frame dependency and improves time-frequency resolution. The model parameters are arranged to obtain a combined state-space model and are also used to calculate instantaneous power spectral density estimates. The speech enhancement is performed by a dual discrete Kalman filter that simultaneously gives estimates for the models and the signals. This approach is particularly useful as a pre-processing module for parametric based speech recognition systems that rely on spectral time dependent models. The system performance has been evaluated by a set of human listeners and by spectral distances. In both cases the use of this pre-processing module has led to improved results.

Stochastic simulation of the morphology of fluvial sand channels reservoirs

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Geológica (Georrecursos)

Modeling assembly program with constraints. A contribution to WCET problem

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Lógica Computacional

Modeling in-Hospital Patient Survival During the First 28 Days After Intensive Care Unit Admission: a Prognostic Model for Clinical Trials in General Critically Ill Patients

OBJECTIVE: The objective of the study was to develop a model for estimating patient 28-day in-hospital mortality using 2 different statistical approaches. DESIGN: The study was designed to develop an outcome prediction model for 28-day in-hospital mortality using (a) logistic regression with random effects and (b) a multilevel Cox proportional hazards model. SETTING: The study involved 305 intensive care units (ICUs) from the basic Simplified Acute Physiology Score (SAPS) 3 cohort. PATIENTS AND PARTICIPANTS: Patients (n = 17138) were from the SAPS 3 database with follow-up data pertaining to the first 28 days in hospital after ICU admission. INTERVENTIONS: None. MEASUREMENTS AND RESULTS: The database was divided randomly into 5 roughly equal-sized parts (at the ICU level). It was thus possible to run the model-building procedure 5 times, each time taking four fifths of the sample as a development set and the remaining fifth as the validation set. At 28 days after ICU admission, 19.98% of the patients were still in the hospital. Because of the different sampling space and outcome variables, both models presented a better fit in this sample than did the SAPS 3 admission score calibrated to vital status at hospital discharge, both on the general population and in major subgroups. CONCLUSIONS: Both statistical methods can be used to model the 28-day in-hospital mortality better than the SAPS 3 admission model. However, because the logistic regression approach is specifically designed to forecast 28-day mortality, and given the high uncertainty associated with the assumption of the proportionality of risks in the Cox model, the logistic regression approach proved to be superior.

Urban sprawl analysis and modeling in Asmara, Eritreia: Application of Geospatial Tools

Dissertation submitted in partial fulfillment of the requirements for the Degree of Master of Science in Geospatial Technologies.