Design and construction of a portable force-reflecting manual controller for teleoperation systems

A man-machine system called teleoperator system has been developed to work in hazardous environments such as nuclear reactor plants. Force reflection is a type of force feedback in which forces experienced by the remote manipulator are fed back to the manual controller. In a force-reflecting teleoperation system, the operator uses the manual controller to direct the remote manipulator and receives visual information from a video image and/or graphical animation on the computer screen. This thesis presents the design of a portable Force-Reflecting Manual Controller (FRMC) for the teleoperation of tasks such as hazardous material handling, waste cleanup, and space-related operations. The work consists of the design and construction of a prototype 1-Degree-of-Freedom (DOF) FRMC, the development of the Graphical User Interface (GUI), and system integration. Two control strategies - PID and fuzzy logic controllers are developed and experimentally tested. The system response of each is analyzed and evaluated. In addition, the concept of a telesensation system is introduced, and a variety of design alternatives of a 3-DOF FRMC are proposed for future development.

Sistema fuzzy para estimativa do bem-estar de matrizes pesadas

Entender o comportamento e suas pequenas variações decorrentes das mudanças do ambiente térmico e desenvolver modelos que simulem o bem-estar a partir de respostas das aves ao ambiente constituem o primeiro passo para a criação de um sistema de monitoramento digital de aves em galpões de produção. Neste trabalho, foi desenvolvido um sistema de suporte à decisão com base na teoria dos conjuntos fuzzy para a estimativa do bem-estar de matrizes pesadas em função de frequências e duração dos comportamentos expressos pelas aves. O desenvolvimento do sistema passou por cinco etapas distintas: 1) organização dos dados experimentais; 2) apresentação dos vídeos em entrevista com especialista; 3) criação das funções de pertinência com base nas entrevistas e na revisão da literatura; 4) simulação de frequências de ocorrências e tempos médios de expressão dos comportamentos classificados como indicadores de bem-estar utilizando equações de regressão obtidas na literatura, e 5) construção das regras, simulação e validação do sistema. O sistema fuzzy desenvolvido estimou satisfatoriamente o bem-estar de matrizes pesadas, tendo na sua última versão, com maior número de regras, acertado 77,8% dos dados experimentais, comparados com as respostas esperadas por um especialista. O sistema pode ser utilizado como instrumento matemático-computacional para apoiar decisões em galpões de produção de matrizes pesadas.

A fuzzy reed-frost model for epidemic spreading

In this paper, we present a fuzzy approach to the Reed-Frost model for epidemic spreading taking into account uncertainties in the diagnostic of the infection. The heterogeneities in the infected group is based on the clinical signals of the individuals (symptoms, laboratorial exams, medical findings, etc.), which are incorporated into the dynamic of the epidemic. The infectivity level is time-varying and the classification of the individuals is performed through fuzzy relations. Simulations considering a real problem with data of the viral epidemic in a children daycare are performed and the results are compared with a stochastic Reed-Frost generalization

Power Transformer Differential Protection Based on Clarke`s Transform and Fuzzy Systems

The power transformer is a piece of electrical equipment that needs continuous monitoring and fast protection since it is very expensive and an essential element for a power system to perform effectively. The most common protection technique used is the percentage differential logic, which provides discrimination between an internal fault and different operating conditions. Unfortunately, there are some operating conditions of power transformers that can affect the protection behavior and the power system stability. This paper proposes the development of a new algorithm to improve the differential protection performance by using fuzzy logic and Clarke`s transform. An electrical power system was modeled using Alternative Transients Program (ATP) software to obtain the operational conditions and fault situations needed to test the algorithm developed. The results were compared to a commercial relay for validation, showing the advantages of the new method.

Combined heuristic with fuzzy system to transmission system expansion planning

A heuristic algorithm that employs fuzzy logic is proposed to the power system transmission expansion planning problem. The algorithm is based on the divide to conquer strategy, which is controlled by the fuzzy system. The algorithm provides high quality solutions with the use of fuzzy decision making, which is based on nondeterministic criteria to guide the search. The fuzzy system provides a self-adjusting mechanism that eliminates the manual adjustment of parameters to each system being solved. (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.

Fuzzy risk index for power transformer failures due to external short-circuits

A novel methodology to assess the risk of power transformer failures caused by external faults, such as short-circuit, taking the paper insulation condition into account, is presented. The risk index is obtained by contrasting the insulation paper condition with the probability that the transformer withstands the short-circuit current flowing along the winding during an external fault. In order to assess the risk, this probability and the value of the degree of polymerization of the insulating paper are regarded as inputs of a type-2 fuzzy logic system (T2-FLS), which computes the fuzzy risk level. A Monte Carlo simulation has been used to find the survival function of the currents flowing through the transformer winding during a single-phase or a three-phase short-circuit. The Roy Billinton Test System and a real power system have been used to test the results. (C) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

MODELLING AND CONTROL OF ERSW PROCESSES BY NEURONAL NETWORK

A study on the use of artificial intelligence (AI) techniques for the modelling and subsequent control of an electric resistance spot welding process (ERSW) is presented. The ERSW process is characterized by the coupling of thermal, electrical, mechanical, and metallurgical phenomena. For this reason, early attempts to model it using computational methods established as the methods of finite differences, finite element, and finite volumes, ask for simplifications that lead the model obtained far from reality or very costly in terms of computational costs, to be used in a real-time control system. In this sense, the authors have developed an ERSW controller that uses fuzzy logic to adjust the energy transferred to the weld nugget. The proposed control strategies differ in the speed with which it reaches convergence. Moreover, their application for a quality control of spot weld through artificial neural networks (ANN) is discussed.

A fuzzy Reed-Frost model for epidemic spreading

In this paper, we present a fuzzy approach to the Reed-Frost model for epidemic spreading taking into account uncertainties in the diagnostic of the infection. The heterogeneities in the infected group is based on the clinical signals of the individuals (symptoms, laboratorial exams, medical findings, etc.), which are incorporated into the dynamic of the epidemic. The infectivity level is time-varying and the classification of the individuals is performed through fuzzy relations. Simulations considering a real problem with data of the viral epidemic in a children daycare are performed and the results are compared with a stochastic Reed-Frost generalization.

Utilização da lógica fuzzy na geração de zonas de manejo

Este trabalho teve como objetivo utilizar a lógica fuzzy para geração de zonas de manejo, na área agrária e ambiental. Uma das aplicações consistiu da utilização do método fuzzy C-means, para geração de zonas de manejo para a cultura do mamoeiro, em um plantio comercial localizado em São Mateus-ES, com base em determinações realizadas através de amostragens e análises químicas do solo, considerando os atributos: P, K, Ca, Mg, e Saturação por bases (V%). Aplicou-se também a lógica fuzzy para desenvolver e executar um procedimento para dar suporte ao processo de tomada de decisões, envolvendo análise multicritério, gerando mapas de adequabilidade ao uso público e a conservação no Parque Estadual da Cachoeira da Fumaça, no município de Alegre-ES, considerando como fatores a localização da cachoeira, o uso do solo, os recursos hídricos, as trilhas, os locais de acessos, a infraestrutura, a declividade da área, e utilizando a abordagem de Sistema de Informações Geográficas para análise e combinação da base de dados. A partir das zonas de manejo geradas, foi possível explicar a variabilidade espacial dos atributos do solo na área de estudo da cultura do mamoeiro, e observa-se que as similaridades entre as zonas geradas, a partir de diferentes atributos, mostrou variação, mas observa-se uma influência nos dados, principalmente pelos atributos P e V. A partir do zoneamento da Unidade de Conservação foi possível selecionar áreas mais aptas ao ecoturismo, sendo encontradas próximas da cachoeira, trilhas em zonas de reflorestamento e de Mata Atlântica. Quanto às áreas propensas a medidas de conservação localizam-se próximas à cachoeira e às estruturas do parque, devido à maior pressão antrópica exercida nesses locais. Outras áreas que se destacaram, foram as áreas de pastagem, por estarem em estágio de regeneração natural. Os resultados indicam áreas de mesmo potencial de produção do mamoeiro, ou quando aplicado à área ambiental, áreas que devem receber maior cuidado para utilização por ecoturismo e para preservação e servem de base para a tomada de decisões, visando melhor aproveitamento da área.

Fuzzy linguistic model for evaluating the risk of neonatal death

OBJECTIVE: To introduce a fuzzy linguistic model for evaluating the risk of neonatal death. METHODS: The study is based on the fuzziness of the variables newborn birth weight and gestational age at delivery. The inference used was Mamdani's method. Neonatologists were interviewed to estimate the risk of neonatal death under certain conditions and to allow comparing their opinions and the model values. RESULTS: The results were compared with experts' opinions and the Fuzzy model was able to capture the expert knowledge with a strong correlation (r=0.96). CONCLUSIONS: The linguistic model was able to estimate the risk of neonatal death when compared to experts' performance.

Application of adaptive neuro-fuzzy inference for wind power short-term forecasting

The increased integration of wind power into the electric grid, as nowadays occurs in Portugal, poses new challenges due to its intermittency and volatility. Hence, good forecasting tools play a key role in tackling these challenges. In this paper, an adaptive neuro-fuzzy inference approach is proposed for short-term wind power forecasting. Results from a real-world case study are presented. A thorough comparison is carried out, taking into account the results obtained with other approaches. Numerical results are presented and conclusions are duly drawn. (C) 2011 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.

Power systems reliability calculation based on fuzzy data mining

This paper presents a methodology supported on the data base knowledge discovery process (KDD), in order to find out the failure probability of electrical equipments’, which belong to a real electrical high voltage network. Data Mining (DM) techniques are used to discover a set of outcome failure probability and, therefore, to extract knowledge concerning to the unavailability of the electrical equipments such us power transformers and high-voltages power lines. The framework includes several steps, following the analysis of the real data base, the pre-processing data, the application of DM algorithms, and finally, the interpretation of the discovered knowledge. To validate the proposed methodology, a case study which includes real databases is used. This data have a heavy uncertainty due to climate conditions for this reason it was used fuzzy logic to determine the set of the electrical components failure probabilities in order to reestablish the service. The results reflect an interesting potential of this approach and encourage further research on the topic.

Gestão do deslastre de cargas: Évora como caso de estudo

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica na Área de Especialização de Energia

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.

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