Simulação de Robôs Quadrúpedes Utilizando o SimMechanics

Desde sempre o Homem procurou automatizar tarefas repetitivas. Tanto na indústria como no sector doméstico ou de comércio estão constantemente a surgir novos equipamentos procurando aumentar o nível de automação de diversas tarefas. A necessidade de empresas criadoras de produtos inovadores se manterem concorrenciais obrigou à adopção de métodos de projecto e planeamento mais estruturados e eficientes que eliminem os desperdícios tanto de material como de tempo. Diversas construções em termos orçamentais e o aumento da procura de produtos de alta qualidade a baixo custo deu origem a um novo tipo de programas, os programas de simulação virtual. Tal como na indústria, também na investigação nas Instituições de Ensino Superior se procuram adoptar os métodos de trabalho mais eficientes possíveis. Uma parte dos programas de simulação robótica utilizados hoje em dia na investigação no Instituto Superior de Engenharia do Porto estão concebidos em linguagem C. Embora esta linguagem seja extremamente capaz, existem métodos mais adequados de simulação que aceleram o processo de modelação permitindo a visualização do movimento e simulação de diversas situações potencialmente criticas sem existir a necessidade de construção de um protótipo funcional do robô. Durante o último ano, este projecto permitiu construir um modelo de um robô quadrúpede num programa de simulação virtual chamado Simmechanics™. Embora haja já algum trabalho desenvolvido nesta área, constatou-se que a informação existente possuía algumas lacunas. Com o trabalho desenvolvido preparou-se esta dissertação que pretende clarificar algumas questões que surgem na modelação de um robô. Neste documento explica-se como modelar um robô de corpo flexível, modelar as pernas e as respectivas juntas da anca e do joelho assim como também se apresenta a modelação de um contacto com o solo recorrendo a um modelo descrito na literatura. Este documento foi escrito a pensar no leitor, procurando-se explicar de forma simples mas concisa os diversos passos necessários para construir um modelo virtual de um robô. O autor espera, desta forma, ajudar futuros colegas que pretendam trabalhar com o Simmechanics™ a mais facilmente se integrarem com o programa aumentando desta forma o declive da curva de aprendizagem e permitindo um maior aproveitamento desta ferramenta.

Controlo Difuso para Suspensões Autmomóveis

Desde o aparecimento do primeiro automóvel produzido em massa que o objetivo de muitos engenheiros foi o de melhorar sua qualidade, deempenho, conforto entre outros aspetos, de forma a que os futuros automóveis fossem cada vez melhores. O automóvel é constituído por diversos elementos os quais lhe acrescentam diversas características importantes. Um dos elementos que confere ao automóvel uma maior segurança, característica muito importante, é a suspensão existente no mesmo. As suspensões podem ser construídas de diversas formas, visando reagirem de modo diferente às diversas situações a que o automóvel é sujeito. Como em qualquer tipo de tecnologia, as suspensões utilizadas atualmente nos automóveis em dia nem sempre foram tão evoluídas. As primeiras suspensões automóveis, eram constituídas por sistemas de molas mais rudimentares e onde as suas características eram fixas. Com o passar do tempo e com as constantes evoluções tecnológicas, estas suspensões passaram a ser constituídas por mais elementos, como os amortecedores, sendo que nos dias de hoje existem elementos que podem ser controlados em tempo real, de forma a melhor se adaptarem às condições das estradas. Estes elementos quando aplicados a suspensão automóvel constituem as suspensões ativas e semi-ativas existentes atualmente. As suspensões ativas presentes nos veículos é o tema principal desta tese. O estudo efetuado pretende estudar se é possível criar um sistema de suspensão controlado por meio de um controlador difuso, o qual apresente um comportamento e desempenho característico das suspensões ativas abordadas ao longo do estudo teórico. Para testar todo o trabalho, foram desenvolvidos modelos utilizando a ferramenta Simulink existente no software Matlab, com base em estudos matemáticos que permitem descrever o funcionamento das suspensões através de equações de movimento. Os controladores difusos desenvolvidos, os quais são implementados em todos os modelos são programados através do uso da toolbox para sistemas difusos existente no Matlab. De forma a poder validar se, de facto, os modelos desenvolvidos eram fiáveis de serem implementados em futuras aplicações reais, foram comparados os resultados obtidos pelas suspensões ativas desenvolvidas com as suspensões passivas equivalentes.

Controlo de vibrações em pontes pedonais sujeitas a acções de multidões

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Civil - Perfil de Estruturas

Speed control of induction machine based on direct torque control method

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Optimização de células fotovoltaicas

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Microelectrónica e Nanotecnologias

Implementação de uma ferramenta de simulação e gestão de uma microrede de energia

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Controlo para minimização de perdas em canal de irrigação

A preocupação em aumentar a eficiência da utilização da água nos dias de hoje é cada vez maior. Pode-se observar que ao longo do tempo tem-se intensificando as campanhas de sensibilização para uma maior otimização no uso da água. Um dos grandes pontos de trabalho para uma melhor otimização do uso da água reside nos diversos canais de rega presentes em todo o mundo. Não só por serem um dos principais responsáveis do desperdício deste bem tão precioso, mas também por oferecer um desafio tremendo no estudo da sua otimização. Este trabalho surge, em linha com outros já realizados, como um meio para atingir esta tão desejada otimização da utilização da água. Por via do estabelecimento de uma rede de comunicação entre os intervenientes ativos na gestão da água em canais, as comportas, nesta dissertação foi desenvolvido uma estrutura de controlo distribuído que permitisse a negociação entre comportas vizinhas num modelo, em Simulink, de um canal de rega já existente - o canal experimental de Évora. No desenvolvimento desta nova estrutura de controlo são tidas em conta todas as variáveis físicas do canal, através da modelação do comportamento do canal pelas equações de Saint-Venant. Os resultados atingidos por esta dissertação demonstram uma real possibilidade do uso de estruturas de controlo distribuído, com negociação e coordenação entre comportas vizinhas, em canais de rega reais.

Desenvolvimento de um modelo computacional para simulação de limitadores de corrente supercondutores indutivos

As redes do sistema de energia elétrica formam uma infraestrutura determinante para a qualidade da energia fornecida. À medida que os níveis de falha de corrente aumentam, surge um risco crescente de que tais falhas excedam a capacidade de proteção dos dispositivos energéticos, expondo as redes a danos muito dispendiosos. A tecnologia dos materiais supercondutores de alta temperatura possibilitou a criação de uma nova gama de limitadores de corrente, cujas características são consideravelmente vantajosas face aos dispositivos convencionais. Apesar da necessidade de um sistema criogénico, estes dispositivos operam de forma passiva, limitando eficazmente os picos de corrente e sem a interrupção do fornecimento de energia. Com este trabalho pretende-se desenvolver um modelo computacional, em Simulink, adequado à simulação de limitadores de corrente supercondutores do tipo indutivo (LCSi) de blindagem magnética, que possam ser utilizados na simulação de diferentes tipos de redes (com distintas cargas e fontes).

Effect of the acoustic impedance in ultrasonic emitter transducers using digital modulations

In an underwater environment it is difficult to implement solutions for wireless communications. The existing technologies using electromagnetic waves or lasers are not very efficient due to the large attenuation in the aquatic environment. Ultrasound reveals a lower attenuation, and thus has been used in underwater long-distance communications. The much slower speed of acoustic propagation in water (about 1500 m/s) compared with that of electromagnetic and optical waves, is another limiting factor for efficient communication and networking. For high data-rates and real-time applications it is necessary to use frequencies in the MHz range, allowing communication distances of hundreds of meters with a delay of milliseconds. To achieve this goal, it is necessary to develop ultrasound transducers able to work at high frequencies and wideband, with suitable responses to digital modulations. This work shows how the acoustic impedance influences the performance of an ultrasonic emitter transducer when digital modulations are used and operating at frequencies between 100 kHz and 1 MHz. The study includes a Finite Element Method (FEM) and a MATLAB/Simulink simulation with an experimental validation to evaluate two types of piezoelectric materials: one based on ceramics (high acoustic impedance) with a resonance design and the other based in polymer (low acoustic impedance) designed to optimize the performance when digital modulations are used. The transducers performance for Binary Amplitude Shift Keying (BASK), On-Off Keying (OOK), Binary Phase Shift Keying (BPSK) and Binary Frequency Shift Keying (BFSK) modulations with a 1 MHz carrier at 125 kbps baud rate are compared.

Form tutors in the joint teaching of music: perspectives and experiences

In the Portuguese school system, form tutors (FTs) are an intermediate education management structure. The form tutor is responsible for a position of coordination and orientation with a «threefold function»: a relationship with students, relationship with the student’s family and relationship with other class teachers. The joint teaching of music is a part of the educational system in basic education. It is optional and provides musical and instrumental training to students who are interested in taking it. In order to achieve this, there is a system, subject to protocols, between general education schools and schools specializing in teaching music. There is also the position of FT in specialized schools and it also includes a «threefold function». However, these FTs have the additional role of representing music teachers at the class council, which is held at the general education school. Thus, in these cases, both FTs have a fourth joint area, between the music school and the general education school, which makes the relationship between them even more complex. This paper is based on the analysis of empirical data obtained from the testimonies of FTs regarding their representations and experiences in leadership and the coordination of teachers among schools in which there is a joint teaching system. The aim of collecting narratives is to look into some of the main challenges and confrontations related to leadership issues, which we assume to be the focus of those who have the role of form tutor in that specific context.

Dynamic modelling and analysis of hydraulic forces in radial blood pumps

Dissertação de mestrado integrado em Biomedical Engineering Biomaterials, Biomechanics and Rehabilitation

Implementation of Reed-Solomon RS (255,239) Code

In this paper the construction of Reed-Solomon RS(255,239) codeword is described and the process of coding and decoding a message is simulated and verified. RS(255,239), or its shortened version RS(224,208) is used as a coding technique in Low-Power Single Carrier (LPSC) physical layer, as described in IEEE 802.11ad standard. The encoder takes 239 8-bit information symbols, adds 16 parity symbols and constructs 255-byte codeword to be transmitted through wireless communication channel. RS(255,239) codeword is defined over Galois Field GF and is used for correcting upto 8 symbol errors. RS(255,239) code construction is fully implemented and Simulink test project is constructed for testing and analyzing purposes.

Desenvolupament d'interfícies HW per a FPGA des de Matlab

Aquest projecte consisteix en el desenvolupament d’estructures hardware digitals, sintetitzables sobre FPGA i realitzades des d’un entorn gràfic de disseny a nivell de sistema (alt nivell). S'ha escollit el Simulink (entorn gràfic que treballa sobre el software matemàtic Matlab de Mathworks) com a entorn de disseny, i que gràcies a la interfície proporcionada per Altera (DSPBuilder) és capaç de generar codi VHDL sintetitzable. Concretament ens centrarem en la gestió d’un sistema capturador d'imatges de comptadors del cabal d'aigua, en el qual volem fer la caracterització del comptador. Aquest capturador consta bàsicament d'un sensor d'imatge i una FPGA. En aquesta caracterització el que es pretén es ajustar els diferents paràmetres del sistema per fer que la lectura sigui òptima per a cada model de comptador que existeixen al mercat, com ara l'exposició del sensor, el guany d'un color, la realització d'un filtrat de la imatge, etc.

Disseny de controladors òptims per al robot Pioneer

Aquest projecte titulat: “Disseny de controladors òptims per al robot Pioneer”, té com a funcióincloure en la recerca, que ja està iniciada, del control del Robot Pioneer 2DX, una novaversió d’agents go to per al funcionament del robot.La problemàtica que ens trobem és sobretot per al primer controlador. Fins ara el sistemamulti-agent fet, feia servir un agent go to que generava la trajectòria a seguir i la controlavamitjançant un PID. Introduint un mètode geomètric com és el cas del pure pursuit la cosa escomplica ja que és més complex l’ajustament del funcionament d’aquest. Centrant-nos encanvi el cas del segon controlador el problema es simplifica ja que l’ajustatge d’aquestmateix es pot realitzar de manera empírica i la problemàtica per a la situació en concret esmillora amb major facilitat.És per aquest motiu, sobretot pel primer controlador, que s’han hagut de realitzar algunesmodificacions en el plantejament del projecte al llarg d’aquest. En un principi estava pensatcrear aquest controlador a través de Matlab® mitjançant l’eina Simulink® però perproblemes de software en un moment donat hem hagut de redirigir el projecte cap alllenguatge base de l’estructura multi-agent com és el C++. Per aquest motiu també s’hahagut de prescindir de la implementació d’aquests també en l’estructura LabView®.

Optimização de Células Fotovoltaicas

Perante os cenários do aumento da população mundial, da concentração de CO2, dos custos dos combustíveis, do consumo energético mundial e das alterações climáticas, surgiu a necessidade de encontrar fontes de energias alternativas. Neste contexto, a Energia Solar Fotovoltaica, fruto de investigações e investimentos realizados, teve um grande impacto na última década, registando um aumento significativo quer da produção de painéis fotovoltaicos ou de instalações de sistemas fotovoltaicos no Mundo. A Energia solar Fotovoltaica surge como uma energia alternativa limpa, inesgotável e que contribui para a diminuição do impacto ambiental, mas o elevado custo inicial é ainda um entrave à sua comercialização, sendo por isso importante conseguir uma optimização na produção dos painéis fotovoltaico bem como em instalações a fim de optimizar o seu rendimento. Um dos objectivos deste trabalho foi instalar e monitorizar um sistema fotovoltaico no telhado do laboratório de máquinas eléctricas do ISEL. Foi instalado um sistema com uma potência de 990 Watts. A monitorização dos módulos durante alguns períodos de 2011 e 2012 demonstraram um bom desempenho do sistema fotovoltaico instalado comparativamente aos valores estimados. Outro objectivo deste trabalho foi estudar a influência da temperatura no rendimento das células fotovoltaicas. A primeira fase deste estudo foi desenvolver um modelo matemático de uma célula fotovoltaica em Simulink/Matlab. As curvas obtidas da simulação numérica do modelo matemático permitiram observar e demonstrar a influência do aumento da temperatura das células fotovoltaicas na sua potência e rendimento. A segunda fase deste estudo tinha como objectivo comprovar experimentalmente o efeito da temperatura e analisar possíveis meios que permitissem refrigerar as células fotovoltaicas. Através de uma montagem experimental específica as células fotovoltaicas foram testadas num ambiente controlado. Os valores obtidos permitiram observar uma diminuição de cerca de 36% da temperatura das células utilizando refrigeração e consequente aumento do rendimento.