Some applications 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, due to the progress in the area of chaos that revealed subtle relationships with the FC concepts. In the field of dynamical systems theory some work has been carried out but the proposed models and algorithms are still in a preliminary stage of establishment. Having these ideas in mind, the paper discusses FC in the study of system dynamics and control. In this perspective, this paper investigates the use of FC in the fields of controller tuning, legged robots, redundant robots, heat diffusion, and digital circuit synthesis.

Unified cooperative location system

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

2D PCA-Based localization for mobile robots in unstructured environments

In this paper a new PCA-based positioning sensor and localization system for mobile robots to operate in unstructured environments (e. g. industry, services, domestic ...) is proposed and experimentally validated. The inexpensive positioning system resorts to principal component analysis (PCA) of images acquired by a video camera installed onboard, looking upwards to the ceiling. This solution has the advantage of avoiding the need of selecting and extracting features. The principal components of the acquired images are compared with previously registered images, stored in a reduced onboard image database, and the position measured is fused with odometry data. The optimal estimates of position and slippage are provided by Kalman filters, with global stable error dynamics. The experimental validation reported in this work focuses on the results of a set of experiments carried out in a real environment, where the robot travels along a lawn-mower trajectory. A small position error estimate with bounded co-variance was always observed, for arbitrarily long experiments, and slippage was estimated accurately in real time.

Hand gesture recognition system based in computer vision and machine learning : applications on human-machine interaction

Sendo uma forma natural de interação homem-máquina, o reconhecimento de gestos implica uma forte componente de investigação em áreas como a visão por computador e a aprendizagem computacional. O reconhecimento gestual é uma área com aplicações muito diversas, fornecendo aos utilizadores uma forma mais natural e mais simples de comunicar com sistemas baseados em computador, sem a necessidade de utilização de dispositivos extras. Assim, o objectivo principal da investigação na área de reconhecimento de gestos aplicada à interacção homemmáquina é o da criação de sistemas, que possam identificar gestos específicos e usálos para transmitir informações ou para controlar dispositivos. Para isso as interfaces baseados em visão para o reconhecimento de gestos, necessitam de detectar a mão de forma rápida e robusta e de serem capazes de efetuar o reconhecimento de gestos em tempo real. Hoje em dia, os sistemas de reconhecimento de gestos baseados em visão são capazes de trabalhar com soluções específicas, construídos para resolver um determinado problema e configurados para trabalhar de uma forma particular. Este projeto de investigação estudou e implementou soluções, suficientemente genéricas, com o recurso a algoritmos de aprendizagem computacional, permitindo a sua aplicação num conjunto alargado de sistemas de interface homem-máquina, para reconhecimento de gestos em tempo real. A solução proposta, Gesture Learning Module Architecture (GeLMA), permite de forma simples definir um conjunto de comandos que pode ser baseado em gestos estáticos e dinâmicos e que pode ser facilmente integrado e configurado para ser utilizado numa série de aplicações. É um sistema de baixo custo e fácil de treinar e usar, e uma vez que é construído unicamente com bibliotecas de código. As experiências realizadas permitiram mostrar que o sistema atingiu uma precisão de 99,2% em termos de reconhecimento de gestos estáticos e uma precisão média de 93,7% em termos de reconhecimento de gestos dinâmicos. Para validar a solução proposta, foram implementados dois sistemas completos. O primeiro é um sistema em tempo real capaz de ajudar um árbitro a arbitrar um jogo de futebol robótico. A solução proposta combina um sistema de reconhecimento de gestos baseada em visão com a definição de uma linguagem formal, o CommLang Referee, à qual demos a designação de Referee Command Language Interface System (ReCLIS). O sistema identifica os comandos baseados num conjunto de gestos estáticos e dinâmicos executados pelo árbitro, sendo este posteriormente enviado para um interface de computador que transmite a respectiva informação para os robôs. O segundo é um sistema em tempo real capaz de interpretar um subconjunto da Linguagem Gestual Portuguesa. As experiências demonstraram que o sistema foi capaz de reconhecer as vogais em tempo real de forma fiável. Embora a solução implementada apenas tenha sido treinada para reconhecer as cinco vogais, o sistema é facilmente extensível para reconhecer o resto do alfabeto. As experiências também permitiram mostrar que a base dos sistemas de interação baseados em visão pode ser a mesma para todas as aplicações e, deste modo facilitar a sua implementação. A solução proposta tem ainda a vantagem de ser suficientemente genérica e uma base sólida para o desenvolvimento de sistemas baseados em reconhecimento gestual que podem ser facilmente integrados com qualquer aplicação de interface homem-máquina. A linguagem formal de definição da interface pode ser redefinida e o sistema pode ser facilmente configurado e treinado com um conjunto de gestos diferentes de forma a serem integrados na solução final.

Educational application of remote experimentation for mobile devices

In this article the authors describe the application development RExMobile and the importance of remote experimentation via mobile devices, especially smartphones simple, beyond the space provided for this application in education. The article deals the creation, software and hardware that provide an interactive and dynamic way to attract more students to use these experiments remote, serving as support to teachers to science teaching from its initial series. The ease and availability of smartphones, even these students of basic education, permits the reach of new users and in different places. Thus, the practice of remote experimentation in mobile devices enables new spaces for access and interaction. Are used for developing software free or low cost, HTML5 and jQuery Mobile framework, that enable the creation of pages compatible with different mobile operating systems such as iOS, Android, Windows Phone, some Symbian, among others. Also are demonstrated patterns layouts that allow greater accessibility.

Controling delayed transitions with applications to prevent single species extinctions

A new method is proposed to control delayed transitions towards extinction in single population theoretical models with discrete time undergoing saddle-node bifurcations. The control method takes advantage of the delaying properties of the saddle remnant arising after the bifurcation, and allows to sustain populations indefinitely. Our method, which is shown to work for deterministic and stochastic systems, could generally be applied to avoid transitions tied to one-dimensional maps after saddle-node bifurcations.

Linux based mobile: operating systems

Trabalho de Projeto para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Informática e de Computadores

Sistema Multi-Agente de prestação de serviços de seguimento adaptados aos requisitos do utilizador

Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores - Área de Especialização de Telecomunicações

Discretization of complex-order algorithms for control applications

In this article we describe several methods for the discretization of the differintegral operator sa, where α = u + jv is a complex value. The concept of the conjugated-order differintegral is also introduced, which enables the use of complex-order differintegrals while still producing real-valued time responses and transfer functions. The performance of the resulting approximations is analysed in both the time and frequency domains. Several results are presented that demonstrate its utility in control system design.

Remote and mobile experimentation: pushing the boundaries of an ubiquitous learning place

Concepts like E-learning and M-learning are changing the traditional learning place. No longer restricted to well-defined physical places, education on Automation and other Engineering areas is entering the so-called ubiquitous learning place, where even the more practical knowledge (acquired at lab classes) is now moving into, due to emergent concepts such as Remote Experimentation or Mobile Experimentation. While Remote Experimentation is traditionally regarded as the remote access to real-world experiments through a simple web browser running on a PC connected to the Internet, Mobile Experimentation may be seen as the access to those same (or others) experiments, through mobile devices, used in M-learning contexts. These two distinct client types (PCs versus mobile devices) pose specific requirements for the remote lab infrastructure, namely the ability to tune the experiment interface according to the characteristics (e.g. display size) of the accessing device. This paper addresses those requirements, namely by proposing a new architecture for the remote lab infrastructure able to accommodate both Remote and Mobile Experimentation scenarios.

EduMCA: an approach to Educational Mobile Content Adaptation

As the variety of mobile devices connected to the Internet growts there is a correponding increase in the need to deliver content tailored to their heterogeneous characteristics. At the same time, we watch to the increase of e-learning in universities through the adoption of electronic platforms and standards. Not surprisingly, the concept of mLearning (Mobile Learning) appeared in recent years decreasing the limitation of learning location with the mobility of general portable devices. However, this large number and variety of Web-enabled devices poses several challenges for Web content creators who want to automatic get the delivery context and adapt the content to the client mobile devices. In this paper we analyze several approaches to defining delivery context and present an architecture for deliver uniform mLearning content to mobile devices denominated eduMCA - Educational Mobile Content Adaptation. With the eduMCA system the Web authors will not need to create specialized pages for each kind of device, since the content is automatically transformed to adapt to any mobile device capabilities from WAP to XHTML MP-compliant devices.