Mode-Controlled Data-Flow Modeling of Real-Time Memory Controllers

Accepted in 13th IEEE Symposium on Embedded Systems for Real-Time Multimedia (ESTIMedia 2015), Amsterdam, Netherlands.

Fractional Order Junctions

Gottfried Leibniz generalized the derivation and integration, extending the operators from integer up to real, or even complex, orders. It is presently recognized that the resulting models capture long term memory effects difficult to describe by classical tools. Leon Chua generalized the set of lumped electrical elements that provide the building blocks in mathematical models. His proposal of the memristor and of higher order elements broadened the scope of variables and relationships embedded in the development of models. This paper follows the two directions and proposes a new logical step, by generalizing the concept of junction. Classical junctions interconnect system elements using simple algebraic restrictions. Nevertheless, this simplistic approach may be misleading in the presence of unexpected dynamical phenomena and requires including additional “parasitic” elements. The novel γ-junction includes, as special cases, the standard series and parallel connections and allows a new degree of freedom when building models. The proposal motivates the search for experimental and real world manifestations of the abstract conjectures.

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.

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.

Projeto de estruturas de edifícios em betão armado apoiado em ferramentas BIM

O presente trabalho refere-se a um relatório de estágio para a conclusão do Mestrado em Engenharia Civil - ramo de Estruturas no Instituto Superior de Engenharia do Porto. O estágio decorreu na empresa FASE - Estudos e Projectos S.A. durante um período de seis meses. Este documento tem como principal objetivo apresentar o desenvolvimento dos conhecimentos das fases de um projeto de um edifício. Aborda-se a modelação e análise de um edifício alto em betão armado, situado em Moçambique, salientando o dimensionamento dos elementos estruturais. Numa segunda fase, para aprofundar o conceito BIM, propôs-se a integração desta metodologia ao projeto já elaborado tendo em vista a ligação bidirecional dos programas de cálculo com os programas de desenho. Um dos objetivos de elaborar um trabalho em ambiente empresarial é o desenvolvimento de competências socio-profissionais e transversais. Para isso, este trabalho passou também pelo acompanhamento de outros projetos sendo dois deles apresentados no último capítulo.

Análise da interoperabilidade aplicada ao projeto BIM de Estruturas Metálicas

O BIM – Building Information Modeling – é um conceito de controlo e gestão de informação desenvolvida, entre diferentes especialidades e intervenientes envolventes, durante o ciclo de vida das construções. A utilização das tecnologias BIM, no ramo da Engenharia Mecânica e Civil, tem sido uma aposta constante, e cada vez mais concisa, nos projetos de construção. A justificação para a adoção destas metodologias mais eficientes, em substituição dos processos convencionais, prende-se com o facto desses processos convencionais, ainda hoje, apresentarem muitas dificuldades e problemas associados, por exemplo, à falta de comunicação entre os intervenientes e ao ineficiente controlo na gestão de projetos. O objetivo desta dissertação centra-se na análise da interoperabilidade de softwares BIM, ou seja, na verificação da viabilidade de exportação de dados dos modelos produzidos, entre as ferramentas BIM. Para este campo de ação contribuirá a análise da passagem de informação, relativa ao modelo de uma Nave Industrial modelada, em alguns dos softwares BIM, correntemente mais utilizados. O conhecimento adquirido com a modelação do caso de estudo do presente trabalho irá permitir identificar algumas lacunas existentes ao nível da falta de recomendações práticas que sirvam de orientação na modelação recorrendo a ferramentas informáticas BIM-compatíveis. Assim, a base deste trabalho consiste na criação de uma série de recomendações ou de um roteiro de modelação em específico para a disciplina de estruturas enquanto área de aplicação concreta do estudo efetuado. Nesse sentido, a proposta deste trabalho é de apresentar alguns critérios de modelação onde são definidos os elementos a modelar em cada fase do projeto.

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.

Ampliação e Reconstrução de um Edifício Unifamiliar

Pretende-se com este trabalho apresentar os Projectos de estruturas, de Comportamento Térmico e de Abastecimento de Água e Drenagem de Águas Pluviais e Residuais de uma habitação unifamiliar. Trata-se de um edifício situado no concelho de Ponte Lima que será reconstruído e ampliado de forma a se constituir uma habitação de tipologia T3. Uma vez que a realidade da actividade do projecto de estruturas actual é baseada na aplicação de ferramentas de processo automático de dados, foi naturalmente utilizado um programa de cálculo na modelação do edifício. No entanto, foram igualmente aplicados métodos tradicionais, nomeadamente na fase de pré-dimensionamento, na validação do modelo e no dimensionamento do edifício existente. O Estudo do Comportamento Térmico teve como objectivo primordial optar por soluções construtivas que permitissem, aos ocupantes da habitação, um conforto térmico com o mínimo esforço energético possível. Desta forma, analisaram-se as plantas de arquitectura, definiram-se os elementos da envolvente e os equipamentos necessários, e procedeu-a à avaliação térmica segundo o disposto na Legislação Nacional Para culminar o trabalho, desenvolveu-se o Projecto de Abastecimento de Água e Drenagem de Águas Pluviais e Residuais, dispondo os elementos e acessórios das redes segundo as regras de implantação e dimensionamento previstas na regulamentação em vigor.

Building anonymised database samples

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Informática

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.