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.

Modeling for control design of a multi-reach water canal

This article addresses the problem of obtaining reduced complexity models of multi-reach water delivery canals that are suitable for robust and linear parameter varying (LPV) control design. In the first stage, by applying a method known from the literature, a finite dimensional rational transfer function of a priori defined order is obtained for each canal reach by linearizing the Saint-Venant equations. Then, by using block diagrams algebra, these different models are combined with linearized gate models in order to obtain the overall canal model. In what concerns the control design objectives, this approach has the advantages of providing a model with prescribed order and to quantify the high frequency uncertainty due to model approximation. A case study with a 3-reach canal is presented, and the resulting model is compared with experimental data. © 2014 IEEE.

Model driven development implementation of a control systems user interfaces specification tool

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Informática

Fuzzy linguistic controllers applied to decouple control loop effects

A fuzzy linguistic controller has been developed and implemented with the aim to cope with interactions between control loops due to coupling effects. To access the performance of the proposed approach several experiments have also been conducted using the classical PID controllers in the control loops. A mixing process has been used as test bed of all controllers experimented and the corresponding dynamic model has been derived. The successful results achieved with the fuzzy linguistic controllers suggests that they can be an alternative to classical controllers when in the presence of process plants where automatic control as to cope with coupling effects between control loops. © 2014 IEEE.

Risk factors for recurrent wheezing in infants: a case-control study

ABSTRACT OBJECTIVE To evaluate the association between recurrent wheezing and atopy, the Asthma Predictive Index, exposure to risk factors, and total serum IgE levels as potential factors to predict recurrent wheezing. METHODS A case-control study with infants aged 6-24 months treated at a specialized outpatient clinic from November 2011 to March 2013. Evaluations included sensitivity to inhalant and food antigens, positive Asthma Predictive Index, and other risk factors for recurrent wheezing (smoking during pregnancy, presence of indoor smoke, viral infections, and total serum IgE levels). RESULTS We evaluated 113 children: 65 infants with recurrent wheezing (63.0% male) with a mean age of 14.8 (SD = 5.2) months and 48 healthy infants (44.0% male) with a mean age of 15.2 (SD = 5.1) months. In the multiple analysis model, antigen sensitivity (OR = 12.45; 95%CI 1.28–19.11), positive Asthma Predictive Index (OR = 5.57; 95%CI 2.23–7.96), and exposure to environmental smoke (OR = 2.63; 95%CI 1.09–6.30) remained as risk factors for wheezing. Eosinophilia ≥ 4.0% e total IgE ≥ 100 UI/mL were more prevalent in the wheezing group, but failed to remain in the model. Smoking during pregnancy was identified in a small number of mothers, and secondhand smoke at home was higher in the control group. CONCLUSIONS Presence of atopy, positive Asthma Predictive Index and exposure to environmental smoke are associated to recurrent wheezing. Identifying these factors enables the adoption of preventive measures, especially for children susceptible to persistent wheezing and future asthma onset.

Constrains on the structure of Maio Island (Cape Verde) by a three-dimensional gravity model: Imaging partially exhumed magma chambers

We propose a 3-D gravity model for the volcanic structure of the island of Maio (Cape Verde archipelago) with the objective of solving some open questions concerning the geometry and depth of the intrusive Central Igneous Complex. A gravity survey was made covering almost the entire surface of the island. The gravity data was inverted through a non-linear 3-D approach which provided a model constructed in a random growth process. The residual Bouguer gravity field shows a single positive anomaly presenting an elliptic shape with a NWSE trending long axis. This Bouguer gravity anomaly is slightly off-centred with the island but its outline is concordant with the surface exposure of the Central Igneous Complex. The gravimetric modelling shows a high-density volume whose centre of mass is about 4500 m deep. With increasing depth, and despite the restricted gravimetric resolution, the horizontal sections of the model suggest the presence of two distinct bodies, whose relative position accounts for the elongated shape of the high positive Bouguer gravity anomaly. These bodies are interpreted as magma chambers whose coeval volcanic counterparts are no longer preserved. The orientation defined by the two bodies is similar to that of other structures known in the southern group of the Cape Verde islands, thus suggesting a possible structural control constraining the location of the plutonic intrusions.

Control of a 6-DOF parallel manipulator through a mechatronic approach

This paper shows that a hierarchical architecture, distributing several control actions in growing levels of complexity and using resources of reconfigurable computing, enables one to take into account the ease of future modifications, updates and improvements in robotic applications. An experimental example of a Stewart—Gough platform control (a platform applied as the solution to countless practical problems) is presented using reconfigurable computing. The software and hardware developed are structured in independent blocks. This open architecture implementation allows easy expansion of the system and better adaptation of the platform to its related tasks.

A New Approach in the Design of Air Stripping Columns for the Treatment of Groundwater Contaminated With Volatile Organic Compounds

Volatile organic compounds are a common source of groundwater contamination that can be easily removed by air stripping in columns with random packing and using a counter-current flow between the phases. This work proposes a new methodology for column design for any type of packing and contaminant which avoids the necessity of an arbitrary chosen diameter. It also avoids the employment of the usual graphical Eckert correlations for pressure drop. The hydraulic features are previously chosen as a project criterion. The design procedure was translated into a convenient algorithm in C++ language. A column was built in order to test the design, the theoretical steady-state and dynamic behaviour. The experiments were conducted using a solution of chloroform in distilled water. The results allowed for a correction in the theoretical global mass transfer coefficient previously estimated by the Onda correlations, which depend on several parameters that are not easy to control in experiments. For best describe the column behaviour in stationary and dynamic conditions, an original mathematical model was developed. It consists in a system of two partial non linear differential equations (distributed parameters). Nevertheless, when flows are steady, the system became linear, although there is not an evident solution in analytical terms. In steady state the resulting ODE can be solved by analytical methods, and in dynamic state the discretization of the PDE by finite differences allows for the overcoming of this difficulty. To estimate the contaminant concentrations in both phases in the column, a numerical algorithm was used. The high number of resulting algebraic equations and the impossibility of generating a recursive procedure did not allow the construction of a generalized programme. But an iterative procedure developed in an electronic worksheet allowed for the simulation. The solution is stable only for similar discretizations values. If different values for time/space discretization parameters are used, the solution easily becomes unstable. The system dynamic behaviour was simulated for the common liquid phase perturbations: step, impulse, rectangular pulse and sinusoidal. The final results do not configure strange or non-predictable behaviours.

A municipal level approach to the management of schistosomiasis control in Peri-Peri, MG, Brazil

A schistosomiasis control program was implemented between 1974/87 in Peri-Peri,. MG (622 inhabitants). Molluscicide (niclosamide) was applied at three monthly intervals in water sources with Biomphalaria glabrata, and individuals eliminating Schistosoma mansoni eggs in the feces were treated annually with oxamniquine. From 1974 to 1983 the control measures were undertaken by staff of the "René Rachou" Research Center FIOCRUZ (CPqRR), and from 1984 to 1987 these measures were included in the Capim Branco basic health network activities. During both periods, the prevalence, incidence, intensity of infection and hepatosplenic form as well as the number of infected snails decreased significantly. The prevalence decreased from 43.5 to 4.4%, the incidence from 19.0 to 2.9%, the overall intensity of S. mansoni from 281 to 87 and of the hepatosplenic form from 5.9 to 0.0%. The results obtained suggest that the municipal management of control measures was as effective as the vertical program conducted by CPqRR staff.

An automated maneuver control framework for a remotely operated vehicle

OCEANS, 2001. MTS/IEEE Conference and Exhibition (Volume:2 )

A control framework for a remotely operated vehicle

A control framework enabling the automated maneuvering of a Remotely Operate Vehicle (ROV) is presented. The control architecture is structured according to the principle of composition of vehicle motions from a minimal set of elemental maneuvers that are designed and verified independently. The principled approach is based on distributed hybrid systems techniques, and spans integrated design, simulation and implementation as the same model is used throughout. Hybrid systems control techniques are used to synthesize the elemental maneuvers and to design protocols, which coordinate the execution of elemental maneuvers within a complex maneuver. This work is part of the Inspection of Underwater Structures (IES) project whose main objective is the implementation of a ROV-based system for the inspection of underwater structures.

A study on reducing digital piracy: an analytical network process approach with benefits, opportunities, costs and risks analysis

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia e Gestão Industrial

Acute Kidney Injury after Pediatric Cardiac Surgery: Risk Factors and Outcomes. Proposal for a Predictive Model

Objectives: To characterize the epidemiology and risk factors for acute kidney injury (AKI) after pediatric cardiac surgery in our center, to determine its association with poor short-term outcomes, and to develop a logistic regression model that will predict the risk of AKI for the study population. Methods: This single-center, retrospective study included consecutive pediatric patients with congenital heart disease who underwent cardiac surgery between January 2010 and December 2012. Exclusion criteria were a history of renal disease, dialysis or renal transplantation. Results: Of the 325 patients included, median age three years (1 day---18 years), AKI occurred in 40 (12.3%) on the first postoperative day. Overall mortality was 13 (4%), nine of whom were in the AKI group. AKI was significantly associated with length of intensive care unit stay, length of mechanical ventilation and in-hospital death (p<0.01). Patients’ age and postoperative serum creatinine, blood urea nitrogen and lactate levels were included in the logistic regression model as predictor variables. The model accurately predicted AKI in this population, with a maximum combined sensitivity of 82.1% and specificity of 75.4%. Conclusions: AKI is common and is associated with poor short-term outcomes in this setting. Younger age and higher postoperative serum creatinine, blood urea nitrogen and lactate levels were powerful predictors of renal injury in this population. The proposed model could be a useful tool for risk stratification of these patients.

Aconselhamento médico na prevenção da doença e promoção da saúde : análise a propósito do consumo de tabaco

RESUMO - O consumo de tabaco foi responsável por 100 milhões de mortes no século XX. Apesar dos grandes avanços alcançados no controlo deste problema a nível mundial, sob os auspícios da OMS, no contexto da Convenção-Quadro para o Controlo do Tabaco da OMS, se não forem adoptadas medidas consistentes e efectivas de saúde pública, a morbi-mortalidade que lhe está associada continuará a aumentar durante o presente século. A promoção da cessação tabágica constitui a estratégia populacional que permitirá obter ganhos em saúde a mais curto prazo. Embora a larga maioria dos fumadores faça, ao longo da vida, várias tentativas para parar de fumar sem apoio, apenas uma pequena minoria consegue manter-se abstinente a longo prazo. Os médicos de Medicina Geral e Familiar são, de entre todos os profissionais de saúde, os que podem intervir de modo mais consistente e efectivo neste âmbito e que melhores resultados obtêm na cessação tabágica dos pacientes fumadores, dado o vínculo terapêutico e a interacção frequente e continuada que com eles estabelecem ao longo do seu ciclo de vida. O aconselhamento breve, tendo por base a adopção de um estilo de comunicação motivacional centrado no paciente, adaptado aos estádios de mudança comportamental, tem-se revelado efectivo no apoio à mudança de comportamentos relacionados com a saúde e à resolução da ambivalência que caracteriza este processo. A revisão de literatura evidenciou o facto de os médicos nem sempre intervirem nas áreas preventivas e de promoção da saúde, em particular na área da cessação tabágica, com o investimento e a continuidade desejáveis. Por outro lado, muitos pacientes fumadores referem nunca ter sido aconselhados pelo seu médico a deixar de fumar.. Não são conhecidos estudos de âmbito nacional que permitam conhecer esta realidade, bem como os factores associados às melhores práticas de intervenção ou as barreiras sentidas pelos médicos de MGF à actuação nesta área. O presente trabalho teve como objectivos: (i) avaliar a hipótese de que os médicos que disseram adoptar o método clínico centrado no paciente teriam atitudes mais favoráveis relativamente à cessação tabágica e uma maior probabilidade de aconselhar os seus pacientes a parar de fumar; (ii) estudar a relação entre as atitudes, a percepção de auto-eficácia, a expectativa de efectividade e as práticas de aconselhamento sobre cessação tabágica, auto-referidas pelos médicos; (iii) Identificar as variáveis preditivas da adopção de intervenções breves de aconselhamento adaptadas ao estádio de mudança comportamental dos pacientes fumadores; (iv) identificar as barreiras e os incentivos à adopção de boas práticas de aconselhamento nesta área. A população de estudo foi constituída pelo total de médicos de medicina geral e familiar inscritos na Associação Portuguesa de Médicos de Clínica Geral, residentes em Portugal. Para recolha de informação, foi utilizado um questionário de resposta anónima, de autopreenchimento, aplicado por via postal a 2942 médicos, em duas séries de envio. O questionário integrou perguntas fechadas, semifechadas, escalas de tipo Likert e escalas de tipo visual analógico. Para avaliação da adopção do método clínico centrado no paciente, foi usada a Patient Practitioner Orientation Scale (PPOS). O tratamento estatístico dos dados foi efectuado com o Programa PASW Statistics (ex-SPSS), versão 18. Foram utilizados: o índice de α de Cronbach, diversos testes não paramétricos e a análise de regressão logística binária. Foi obtida uma taxa de resposta de 22,4%. Foram analisadas 639 respostas (67,4% de mulheres e 32,6% de homens). Referiram ser fumadores 23% dos homens e 14% das mulheres. Foi identificada uma grande carência formativa em cessação tabágica, tendo apenas 4% dos médicos afirmado não necessitar de formação nesta área. Responderam necessitar de formação em entrevista motivacional 66%, em prevenção da recaída 59%, de treino numa consulta de apoio intensivo 55%, em intervenção breve 54% e em terapêutica farmacológica 55%. Cerca de 92% dos respondentes consideraram que o aconselhamento para a cessação tabágica é uma tarefa que faz parte das suas atribuições, mas apenas 76% concordaram totalmente com a realização de uma abordagem oportunística deste assunto em todos os contactos com os seus pacientes. Como prática mais frequente, perante um paciente em preparação para parar, 85% dos médicos disseram tomar a iniciativa de aconselhar, 79% avaliar a motivação, 67% avaliar o grau de dependência, 60% marcar o “dia D” e 50% propor terapêutica farmacológica. Apenas 21% assumiram realizar com frequência uma intervenção breve com pacientes em preparação (5 Ás); 13% uma intervenção motivacional com pacientes não motivados para mudar (5 Rs) e 20% uma intervenção segundo os princípios da entrevista motivacional, relativamente a pacientes ambivalentes em relação à mudança. A análise multivariada de regressão logística permitiu concluir que as variáveis com maior influência na decisão de aconselhar os pacientes sobre cessação tabágica foram a percepção de auto-eficácia, o nível de atitudes negativas, a adopção habitual do Programa-tipo de cessação tabágica da DGS, a posse de formação específica nesta área e a não identificação de barreiras ao aconselhamento, em particular organizacionais ou ligadas ao processo de comunicação na consulta. Embora se tenha confirmado a existência de associação entre a adopção do método clínico centrado no paciente e as atitudes face à cessação tabágica, não foi possível confirmar plenamente a associação entre a adopção deste método e as práticas autoreferidas de aconselhamento. Os médicos que manifestaram um nível baixo ou moderado de atitudes negativas, uma percepção elevada de auto-eficácia, que nunca fumaram, que referiram adoptar o Programa-tipo de cessação tabágica e que não identificaram barreiras organizacionais apresentaram uma maior probabilidade de realizar uma intervenção breve (“5 Ás”) de aconselhamento de pacientes fumadores em preparação para parar de fumar. Nunca ter fumado apresentou-se associado a uma probabilidade de realizar uma intervenção breve (“5 Ás”) com frequência, superior à verificada entre os médicos que referiram ser fumadores (Odds-ratio ajustado = 2,6; IC a 95%: 1,1; 5,7). Os médicos com o nível de auto-eficácia no aconselhamento mais elevado apresentaram uma probabilidade superior à encontrada entre os médicos com o menor nível de auto-eficácia de realizar com frequência uma intervenção breve de aconselhamento, integrando as cinco vertentes dos “5 Ás” (Odds ratio ajustado = 2,6; IC a 95%: 1,3; 5,3); de realizar uma intervenção motivacional breve com fumadores renitentes a parar de fumar (Odds ratio ajustado = 3,1; IC a 95%: 1,4; 6,5) ou de realizar com frequência uma intervenção motivacional com pacientes em estádio de ambivalência (Odds ratio = 8,8; IC a 95%: 3,8; 19,9). A falta de tempo, a falta de formação específica e a falta de equipa de apoio foram as barreiras ao aconselhamento mais citadas. Como factores facilitadores de um maior investimento nesta área, cerca de 60% dos médicos referiram a realização de um estágio prático de formação; 57% a possibilidade de dispor do apoio de outros profissionais; cerca de metade a melhoria da sua formação teórica. Cerca de 25% dos médicos investiria mais em cessação tabágica se dispusesse de um incentivo financeiro e 20% se os pacientes demonstrassem maior interesse em discutir o assunto ou existisse uma maior valorização desta área por parte dos colegas e dos órgãos de gestão. As limitações de representatividade da amostra, decorrentes da taxa de resposta obtida, impõem reservas à possibilidade de extrapolação destes resultados para a população de estudo, sendo de admitir que os respondentes possam corresponder aos médicos mais interessados por este tema e que optam por não fumar. Outra importante limitação advém do facto de não ter sido estudada a vertente relativa aos pacientes, no que se refere às suas atitudes, percepções e expectativas quanto à actuação do médico neste campo. Pesem embora estas limitações, os resultados obtidos revelaram uma grande perda de oportunidades de prevenção da doença e de promoção da saúde. Parece ter ficado demonstrada a importante influência que as atitudes, em especial as negativas, e as percepções, em particular a percepção de auto-eficácia, podem exercer sobre as práticas de aconselhamento auto-referidas. Todavia, será necessário aprofundar os resultados agora encontrados com estudos de natureza qualitativa, que permitam compreender melhor, por um lado, as percepções, expectativas e necessidades dos pacientes, por outro, as estratégias de comunicação que deverão ser adoptadas pelo médico, atendendo à complexidade do problema e ao tempo disponível na consulta, tendo em vista aumentar a literacia dos pacientes para uma melhor autogestão da sua saúde. Parece ter ficado igualmente patente a grande carência formativa neste domínio. A adopção do modelo biomédico como paradigma da formação médica pré e pós-graduada, proposto, há precisamente cem anos, por Flexner, tem contribuído para a desvalorização das componentes psicoemocionais e sociais dos fenómenos de saúde e de doença, assim como para criar clivagens entre cuidados curativos e preventivos e entre medicina geral e familiar e saúde pública. Porém, o actual padrão de saúde/doença próprio das sociedades desenvolvidas, caracterizado por “pandemias” de doenças crónicas e incapacitantes, determinadas por factores de natureza sociocultural e comportamental, irá obrigar certamente à revisão daquele paradigma e à necessidade de se (re)adoptarem os grandes princípios Hipocráticos de compreensão dos processos de saúde/doença e do papel da medicina.