Construção de um robô trepador com locomoção através de rodas e adesão através de meios magnéticos

Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Aplicação de algoritmos genéticos para sintonia de controladores

Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Percepções de professores portugueses sobre educação sexual

OBJETIVO: Avaliar percepções e atitudes em relação à educação sexual entre professores portugueses do ensino básico e secundário. MÉTODOS: Participaram do estudo 371 professores de ambos os sexos, do segundo e terceiro ciclos e do ensino secundário do continente Português, entre Fevereiro e Março de 2006. A coleta de dados foi feita por meio de questionário, pela técnica bola de neve, constituído por duas partes; a primeira abordava dados sociodemográficos, caracterização profissional, crenças religiosas, formação e experiência em educação sexual em meio escolar. A segunda parte foi composta por escalas relativas a atitudes, importância atribuída a temas de educação sexual e nível de ensino para introduzir tópicos de educação sexual. A análise das diferenças entre géneros, entre professores com e sem experiência em educação sexual, e entre professores com e sem formação complementar na área foi efectuada pela análise de variância ANOVA. RESULTADOS: Os professores, no geral, revelaram quer atitude quer importância médias/altas em relação à educação sexual. Imagem corporal foi o único tópico que deveria ser introduzido no primeiro ciclo. As professoras [F(1;366)=7,772; p=0,006] por oposição aos professores, os professores com formação em educação sexual [F(1;351)=8,030; p=0,005], por oposição aos que não têm formação, e os com experiência em educação sexual em meio escolar [F(1;356)=30,836; p=0,000], por oposição aos sem experiência, revelaram uma atitude mais positiva em relação à educação sexual (M=39,5; 40,4; 41,3; respectivamente). Somente professores com mais formação atribuíram mais importância à educação sexual [F(1;351)=5,436;p=0,020] e as professoras propuseram introdução da educação sexual mais cedo [F(1;370)=5,412; p=0,021]. CONCLUSÕES: Os professores no geral são favoráveis à educação sexual em meio escolar. O fato de a maioria dos tópicos ficarem reservados para os segundo e terceiro ciclos pode não ser adequado, pois a educação sexual deve ser introduzida antes da manifestação de comportamentos sexuais.

Controlo por computador de um sistema de levitação magnética

Ao longo deste projecto são efectuados vários passos para a realização de um sistema de levitação magnética controlado por computador. O objectivo deste projecto é a levitação de um objecto de material ferromagnético. Para a sua realização foi essencialmente necessário um electroíman, que exerce a força electromagnética sobre a bola, um circuito de potência para accionar o electroíman, um circuito sensor constituído por um LDR e por fim, o circuito constituído pelo PIC 18F4550. Para a comunicação entre o sistema e o PC foi estabelecida a comunicação série RS232. No que concerne ao controlo do sistema, foi aplicado um controlador PD e um controlador em avanço, ambos projectados directamente no domínio digital, através do método do Lugar de raízes. Posteriormente foi desenvolvida uma interface gráfica em ambiente MATLAB, para comunicação, via RS232, entre o PC e o sistema.

Sistema para monitorização cardiovascular

Esta dissertação propõe o desenvolvimento de um sistema capaz de adquirir e monitorizar num computador o sinal do electrocardiograma (ECG) e de detectar o pico R do complexo QRS do referido sinal. Numa primeira fase foi efectuado um estudo do sistema cardiovascular, de forma a compreender a actividade eléctrica do coração e dos diversos sinais que constituem o ECG. Foi efectuado um estudo sobre o sinal ECG, tendo sido estudadas as suas características, bem como técnicas e componentes básicos de aquisição e condicionamento do sinal, sendo também analisados diversos sistemas que efectuam a aquisição de ECG. Numa segunda fase foram estudadas as Field Programmable Analog Array (FPAA), analisando o estado da arte desta tecnologia, bem como os dispositivos disponíveis comercialmente. Após esta análise foram seleccionados os dispositivos FPAA, bem como o restante hardware e software necessários para a realização desta Tese. Foi desenvolvido um sistema de condicionamento de sinal ECG, e de detecção de pico R do complexo QRS, apenas com componentes analógicos discretos tendo sido analisados os resultados obtidos antes de se avançar para a fase seguinte. Após a realização do sistema com componentes discretos, foi implementado um sistema em que grande parte do condicionamento do sinal ECG é efectuado por duas placas de desenvolvimento FPAA, de forma a diminuir a quantidade de componentes e a obter um sinal com melhor resolução. Os resultados obtidos foram analisados e comparados com o sistema desenvolvido. Para monitorizar o sinal ECG e o pico R num computador, foi desenvolvido um sistema em que os sinais são convertidos pelo conversor A/D de um microcontrolador, e enviados por comunicação série para um computador, sendo os valores obtidos visualizados numa aplicação em ambiente MATLAB.

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.

Removal of Cd(II), Zn(II) and Pb(II) from aqueous solutions by brown marine macro algae: kinetic modelling

Specific marine macro algae species abundant at the Portuguese coast (Laminaria hyperborea, Bifurcaria bifurcata, Sargassum muticum and Fucus spiralis) were shown to be effective for removing toxic metals (Cd(II), Zn(II) and Pb(II)) from aqueous solutions. The initial metal concentrations in solution were about 75–100 mg L−1. The observed biosorption capacities for cadmium, zinc and lead ions were in the ranges of 23.9–39.5, 18.6–32.0 and 32.3–50.4 mg g−1, respectively. Kinetic studies revealed that the metal uptake rate was rather fast, with 75% of the total amount occurring in the first 10 min for all algal species. Experimental data were well fitted by a pseudo-second order rate equation. The contribution of internal diffusion mechanism was significant only to the initial biosorption stage. Results indicate that all the studied macro algae species can provide an efficient and cost-effective technology for eliminating heavy metals from industrial effluents.

Desenvolvimento do sistema de controlo de um braço robotizado e respetiva interface com o utilizador

A robótica tem evoluído de forma significativa nos últimos anos e passa a ser indispensável em várias aplicações nas áreas da engenharia, aeronáutica, medicina, entre outras. O estado da arte do presente trabalho está dividido em duas partes, uma que aborda vários aspetos relacionados com a robótica e outra com os aspetos da fundamentação matemática por de trás da robótica, porque para controlar o robô é necessário implementar expressões matemáticas para o poder controlar. Neste trabalho é apresentado um sistema de controlo do braço robótico MENTOR e o desenvolvimento de uma interface para o utilizador. Para o controlo do braço robótico foi necessário calcular a cinemática direta e inversa, para que se possa obter os ângulos das juntas para uma dada posição ou qual é a posição final do braço robótico para um valor das juntas. O sistema é bastante flexível e foi desenvolvido para ser utilizado essencialmente para aprendizagem de robótica, podendo no entanto ser utilizado em outras aplicações.

Avaliação do desempenho ambiental de sistemas de tratamento de águas residuais urbanas com descarga em zonas costeiras

A avaliação de desempenho ambiental (ADA) consiste numa ferramenta de apoio à decisão, fornecendo elementos de medição, comparação e análise, de forma objectiva e com exactidão. No presente trabalho apresenta-se uma proposta de abordagem à ADA de estações de tratamento de águas residuais (ETAR) urbanas com descarga em zonas costeiras, através da utilização de indicadores ambientais. Reconhecendo-se a especificidade das águas costeiras como meio receptor de águas residuais urbanas tratadas, propõe-se um conjunto vasto de indicadores de desempenho ambiental e de indicadores de condição ambiental, destinados a avaliar o desempenho das ETAR. Procede-se seguidamente à aplicação da metodologia proposta a um conjunto de 80 ETAR localizadas na faixa costeira portuguesa, cujas descargas se localizam na área de influência de águas balneares, incluindo a análise de desempenhos negativos para o indicador de qualidade do meio receptor proposto. Recorreu-se a informação obtida junto das entidades gestoras das ETAR, entre 2003 e 2005, ao longo de duas fases, uma de inquérito e outra de visitas técnicas com amostragem e caracterização das águas residuais urbanas. Procede-se previamente ao estabelecimento do enquadramento legal relevante e à identificação dos instrumentos de planeamento que conformam as políticas seguidas no sector. Analisa-se o quadro conceptual dos sistemas de gestão ambiental e de avaliação do desempenho ambiental, identificando-se as principais abordagens existentes, quer as de carácter genérico, quer as específicas dos sectores da água e do saneamento. Por último, apresenta-se um conjunto de conclusões sobre as potencialidades de utilização e desenvolvimento da metodologia proposta, bem como sobre os resultados obtidos no exercício de aplicação. A metodologia proposta fornece um bom instrumento de avaliação do desempenho ambiental das ETAR, permitindo indiciar se estas poderão constituir uma fonte de problemas para a qualidade das águas balneares, requerendo, no entanto, abordagens complementares para a sua confirmação. O desempenho ambiental das ETAR tem registado uma evolução globalmente positiva mas carece ainda de melhorias em diversos domínios. Identificam-se como principais lacunas a dificuldade na obtenção de dados e a necessidade de desenvolver novos indicadores de estado do ambiente capazes de reflectir o nível de desempenho ambiental das ETAR. Por último, sugerem-se novas linhas de investigação, em continuação do estudo agora realizado.

ENCOURAGE architecture: support for heterogeneous smart grids

Our society relies on energy for most of its activities. One application domain inciding heavily on the energy budget regards the energy consumption in residential and non-residential buildings. The ever increasing needs for energy, resulting from the industrialization of developing countries and from the limited scalability of the traditional technologies for energy production, raises both problems and opportunities. The problems are related to the devastating effects of the greenhouse gases produced by the burning of oil and gas for energy production, and from the dependence of whole countries on companies providing gas and oil. The opportunities are mostly technological, since novel markets are opening for both energy production via renewable sources, and for innovations that can rationalize energy usage. An enticing research effort can be the mixing of these two aspects, by leveraging on ICT technologies to rationalize energy production, acquisition, and consumption. The ENCOURAGE project aims to develop embedded intelligence and integration technologies that will directly optimize energy use in buildings and enable active participation in the future smart grid environment.The primary application domains targeted by the ENCOURAGE project are non-residential buildings (e.g.: campuses) and residential buildings (e.g.: neighborhoods). The goal of the project is to achieve 20% of energy savings through the improved interoperability between various types of energy generation, consumption and storage devices; interbuilding energy exchange; and systematic performance monitoring.

Realization of fractional-order controllers: analysis, synthesis and application to the velocity control of a servo system

The synthesis and application of fractional-order controllers is now an active research field. This article investigates the use of fractional-order PID controllers in the velocity control of an experimental modular servo system. The systern consists of a digital servomechanism and open-architecture software environment for real-time control experiments using MATLAB/Simulink. Different tuning methods will be employed, such as heuristics based on the well-known Ziegler Nichols rules, techniques based on Bode’s ideal transfer function and optimization tuning methods. Experimental responses obtained from the application of the several fractional-order controllers are presented and analyzed. The effectiveness and superior performance of the proposed algorithms are also compared with classical integer-order PID controllers.

Fractional control of dynamic systems

The concepts involved with fractional calculus (FC) theory are applied in almost all areas of science and engineering. Its ability to yield superior modeling and control in many dynamical systems is well recognized. In this article, we will introduce the fundamental aspects associated with the application of FC to the control of dynamic systems.

Application of fractional calculus in engineering

Fractional Calculus (FC) goes back to the beginning of the theory of differential calculus. Nevertheless, the application of FC just emerged in the last two decades. It has been recognized the advantageous use of this mathematical tool in the modelling and control of many dynamical systems. Having these ideas in mind, this paper discusses a FC perspective in the study of the dynamics and control of several systems. The paper investigates the use of FC in the fields of controller tuning, legged robots, electrical systems and digital circuit synthesis.

Application of genetic algorithms in the design of an electrical potential of fractional order

Fractional calculus (FC) is currently being applied in many areas of science and technology. In fact, this mathematical concept helps the researches to have a deeper insight about several phenomena that integer order models overlook. Genetic algorithms (GA) are an important tool to solve optimization problems that occur in engineering. This methodology applies the concepts that describe biological evolution to obtain optimal solution in many different applications. In this line of thought, in this work we use the FC and the GA concepts to implement the electrical fractional order potential. The performance of the GA scheme, and the convergence of the resulting approximation, are analyzed. The results are analyzed for different number of charges and several fractional orders.

Control and dynamics of fractional order systems

Fractional Calculus (FC) goes back to the beginning of the theory of differential calculus. Nevertheless, the application of FC just emerged in the last two decades due to the progress in the area of nonlinear dynamics. This article discusses several applications of fractional calculus in science and engineering, namely: the control of heat systems, the tuning of PID controllers based on fractional calculus concepts and the dynamics in hexapod locomotion.