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.

Fragmentos de complexidade aplicados ao mercado financeiro

O aumento da complexidade do mercado financeiro tem sido relatado por Rajan (2005), Gorton (2008) e Haldane e May (2011) como um dos principais fatores responsáveis pelo incremento do risco sistêmico que culminou na crise financeira de 2007/08. O Bank for International Settlements (2013) aborda a questão da complexidade no contexto da regulação bancária e discute a comparabilidade da adequação de capital entre os bancos e entre jurisdições. No entanto, as definições dos conceitos de complexidade e de sistemas adaptativos complexos são suprimidas das principais discussões. Este artigo esclarece alguns conceitos relacionados às teorias da Complexidade, como se dá a emergência deste fenômeno, como os conceitos podem ser aplicados ao mercado financeiro. São discutidas duas ferramentas que podem ser utilizadas no contexto de sistemas adaptativos complexos: Agent Based Models (ABMs) e entropia e comparadas com ferramentas tradicionais. Concluímos que ainda que a linha de pesquisa da complexidade deixe lacunas, certamente esta contribui com a agenda de pesquisa econômica para se compreender os mecanismos que desencadeiam riscos sistêmicos, bem como adiciona ferramentas que possibilitam modelar agentes heterogêneos que interagem, de forma a permitir o surgimento de fenômenos emergentes no sistema. Hipóteses de pesquisa são sugeridas para aprofundamento posterior.

Formação de palavras em português e em russo Descrição e análise de adjetivos complexos

O principal objetivo da presente tese sobre a Formação de Palavras em Português e em Russo é a análise contrastiva de adjetivos complexos, nas duas línguas sob estudo. Seguindo de perto alguns conceitos e metodologias correntes em Linguística Contrastiva, procura-se estudar os aspetos da Formação de Palavras, relacionando-os com o ensino de línguas estrangeiras, o que não tem sido até agora objeto de análise nos estudos linguísticos que incidem sobre o português e o russo. Por ser um dos meios mais ricos de formação de adjetivos, a maior atenção foi prestada à derivação sufixal e, muito particularmente, à análise dos derivados deverbais em -vel (-бельн-) e denominais em -ista (-ист). Na análise dos dados, adotei o modelo proposto por Sternin (2007), segundo o qual, na análise contrastiva, devem ser aprofundadas todas as relações interlinguísticas possíveis das unidades envolvidas e em que se propõe três tipos de correspondências interlinguísticas: lineares, vetoriais e lacunas. Deste modo, este modelo contribuiu para uma melhor perceção e compreensão das dificuldades e dos “erros” ao nível da produção e da utilização de algumas palavras complexas adjetivais por alunos portugueses que aprendem a língua russa, o que conduzirá a um aperfeiçoamento e adequação das metodologias de ensino de línguas. A tese é composta por três capítulos principais, os quais se subdividem, por sua vez, em subcapítulos. No Capítulo I, Linguística Contrastiva, são abordados os fundamentos teóricos e metodológicos deste ramo do saber, bem como a ligação do mesmo com outras áreas da linguística. O Capítulo II, Adjetivos em português e em russo, está dividido em duas partes: na Parte 1, descrevo a categoria adjetival em português e em russo e, na Parte 2, analiso a formação de adjetivos nestas duas línguas, sendo dado um maior enfoque na sufixação. O Capítulo III, Análise de dados, apresenta-se dividido em três partes: na Parte 1 descrevo e analiso o sufixo deverbal -vel (-бельн-), em português e em russo; a Parte 2 incide sobre o sufixo nominal -ista (-ист) nestes duas línguas e, na Parte 3, discuto o impacto dos processos de interferência na aprendizagem de línguas. Toda a descrição levada a cabo neste capítulo centra-se na análise do corpus de adjetivos complexos em -vel (-бельн-) e em -ista (-ист) das duas línguas extraído de dicionários de língua corrente, bem como nos exercícios e nos testes aplicados a alunos e, ainda, nas traduções por eles efetuadas, a partir de alguns excertos de obras literárias russas. Assim, pela análise contrastiva entre algumas estruturas morfológicas das línguas portuguesa e russa, pretendi contribuir, por um lado, para um melhor conhecimento do funcionamento dos processos de Formação de Palavras dessas línguas, particularmente as questões relativas à derivação sufixal adjetival, e, por outro, para o desenvolvimento de métodos de ensino de línguas estrangeiras.

Obtenção de alfa-olefinas em reações de oligomerização do eteno utilizando complexos de níquel em meio homogêneo e bifásico

Neste trabalho são descritos estudos comparativos de reações de oligomerização do etileno utilizando complexos do tipo: Ni-[P^O] e Ni-[Diimina] (na presença de MAO como cocatalisador). A pesquisa foi realizada com o objetivo de verificar e comparar o comportamento dos dois complexos em estudo, quando estes passam do meio homogêneo para o meio bifásico (na presença de um líquido iônico). O líquido iônico utilizado é o tetrafluorborato de 1-butil-3-metilimidazol. Foram avaliados parâmetros reacionais como pressão, temperatura, tempo de reação, velocidade de agitação e volume de líquido iônico para o catalisador Ni-[P^O] nos meios homogêneo e bifásico. Para o precursor Ni-[Diimina], os parâmetros avaliados foram pressão e temperatura nos dois meios. Os produtos obtidos são olefinas lineares e ramificadas, principalmente α-olefinas; com faixa de distribuição de C4 a C20 (Distribuição Shulz-Flowry). As atividades obtidas nos ciclos de reações variam entre 21 h-1 a 32.772 h-1, e os resultados são interpretados envolvendo os mecanismos de reação. Devido as diferenças existentes entre nos complexos em estudo, verifica-se diferentes atividades e diferentes faixas de produtos oligoméricos. O comportamento obtido para cada complexo depende diretamente dos parâmetros reacionais utilizados, além do meio ao qual foram submetidos durante as reações.

Os Polímeros como Sistemas Complexos

Neste trabalho, através de simulações computacionais, identificamos os fenômenos físicos associados ao crescimento e a dinâmica de polímeros como sistemas complexos exibindo comportamentos não linearidades, caos, criticalidade auto-organizada, entre outros. No primeiro capítulo, iniciamos com uma breve introdução onde descrevemos alguns conceitos básicos importantes ao entendimento do nosso trabalho. O capítulo 2 consiste na descrição do nosso estudo da distribuição de segmentos num polímero ramificado. Baseado em cálculos semelhantes aos usados em cadeias poliméricas lineares, utilizamos o modelo de crescimento para polímeros ramificados (Branched Polymer Growth Model - BPGM) proposto por Lucena et al., e analisamos a distribuição de probabilidade dos monômeros num polímero ramificado em 2 dimensões, até então desconhecida. No capítulo seguinte estudamos a classe de universalidade dos polímeros ramificados gerados pelo BPGM. Utilizando simulações computacionais em 3 dimensões do modelo proposto por Lucena et al., calculamos algumas dimensões críticas (dimensões fractal, mínima e química) para tentar elucidar a questão da classe de universalidade. Ainda neste Capítulo, descrevemos um novo modelo para a simulação de polímeros ramificados que foi por nós desenvolvido de modo a poupar esforço computacional. Em seguida, no capítulo 4 estudamos o comportamento caótico do crescimento de polímeros gerados pelo BPGM. Partimos de polímeros criticamente organizados e utilizamos uma técnica muito semelhante aquela usada em transições de fase em Modelos de Ising para estudar propagação de danos chamada de Distância de Hamming. Vimos que a distância de Hamming para o caso dos polímeros ramificados se comporta como uma lei de potência, indicando um caráter não-extensivo na dinâmica de crescimento. No Capítulo 5 analisamos o movimento molecular de cadeias poliméricas na presença de obstáculos e de gradientes de potenciais. Usamos um modelo generalizado de reptação para estudar a difusão de polímeros lineares em meios desordenados. Investigamos a evolução temporal destas cadeias em redes quadradas e medimos os tempos característicos de transporte t. Finalizamos esta dissertação com um capítulo contendo a conclusão geral denoss o trabalho (Capítulo 6), mais dois apêndices (Apêndices A e B) contendo a fenomenologia básica para alguns conceitos que utilizaremos ao longo desta tese (Fractais e Percolação respectivamente) e um terceiro e ´ultimo apêndice (Apêndice C) contendo uma descrição de um programa de computador para simular o crescimentos de polímeros ramificados em uma rede quadrada

Estudo de sistemas complexos com interações de longo alcance : percolação, redes e tráfego

In this thesis we investigate physical problems which present a high degree of complexity using tools and models of Statistical Mechanics. We give a special attention to systems with long-range interactions, such as one-dimensional long-range bondpercolation, complex networks without metric and vehicular traffic. The flux in linear chain (percolation) with bond between first neighbor only happens if pc = 1, but when we consider long-range interactions , the situation is completely different, i.e., the transitions between the percolating phase and non-percolating phase happens for pc < 1. This kind of transition happens even when the system is diluted ( dilution of sites ). Some of these effects are investigated in this work, for example, the extensivity of the system, the relation between critical properties and the dilution, etc. In particular we show that the dilution does not change the universality of the system. In another work, we analyze the implications of using a power law quality distribution for vertices in the growth dynamics of a network studied by Bianconi and Barabási. It incorporates in the preferential attachment the different ability (fitness) of the nodes to compete for links. Finally, we study the vehicular traffic on road networks when it is submitted to an increasing flux of cars. In this way, we develop two models which enable the analysis of the total flux on each road as well as the flux leaving the system and the behavior of the total number of congested roads

Desenvolvimento de um sensor virtual para processos não-lineares e variantes no tempo, com aplicação em planta de neutralização de PH

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Aplicações médicas das abordagens complexas não lineares: a geometria fractal do EEG

Pós-graduação em Saúde Coletiva - FMB

Modelos lineares generalizados bayesianos para dados longitudinais

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Critério de correntropia no treinamento de redes fuzzy wavelet neural networks para identificação de sistemas dinâmicos não lineares

The great interest in nonlinear system identification is mainly due to the fact that a large amount of real systems are complex and need to have their nonlinearities considered so that their models can be successfully used in applications of control, prediction, inference, among others. This work evaluates the application of Fuzzy Wavelet Neural Networks (FWNN) to identify nonlinear dynamical systems subjected to noise and outliers. Generally, these elements cause negative effects on the identification procedure, resulting in erroneous interpretations regarding the dynamical behavior of the system. The FWNN combines in a single structure the ability to deal with uncertainties of fuzzy logic, the multiresolution characteristics of wavelet theory and learning and generalization abilities of the artificial neural networks. Usually, the learning procedure of these neural networks is realized by a gradient based method, which uses the mean squared error as its cost function. This work proposes the replacement of this traditional function by an Information Theoretic Learning similarity measure, called correntropy. With the use of this similarity measure, higher order statistics can be considered during the FWNN training process. For this reason, this measure is more suitable for non-Gaussian error distributions and makes the training less sensitive to the presence of outliers. In order to evaluate this replacement, FWNN models are obtained in two identification case studies: a real nonlinear system, consisting of a multisection tank, and a simulated system based on a model of the human knee joint. The results demonstrate that the application of correntropy as the error backpropagation algorithm cost function makes the identification procedure using FWNN models more robust to outliers. However, this is only achieved if the gaussian kernel width of correntropy is properly adjusted.

Modelos de regressão lineares para estimativa de produtividade da soja no oeste do Paraná, utilizando dados espectrais

The main objective of this work was to evaluate the linear regression between spectral response and soybean yield in regional scale. In this study were monitored 36 municipalities from the west region of the states of Parana using five images of Landsat 5/TM during 2004/05 season. The spectral response was converted in physical values, apparent and surface reflectances, by radiometric transformation and atmospheric corrections and both used to calculate NDVI and GVI vegetation indices. Those ones were compared by multiple and simple regression with government official yield values (IBGE). Diagnostic processing method to identify influents values or collinearity was applied to the data too. The results showed that the mean surface reflectance value from all images was more correlated with yield than individual dates. Further, the multiple regressions using all dates and both vegetation indices gave better results than simple regression.

Futebol : Analises qualitativas e quantitativas para verificação e modulação de padrões e sistemas complexos de jogo

Universidade Estadual de Campinas . Faculdade de Educação Física

Medidas lineares dos estágios de desenvolvimento da dentição permanente humana usando Tomografia Computadorizada de Feixe Cônico: um estudo preliminar

OBJETIVO: determinar as medidas lineares dos estágios de desenvolvimento da dentição permanente humana, usando tomografia computadorizada de feixe cônico (TCFC). MÉTODOS: este estudo foi desenvolvido a partir de bancos de dados de clínicas radiológicas privadas, envolvendo 18 pacientes (13 do sexo masculino, 5 do sexo feminino, com idades variando entre 3 e 20 anos). As imagens das TCFC foram obtidas por meio do sistema i-CAT e medidas com uma função específica do programa desse mesmo sistema. Duzentos e trinta e oito dentes foram analisados, em diferentes estágios de desenvolvimento, nos planos coronal e sagital. O método foi baseado na delimitação e mensuração das distâncias entre pontos anatômicos correspondentes ao desenvolvimento das coroas e raízes dentárias. A partir dos valores obtidos, pôde-se desenvolver um modelo quantitativo para se avaliar os estágios inicial e final de desenvolvimento para todos os grupos dentários. RESULTADOS E CONCLUSÕES: as medidas obtidas dos diferentes grupos dentários estão de acordo com as estimativas das investigações publicadas previamente. As imagens por TCFC dos diferentes estágios de desenvolvimento podem contribuir no diagnóstico, planejamento e resultado dos tratamentos em diversas especialidades odontológicas. As dimensões das coroas e das raízes dentárias podem ter importantes aplicações clínicas e em pesquisas, constituindo uma técnica não invasiva que contribui com estudos in vivo. Entretanto, mais estudos são recomendados a fim de minimizar possíveis variáveis metodológicas.

Sobre uma degenerescência acidental nos deslocamentos químicos de RMN de 31P{¹H} em complexos difosfínicos de rutênio

The [RuCl(bipy)(dppb)(4-pic)]PF6 complex was prepared and fully characterized. The X-ray crystal structure of this complex was determined in order to make an unambiguous distinction between the two possible positions of the 4-methylpyridine ligand (4-pic) in the compound: trans to phosphorus atom or trans to nitrogen atom. The [RuCl(bipy)(dppb)(4-pic)]PF6 complex exhibits an unusual temperature-dependent accidental degeneracy of the 31P chemical shifts in its solution NMR spectrum.

Estimação da área foliar por método não destrutivo, utilizando medidas lineares das folhas de espécies de Passiflora

Objetivou-se, com este trabalho, desenvolver uma equação confiável, que possibilite calcular a área foliar de forma rápida e não destrutiva, utilizando medidas lineares da folha, para as diferentes espécies de Passiflora (P. alata, P. coccinea, P. gibertii, P. ligularis, P. misera, P. mucronata, P. nitida, P. setacea). Foram coletadas trezentas folhas, de diferentes tamanhos, de cada espécie. Realizaram-se análises de regressão da área foliar versus comprimento da nervura principal, maior largura da folha e o produto destas. A área foliar foi medida com um dispositivo de medição automática e as medidas lineares foram determinadas utilizando-se régua. O modelo linear escolhido, para todas as espécies, foi o que utiliza o produto das variáveis independentes, por apresentar maior coeficiente de determinação (R²) e maior significância do coeficiente de regressão. Os modelos apresentaram coeficiente de determinação ajustado superior a 0,927 e índice de desempenho ótimo, segundo a classificação de Camargo e Sentelhas. No processo de validação do modelo, mostrou-se que a correlação da área foliar medida com a área foliar observada foi muito alta. Os resultados obtidos neste estudo demonstram que a área foliar das espécies de Passifloras podem ser preditas, usando-se as determinações do comprimento e da largura das folhas.