Controlo difuso de um AGV

Neste trabalho pretende-se introduzir os conceitos associados à lógica difusa no controlo de sistemas, neste caso na área da robótica autónoma, onde é feito um enquadramento da utilização de controladores difusos na mesma. Foi desenvolvido de raiz um AGV (Autonomous Guided Vehicle) de modo a se implementar o controlador difuso, e testar o desempenho do mesmo. Uma vez que se pretende de futuro realizar melhorias e/ou evoluções optou-se por um sistema modular em que cada módulo é responsável por uma determinada tarefa. Neste trabalho existem três módulos que são responsáveis pelo controlo de velocidade, pela aquisição dos dados dos sensores e, por último, pelo controlador difuso do sistema. Após a implementação do controlador difuso, procedeu-se a testes para validar o sistema onde foram recolhidos e registados os dados provenientes dos sensores durante o funcionamento normal do robô. Este dados permitiram uma melhor análise do desempenho do robô. Verifica-se que a lógica difusa permite obter uma maior suavidade na transição de decisões, e que com o aumento do número de regras é possível tornar o sistema ainda mais suave. Deste modo, verifica-se que a lógica difusa é uma ferramenta útil e funcional para o controlo de aplicações. Como desvantagem surge a quantidade de dados associados à implementação, tais como, os universos de discurso, as funções de pertença e as regras. Ao se aumentar o número de regras de controlo do sistema existe também um aumento das funções de pertença consideradas para cada variável linguística; este facto leva a um aumento da memória necessária e da complexidade na implementação pela quantidade de dados que têm de ser tratados. A maior dificuldade no projecto de um controlador difuso encontra-se na definição das variáveis linguísticas através dos seus universos de discurso e das suas funções de pertença, pois a definição destes pode não ser a mais adequada ao contexto de controlo e torna-se necessário efectuar testes e, consequentemente, modificações à definição das funções de pertença para melhorar o desempenho do sistema. Todos os aspectos referidos são endereçados no desenvolvimento do AGV e os respectivos resultados são apresentados e analisados.

Controlador Boundary-Scan

A crescente complexidade dos sistemas electrónicos associada a um desenvolvimento nas tecnologias de encapsulamento levou à miniaturização dos circuitos integrados, provocando dificuldades e limitações no diagnóstico e detecção de falhas, diminuindo drasticamente a aplicabilidade dos equipamentos ICT. Como forma de lidar com este problema surgiu a infra-estrutura Boundary Scan descrita na norma IEEE1149.1 “Test Access Port and Boundary-Scan Architecture”, aprovada em 1990. Sendo esta solução tecnicamente viável e interessante economicamente para o diagnóstico de defeitos, efectua também outras aplicações. O SVF surgiu do desejo de incutir e fazer com que os fornecedores independentes incluíssem a norma IEEE 1149.1, é desenvolvido num formato ASCII, com o objectivo de enviar sinais, aguardar pela sua resposta, segundo a máscara de dados baseada na norma IEEE1149.1. Actualmente a incorporação do Boundary Scan nos circuitos integrados está em grande expansão e consequentemente usufrui de uma forte implementação no mercado. Neste contexto o objectivo da dissertação é o desenvolvimento de um controlador boundary scan que implemente uma interface com o PC e possibilite o controlo e monitorização da aplicação de teste ao PCB. A arquitectura do controlador desenvolvido contém um módulo de Memória de entrada, um Controlador TAP e uma Memória de saída. A implementação do controlador foi feita através da utilização de uma FPGA, é um dispositivo lógico reconfiguráveis constituído por blocos lógicos e por uma rede de interligações, ambos configuráveis, que permitem ao utilizador implementar as mais variadas funções digitais. A utilização de uma FPGA tem a vantagem de permitir a versatilidade do controlador, facilidade na alteração do seu código e possibilidade de inserir mais controladores dentro da FPGA. Foi desenvolvido o protocolo de comunicação e sincronização entre os vários módulos, permitindo o controlo e monitorização dos estímulos enviados e recebidos ao PCB, executados automaticamente através do software do Controlador TAP e de acordo com a norma IEEE 1149.1. A solução proposta foi validada por simulação utilizando o simulador da Xilinx. Foram analisados todos os sinais que constituem o controlador e verificado o correcto funcionamento de todos os seus módulos. Esta solução executa todas as sequências pretendidas e necessárias (envio de estímulos) à realização dos testes ao PCB. Recebe e armazena os dados obtidos, enviando-os posteriormente para a memória de saída. A execução do trabalho permitiu concluir que os projectos de componentes electrónicos tenderão a ser descritos num nível de abstracção mais elevado, recorrendo cada vez mais ao uso de linguagens de hardware, no qual o VHDL é uma excelente ferramenta de programação. O controlador desenvolvido será uma ferramenta bastante útil e versátil para o teste de PCBs e outras funcionalidades disponibilizadas pelas infra-estruturas BS.

Sintonia de controladores baseada em Sistemas de Inferência Difusa

Este trabalho de pesquisa e desenvolvimento tem como fundamento principal o Conceito de Controlo por Lógica Difusa. Utilizando as ferramentas do software Matlab, foi possível desenvolver um controlador com base na inferência difusa que permitisse controlar qualquer tipo de sistema físico real, independentemente das suas características. O Controlo Lógico Difuso, do inglês “Fuzzy Control”, é um tipo de controlo muito particular, pois permite o uso simultâneo de dados numéricos com variáveis linguísticas que tem por base o conhecimento heurístico dos sistemas a controlar. Desta forma, consegue-se quantificar, por exemplo, se um copo está “meio cheio” ou “meio vazio”, se uma pessoa é “alta” ou “baixa”, se está “frio” ou “muito frio”. O controlo PID é, sem dúvida alguma, o controlador mais amplamente utilizado no controlo de sistemas. Devido à sua simplicidade de construção, aos reduzidos custos de aplicação e manutenção e aos resultados que se obtêm, este controlador torna-se a primeira opção quando se pretende implementar uma malha de controlo num determinado sistema. Caracterizado por três parâmetros de ajuste, a saber componente proporcional, integral e derivativa, as três em conjunto permitem uma sintonia eficaz de qualquer tipo de sistema. De forma a automatizar o processo de sintonia de controladores e, aproveitando o que melhor oferece o Controlo Difuso e o Controlo PID, agrupou-se os dois controladores, onde em conjunto, como poderemos constatar mais adiante, foram obtidos resultados que vão de encontro com os objectivos traçados. Com o auxílio do simulink do Matlab, foi desenvolvido o diagrama de blocos do sistema de controlo, onde o controlador difuso tem a tarefa de supervisionar a resposta do controlador PID, corrigindo-a ao longo do tempo de simulação. O controlador desenvolvido é denominado por Controlador FuzzyPID. Durante o desenvolvimento prático do trabalho, foi simulada a resposta de diversos sistemas à entrada em degrau unitário. Os sistemas estudados são na sua maioria sistemas físicos reais, que representam sistemas mecânicos, térmicos, pneumáticos, eléctricos, etc., e que podem ser facilmente descritos por funções de transferência de primeira, segunda e de ordem superior, com e sem atraso.

Controladores linguísticos Fuzzy

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica

Integration of an automatic storage and retrieval system (ASRS) in a discrete-part automation system

This technical report describes the work carried out in a project within the ERASMUS programme. The objective of this project was the Integration of an Automatic Warehouse in a Discrete-Part Automation System. The discrete-part automation system located at the LASCRI (Critical Systems) laboratory at ISEP was extended with automatic storage and retrieval of the manufacturing parts, through the integration of an automatic warehouse and an automatic guided vehicle (AGV).

Teacher placement report: investigation: action research project investigating methods for promoting creativity in double bass students attending a portuguese music school

The investigation which employed the action research method (qualitative analysis)was divided into four fases. In phases 1-3 the participants were six double bass students at Nossa Senhora do Cabo Music School. Pilot exercises in creativity were followed by broader and more ambitious projects. In phase 4 the techniques were tested and amplified during a summer course for twelve double bass students at Santa Cecilia College.

Controlo e optimização de sistemas AVAC recorrendo a técnicas de inteligência artificial

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica

Semantics of logic programs with explicit negation

After a historical introduction, the bulk of the thesis concerns the study of a declarative semantics for logic programs. The main original contributions are: ² WFSX (Well–Founded Semantics with eXplicit negation), a new semantics for logic programs with explicit negation (i.e. extended logic programs), which compares favourably in its properties with other extant semantics. ² A generic characterization schema that facilitates comparisons among a diversity of semantics of extended logic programs, including WFSX. ² An autoepistemic and a default logic corresponding to WFSX, which solve existing problems of the classical approaches to autoepistemic and default logics, and clarify the meaning of explicit negation in logic programs. ² A framework for defining a spectrum of semantics of extended logic programs based on the abduction of negative hypotheses. This framework allows for the characterization of different levels of scepticism/credulity, consensuality, and argumentation. One of the semantics of abduction coincides with WFSX. ² O–semantics, a semantics that uniquely adds more CWA hypotheses to WFSX. The techniques used for doing so are applicable as well to the well–founded semantics of normal logic programs. ² By introducing explicit negation into logic programs contradiction may appear. I present two approaches for dealing with contradiction, and show their equivalence. One of the approaches consists in avoiding contradiction, and is based on restrictions in the adoption of abductive hypotheses. The other approach consists in removing contradiction, and is based in a transformation of contradictory programs into noncontradictory ones, guided by the reasons for contradiction.

Concurrent tabling

In the past few years Tabling has emerged as a powerful logic programming model. The integration of concurrent features into the implementation of Tabling systems is demanded by need to use recently developed tabling applications within distributed systems, where a process has to respond concurrently to several requests. The support for sharing of tables among the concurrent threads of a Tabling process is a desirable feature, to allow one of Tabling’s virtues, the re-use of computations by other threads and to allow efficient usage of available memory. However, the incremental completion of tables which are evaluated concurrently is not a trivial problem. In this dissertation we describe the integration of concurrency mechanisms, by the way of multi-threading, in a state of the art Tabling and Prolog system, XSB. We begin by reviewing the main concepts for a formal description of tabled computations, called SLG resolution and for the implementation of Tabling under the SLG-WAM, the abstract machine supported by XSB. We describe the different scheduling strategies provided by XSB and introduce some new properties of local scheduling, a scheduling strategy for SLG resolution. We proceed to describe our implementation work by describing the process of integrating multi-threading in a Prolog system supporting Tabling, without addressing the problem of shared tables. We describe the trade-offs and implementation decisions involved. We then describe an optimistic algorithm for the concurrent sharing of completed tables, Shared Completed Tables, which allows the sharing of tables without incurring in deadlocks, under local scheduling. This method relies on the execution properties of local scheduling and includes full support for negation. We provide a theoretical framework and discuss the implementation’s correctness and complexity. After that, we describe amethod for the sharing of tables among threads that allows parallelism in the computation of inter-dependent subgoals, which we name Concurrent Completion. We informally argue for the correctness of Concurrent Completion. We give detailed performance measurements of the multi-threaded XSB systems over a variety of machines and operating systems, for both the Shared Completed Tables and the Concurrent Completion implementations. We focus our measurements inthe overhead over the sequential engine and the scalability of the system. We finish with a comparison of XSB with other multi-threaded Prolog systems and we compare our approach to concurrent tabling with parallel and distributed methods for the evaluation of tabling. Finally, we identify future research directions.

QoS-enabled middleware for smart grids

Emerging smart grid systems must be able to react quickly and predictably, adapting their operation to changing energy supply and demand, by controlling energy consuming and energy storage devices. An intrinsic problem with smart grids is that energy produced from in-house renewable sources is affected by fluctuating weather factors. The applications driving smart grids operation must rely on a solid communication network that is secure, highly scalable, and always available. Thus, any communication infrastructure for smart grids should support its potential of producing high quantities of real-time data, with the goal of reacting to state changes by actuating on devices in real-time, while providing Quality of Service (QoS).

Fuzzy, integer and fractional-order control: Application on a wind turbine benchmark model

This paper presents a comparison between proportional integral control approaches for variable speed wind turbines. Integer and fractional-order controllers are designed using linearized wind turbine model whilst fuzzy controller also takes into account system nonlinearities. These controllers operate in the full load region and the main objective is to extract maximum power from the wind turbine while ensuring the performance and reliability required to be integrated into an electric grid. The main contribution focuses on the use of fractional-order proportional integral (FOPI) controller which benefits from the introduction of one more tuning parameter, the integral fractional-order, taking advantage over integer order proportional integral (PI) controller. A comparison between proposed control approaches for the variable speed wind turbines is presented using a wind turbine benchmark model in the Matlab/Simulink environment. Results show that FOPI has improved system performance when compared with classical PI and fuzzy PI controller outperforms the integer and fractional-order control due to its capability to deal with system nonlinearities and uncertainties. © 2014 IEEE.

Smart-HOP: a reliable handoff mechanism for mobile wireless sensor networks

Handoff processes, the events where mobile nodes select the best access point available to transfer data, have been well studied in cellular and WiFi networks. However, wireless sensor networks (WSN) pose a new set of challenges due to their simple low-power radio transceivers and constrained resources. This paper proposes smart-HOP, a handoff mechanism tailored for mobile WSN applications. This work provides two important contributions. First, it demonstrates the intrinsic relationship between handoffs and the transitional region. The evaluation shows that handoffs perform the best when operating in the transitional region, as opposed to operating in the more reliable connected region. Second, the results reveal that a proper fine tuning of the parameters, in the transitional region, can reduce handoff delays by two orders of magnitude, from seconds to tens of milliseconds.

Optimal controllers with complex order derivatives

This paper studies the optimization of complex-order algorithms for the discrete-time control of linear and nonlinear systems. The fundamentals of fractional systems and genetic algorithms are introduced. Based on these concepts, complexorder control schemes and their implementation are evaluated in the perspective of evolutionary optimization. The results demonstrate not only that complex-order derivatives constitute a valuable alternative for deriving control algorithms, but also the feasibility of the adopted optimization strategy.

sMapReduce: a programming pattern for wireless sensor networks

Wireless Sensor Networks (WSNs) are increasingly used in various application domains like home-automation, agriculture, industries and infrastructure monitoring. As applications tend to leverage larger geographical deployments of sensor networks, the availability of an intuitive and user friendly programming abstraction becomes a crucial factor in enabling faster and more efficient development, and reprogramming of applications. We propose a programming pattern named sMapReduce, inspired by the Google MapReduce framework, for mapping application behaviors on to a sensor network and enabling complex data aggregation. The proposed pattern requires a user to create a network-level application in two functions: sMap and Reduce, in order to abstract away from the low-level details without sacrificing the control to develop complex logic. Such a two-fold division of programming logic is a natural-fit to typical sensor networking operation which makes sensing and topological modalities accessible to the user.

Diversity in Teams: Source of Conflict or Source of Creativity? Investigating Hidden Mental Models

The workforce in organizations today is becoming increasingly diverse. Consequently the role of diversity management is heavily discussed with respect to the question how diversity influences the productivity of a group. Empirical studies show that on one hand there is a potential for increasing productivity but on the other hand it might be as well that conflicts arise due to the heterogeneity of the group. Usually according empirical studies are based on interviews, questionnaires and/or observations. These methods imply that answers are highly selective and filtered. In order to make the invisible visible, to have access to mental models of team members the paper will present an empirical study on the self-understanding of groups based on an innovative research method, called “mind-scripting”.