Approximating fractional derivatives in the perspective of system control

The theory of fractional calculus goes back to the beginning of the theory of differential calculus, but its application received attention only recently. In the area of automatic control some work was developed, but the proposed algorithms are still in a research stage. This paper discusses a novel method, with two degrees of freedom, for the design of fractional discrete-time derivatives. The performance of several approximations of fractional derivatives is investigated in the perspective of nonlinear system control.

Fractional control of heat diffusion systems

The concept of differentiation and integration to non-integer order has its origins in the seventeen century. However, only in the second-half of the twenty century appeared the first applications related to the area of control theory. In this paper we consider the study of a heat diffusion system based on the application of the fractional calculus concepts. In this perspective, several control methodologies are investigated and compared. Simulations are presented assessing the performance of the proposed fractional-order algorithms.

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.

Fractional dynamics in the trajectory control of redundant manipulators

Under the pseudoinverse control, robots with kinematical redundancy exhibit an undesirable chaotic joint motion which leads to an erratic behavior. This paper studies the complexity of fractional dynamics of the chaotic response. Fourier and wavelet analysis provides a deeper insight, helpful to know better the lack of repeatability problem of redundant manipulators. This perspective for the study of the chaotic phenomena will permit the development of superior trajectory control algorithms.

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.

Optimal fuzzy PID control tuned with genetic algorithms

Fuzzy logic controllers (FLC) are intelligent systems, based on heuristic knowledge, that have been largely applied in numerous areas of everyday life. They can be used to describe a linear or nonlinear system and are suitable when a real system is not known or too difficult to find their model. FLC provide a formal methodology for representing, manipulating and implementing a human heuristic knowledge on how to control a system. These controllers can be seen as artificial decision makers that operate in a closed-loop system, in real time. The main aim of this work was to develop a single optimal fuzzy controller, easily adaptable to a wide range of systems – simple to complex, linear to nonlinear – and able to control all these systems. Due to their efficiency in searching and finding optimal solution for high complexity problems, GAs were used to perform the FLC tuning by finding the best parameters to obtain the best responses. The work was performed using the MATLAB/SIMULINK software. This is a very useful tool that provides an easy way to test and analyse the FLC, the PID and the GAs in the same environment. Therefore, it was proposed a Fuzzy PID controller (FL-PID) type namely, the Fuzzy PD+I. For that, the controller was compared with the classical PID controller tuned with, the heuristic Ziegler-Nichols tuning method, the optimal Zhuang-Atherton tuning method and the GA method itself. The IAE, ISE, ITAE and ITSE criteria, used as the GA fitness functions, were applied to compare the controllers performance used in this work. Overall, and for most systems, the FL-PID results tuned with GAs were very satisfactory. Moreover, in some cases the results were substantially better than for the other PID controllers. The best system responses were obtained with the IAE and ITAE criteria used to tune the FL-PID and PID controllers.

Application of a control banding tool for risk level assessment and control of nanoparticles exposure in welding operations

Scope of study: welding operations result in harmful emissions of nanoparticles; the aim of emissions monitorisation is to evaluate exposure levels and to derive protection measures in order to protect exposed workers; however, the traditional approach of comparing measured concentrations with exposure limits cannot be used; but risk levels can be quantified by using Control Banding Strategies.

Direct torque control em máquinas assíncronas

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

Testes de endurance do tronco: diferenças entre indivíduos com e sem dor lombo-pélvica e o efeito de programas de exercício de controlo motor

Introdução: em indivíduos com dor lombo-pélvica (LPP), parece existir uma alteração de controlo motor e diminuição da endurance dos músculos do tronco. A realização de exercícios de controlo motor pode melhorar a endurance dessa musculatura e consequentemente o controlo motor. Objetivos: detetar diferenças nos tempos e rácios de endurance dos músculos do tronco em indivíduos com e sem dor lombo-pélvica e avaliar o efeito de dois programas de exercícios de controlo motor (segundo Richardson e segundo McGill) nos mesmos outcomes em indivíduos com LPP. Métodos: estudo transversal com uma amostra de 111 indivíduos, 52 para o grupo sem dor (NLPP) e 59 para o com LPP e estudo experimental, constituído pelos indivíduos LPP (59), alocados nos grupos de Pilates (20), McGill (20) ou no grupo controlo (19). Avaliaramse os tempos obtidos nos testes de endurance para os músculos extensores, flexores, flexores laterais direitos e esquerdos do tronco e respetivos rácios, tendo em conta o modelo de McGill. As avaliações dos grupos do estudo experimental realizaram-se antes e após as 8 semanas de exercício. Resultados: os indivíduos com LPP apresentaram tempos e rácios de endurance significativamente inferiores aos indivíduos NLPP (p<0.001). Após as 8 semanas de exercício, registaram-se diferenças estatisticamente significativas entre os grupos em todos os testes de endurance, sendo que o grupo de McGill apresentou tempos significativamente superiores aos do grupo de Pilates para os músculos flexores (p=0.001), flexores laterais direitos (p=0.002) e esquerdos (p=0.009). Quanto aos rácios de endurance, não se detetaram apenas diferenças estatisticamente significativas no rácio flexão lateral esquerda/extensão. Conclusão: os indivíduos com LPP apresentaram tempos e rácios de endurance do tronco inferiores aos dos indivíduos sem dor. Ambos os programas de exercícios melhoraram os tempos e os rácios de endurance, tendo existido uma tendência para melhores resultados na abordagem segundo McGill

Testes de resistência, flexibilidade, e ativação/controlo muscular da região lombo pélvica em futebolistas amadores com e sem dor lombar

Introdução: A dor lombar é comum manifestar-se em atletas de futebol, pelo que se torna importante utilizar testes clínicos como forma de detetar alterações que estejam associadas à presença de dor lombar. Objetivo: Identificar a relação entre a presença de dor lombar e os testes de resistência, flexibilidade e ativação/controlo muscular da região lombo pélvica em futebolistas com e sem dor lombar. Métodos: Realizou-se o presente estudo transversal numa amostra de 25 futebolistas amadores, dos quais 8 apresentavam dor lombar. Foi avaliada a resistência e os rácios dos músculos globais do tronco, a flexibilidade dos flexores e extensores da anca bem como a ativação/controlo dos músculos transverso do abdómen e multífidos. Resultados: Os atletas com lombalgia apresentaram uma diminuição significativa do tempo de resistência muscular dos vários grupos musculares do tronco e da flexibilidade muscular comparativamente aos atletas sem lombalgia. Foi também identificado um aumento significativo no rácio flexores/extensores do tronco. Relativamente aos testes de ativação muscular, não foram encontradas associações com a presença de dor lombar. Conclusão: A aplicação de testes de resistência e flexibilidade parece diferenciar os indivíduos com e sem dor lombar, não se tendo verificado o mesmo quanto à ativação do transverso do abdómen e dos multífidos.

Reorganização do stiffness em indivíduos com Acidente Vascular Encefálico face à intervenção em fisioterapia. Repercussões no levantar e na marcha

Introdução: A organização estrutural e funcional do sistema nervoso face à organização dos diferentes tipos de input, no âmbito da intervenção em fisioterapia, pode potenciar um controlo postural para a regulação do stiffness e com repercussões na marcha e no levantar. Objetivo: Descrever o comportamento do stiffness da tibiotársica no movimento de dorsiflexão, no membro inferior ispi e contralesional, em indivíduos após Acidente Vascular Encefálico, face a uma intervenção em fisioterapia baseada num processo de raciocínio clínico. Pretendeu-se também observar as modificações ocorridas no âmbito da atividade electromiográfica dos flexores plantares, gastrocnémio medial e solear, durante a marcha e o levantar. Métodos: Foi implementado um programa de reabilitação em 4 indivíduos com sequelas de AVE por um período de 3 meses, tendo sido avaliados no momento inicial e final (M0 e M1). O torque e a amplitude articular da tibiotársica foi monitorizada, através do dinamómetro isocinético, durante o movimento passivo de dorsiflexão, e o nível de atividade eletromiográfica registado, através de electomiografia de superfície, no solear e gastrocnémio medial. Foram estudadas as fases de aceitação de carga no STS (fase II) e na marcha (sub-fase II). Resultados: Em todos os indivíduos em estudo verificou-se que o stiffness apresentou uma modificação no sentido da diminuição em todas as amplitudes em M1. O nível de atividade eletromiográfica teve comportamentos diferentes nos vários indivíduos. Conclusão: O stiffness apontou para uma diminuição nos indivíduos em estudo entre M0 e M1. Foram registadas modificações no nível de atividade eletromiográfica sem que seja possível identificar uma tendência clara entre os dois momentos para esta variável.

Hidatidosis humana: ecografía de campo para la determinación de grupos de alto riesgo en la evaluación de un programa de control

El desarrollo de equipos ultrasonográficos portátiles ha permitido incorporar esta técnica a los métodos de detección precoz de la Hidatidosis Humana. En esta experiência fueron efectuadas 690 ecografias, hallándose un 5.51% de imágenes compatibles en población general y un 12.24% en grupos de riesgo (convivientes de casos operados). Se observo una disminución significativa de los porcentajes de infección en el hombre en población general en Ias áreas bajo programa de control, utilizándose Ias encuestas ecográficas para esta determinación. Se concluyó sobre la posibilidad de incorporar la ecografía a los sistemas de vigilância epidemiológica de la hidatidosis humana.

Design of New Materials for Passive Vibration Control

The objective of this contribution is to extend the models of cellular/composite material design to nonlinear material behaviour and apply them for design of materials for passive vibration control. As a first step a computational tool allowing determination of optimised one-dimensional isolator behaviour was developed. This model can serve as a representation for idealised macroscopic behaviour. Optimal isolator behaviour to a given set of loads is obtained by generic probabilistic metaalgorithm, simulated annealing. Cost functional involves minimization of maximum response amplitude in a set of predefined time intervals and maximization of total energy absorbed in the first loop. Dependence of the global optimum on several combinations of leading parameters of the simulated annealing procedure, like neighbourhood definition and annealing schedule, is also studied and analyzed. Obtained results facilitate the design of elastomeric cellular materials with improved behaviour in terms of dynamic stiffness for passive vibration control.

Schistosomiasis mansoni in an area of low transmission: I. impact of control measures

This work was undertaken in the municipality of Pedro de Toledo (São Paulo State, Brazil) in 1987, to clarify aspects related to the transmission levels of Schistosoma mansoni in a human population where the snail host is Biomphalaria tenagophila. Since 1980 a control programme has been undertaken in this municipality. Urban and rural populations (4,719 subjects) were submitted to faecal examinations (Kato-Katz method). The overall prevalence rate was 4.8% being higher in males (6.2%) and also in the rural zone (5.8%). The geometric mean of S. mansoni eggs was 35.1 eggs per gramme of faeces (epg). Approximately 80.0% of the carriers presented less than 100 epg and only 20 individuals (9.0%) eliminated more than half of total eggs. The highest index of potencial contamination (IPC) was in the age group of 5 to 20 years (57.6%). Two thirds of the investigated patients (207) were autochthonous of Pedro de Toledo. The geographical distribution of the carriers showed a clear aggregation of the autochthonous cases and a close association between human contact sites and breeding places of B. tenagophila. This study shows that schistosomiasis subjects were not randomly aggregated, the youngsters should be the main target in the prophylaxis, and the efficacy of the control programme.