Sba: Controle & Automação Sociedade Brasileira de Automatica, Volume: 18, Issue: 1, Published: 2007
  • Aprendizagem por imitação através de mapeamento Visuomotor baseado em imagens omnidirecionais Robótica

    Vassallo, Raquel Frizera; Santos-Victor, José Alberto; Schneebeli, Hans Jörg Andreas

    Abstract in Portuguese:

    Este trabalho propõe uma metodologia de aprendizagem que permite a um robô aprender uma tarefa adaptando-a e representando-a de acordo com a sua capacidade motora e sensorial. Primeiramente, um mapeamento sensoriomotor é criado e converte informação sensorial em informação motora. Depois, através de imitação, o robô aprende um conjunto de ações elementares formando um vocabulário motor. A imitação é baseada nas representações motoras obtidas com o mapeamento sensoriomotor. O vocabulário motor criado é então utilizado para aprender e realizar tarefas mais sofisticadas, compostas por seqüências ou combinações de ações elementares. Esta metodologia é ilustrada através de uma aplicação de mapeamento e navegação topológica com um robô móvel. O automovimento é utilizado como mapeamento visuomotor, convertendo o fluxo óptico em imagens omnidirecionais em informação motora (translação e rotação), a qual é usada para a criação de um vocabulário motor. A seguir, o vocabulário é utilizado para mapeamento e navegação topológica. Os resultados obtidos são interessantes e a abordagem proposta pode ser estendida a diferentes robôs e aplicações.

    Abstract in English:

    We propose an approach that allows a robot to learn a task and represent/adapt it to its own motor repertoire. First the robot creates a sensorimotor map to convert sensorial information into motor data. Then learning happens through imitation, using motor representations. By imitating other agents, the robot learns a set of elementary motions that forms a motor vocabulary. That vocabulary can eventually be used to compose more complex actions, by combining basic actions, for each specific task domain. We illustrate the approach in a mobile robotics task: topological mapping and navigation. Egomotion estimation is used as a visuomotor map and allows the robot to learn a motor vocabulary coverting optical flow measurements from omnidirectional images into motor information. Then the learnt vocabulary is used for topological mapping and navigation.The approach can be extended to different robots and applications. Encouraging results are presented and discussed.
  • Comportamento auto-organizável em algoritmos genéticos aplicados a robôs móveis em ambientes dinâmicos Robótica

    Tinós, Renato

    Abstract in Portuguese:

    A aplicação de Algoritmos Genéticos (AGs) em problemas associados a robôs móveis e nos quais a função de aptidão se altera é investigado neste trabalho. Para lidar com tais problemas não-estacionários, o uso de AGs com Imigrantes Aleatórios em que o indivíduo com a menor aptidão e seus vizinhos próximos são substituídos em cada geração é proposto. Para que melhores indivíduos da população não levem os novos indivíduos à extinção, estes são preservados em uma subpopulação. A estratégia de substituição apresentada pode levar o sistema a um comportamento auto-organizável, permitindo que o nível de diversidade da população aumente e que os indivíduos consigam escapar de ótimos locais induzidos pelas mudanças no robô ou no ambiente. A análise dos dados obtidos em simulações sugere que o AG investigado apresenta um tipo de comportamento auto-organizável conhecido como Criticalidade Auto-Organizada, o qual aparece em diversos fenômenos naturais. Simulações de um robô móvel controlado por uma Rede Neural Artificial cujos pesos são definidos pelo AG proposto são apresentadas.

    Abstract in English:

    In this paper, Genetic Algorithms (GAs) with changing fitness function applied to mobile robots are investigated. The use of GAs with Random Immigrants where the individual with the lowest fitness and its next neighbors are replaced in every generation is proposed to deal with such problems. In order to avoid that the individuals with the best fitness take the new individuals to extinction, these ones are preserved in a subpopulation. This simple approach can take the system to a self-organization behavior, which can be useful to maintain the diversity of the solutions and, then, to allow the GA to escape from local optima induced by the changes in the problem. Simulations of a mobile robot controlled by an Artificial Neural Network configured by the proposed GA are presented.
  • Sobre o problema da integração generalizada de dados Sistemas Inteligentes

    Coutto Filho, Milton B. Do; Souza, Julio C. Stacchini de; Schilling, Marcus Th.

    Abstract in Portuguese:

    Este artigo reúne um conjunto de métodos que utilizam dados de natureza quantitativa e qualitativa, provenientes de fontes heterogêneas, de modo a combiná-los em um processo conhecido por fusão de dados. Diversas formas de incerteza e sua modelagem são discutidas. Propõe-se uma taxionomia em quatro níveis para processos de fusão de dados, tomando-se por base a natureza e redundância dos dados processados.

    Abstract in English:

    This paper presents a set of methods which use quantitative and qualitative data, gathered from various heterogeneous sources of information, aiming at combining them in a process of data fusion. Different forms of uncertainty representation and modelling are discussed. Also, this work proposes a taxonomy for the data fusion processes according to the nature and redundancy of the processed data.
  • Extração automatica de feições rodoviáris em imagens digitais Sistemas Inteligentes

    Dal Poz, Aluir Porfirio; Zanin, Rodrigo Bruno; Vale, Giovane Maia do

    Abstract in Portuguese:

    Este artigo apresenta uma metodologia automática para a extração da malha viária em imagens de média- e alta-resolução. Baseia-se em duas etapas. Na primeira etapa sementes de rodovia são extraídas usando um conjunto de quatro objetos semânticos de rodovia e regras de conexão entre eles. Cada objeto semântico de rodovia é uma representação local de um segmento de rodovia aproximadamente reto. No segundo passo, duas estratégias para complementação automática da malha viária são aplicadas a fim de gerar a malha viária completa. A primeira estratégia baseia-se em duas regras básicas de agrupamento perceptivo, isto é, as regras de colinearidade e proximidade, que permitem a reconstrução seqüencial das lacunas entre cada par de sementes de rodovia desconectadas. A segunda estratégia de complementação da malha viária visa reconstruir os cruzamentos de rodovia. Basicamente, polígonos representando os cruzamentos de rodovia são extraídos. Este artigo apresenta a metodologia proposta e os resultados experimentais.

    Abstract in English:

    This paper presents an automatic methodology for road network extraction from medium- and high-resolution images. It is based on two steps. In the first step road seeds are extracted using a set of four road objects and connection rules among them. Each road object is a local representation of an approximately straight road segment. In the second step, two strategies for road network completion are applied in order to generate the complete road network. The first strategy is based on two basic perceptual grouping rules, i.e., proximity and collinearity rules, which allow the sequential reconstruction of gaps between every pair of disconnected road seeds. The second strategy for road network completion aims at reconstructing road crossings. Basically, polygons representing the road crossings are extracted. This paper presents the proposed methodology and experimental results.
  • Alocação de zeros aplicada a sistemas de controle via LMI Sistemas De Controle

    Assunção, Edvaldo; Andrea, Cristiano Quevedo; Teixeira, Marcelo Carvalho Minhoto

    Abstract in Portuguese:

    Neste trabalho propõe-se um novo procedimento sistemático de alocação de zeros aplicado em sistemas de controle. Considera-se um sistema de controle com posicionamento de pólos utilizando-se realimentação de estados através de um controlador com matriz de ganhos K. Para realimentar a saída, projeta-se uma matriz de ganhos L do estimador. É proposta uma nova metodologia de alocação de zeros via inequações matriciais lineares (LMIs) para posicionar os zeros dentro de uma região de maneira a diminuir o efeito dos pólos indesejáveis, e ainda para alterar a constante de erro de velocidade do sistema. O uso de LMI para o posicionamento de zeros em uma região é inédito. Exemplos numéricos ilustram a eficiência da metodologia proposta.

    Abstract in English:

    A systematic procedure of zero placement to design control systems is proposed. A state feedback controller with vector gain K is used to perform the pole placement. An estimator with vector gain L is also designed for output feedback control. A new systematic method of zero assignment to reduce the effect of the undesirable poles of the plant and also to increase the velocity error constant is presented. The methodology places the zeros in a specific region and it is based on Linear Matrix Inequalities (LMIs) framework, which is a new approach to solve this problem. Three examples illustrate the effectiveness of the proposed method.
  • Modelagem, controle e otimização do processo dos fornos de reaquecimento de placas Sistemas De Controle

    Teixeira, Bruno Otávio Soares; Jota, Fábio Gonçalves; Teixeira, Marcos Henrique

    Abstract in Portuguese:

    Fornos de reaquecimento são comumente utilizados na indústria siderúrgica para aquecimento das placas de aço produzidas pelo processo de lingotamento. Essas placas devem ser reaquecidas, uniformemente, seguindo um perfil apropriado, de forma que elas tenham as propriedades mecânicas e metalúrgicas requeridas para sua laminação. Além disso, é desejável um controle dinâmico de temperatura nos fornos de reaquecimento satisfatório para que se reduza o consumo de combustível, já que tal consumo é responsável pela parcela mais onerosa dos custos de operação do processo de laminação a quente. Este trabalho apresenta melhorias desenvolvidas no controle dinâmico dos Fornos de Reaquecimento de Placas da Linha de Tiras a Quente da Usiminas. Para isso, foi utilizada uma metodologia que consistiu na modelagem experimental, projeto, re-sintonia de controladores PI e PID, e estudo de estratégias de controle avançado (controles antecipatório e chaveado e preditor de Smith) para as principais malhas de vazão e temperatura que compõem o processo. A Matriz de Ganhos Relativos (MGR) foi utilizada para avaliar o melhor emparelhamento das variáveis de controle e o acoplamento das zonas. Com o desenvolvimento deste trabalho, de acordo com os resultados de diversos testes em malha fechada, observaram-se uma melhoria de desempenho nas malhas e um ganho de eficiência nos controles, responsáveis por uma redução mensal de 3,7% no consumo do combustível, o que representa uma economia mensal média aproximada de 182 mil litros de óleo.

    Abstract in English:

    Reheating furnaces are commonly found in the steel industry for thermal treatment of slabs from continuous casting process. These slabs are uniformly reheated, following a suitable temperature profile so as to they can be sent to the milling stage with the necessary mecanical and metallurgical properties. Besides, it is desirable to have a satisfactory dynamic control of the temperature in order to reduce the fuel consumption, since the reheating process is the most expensive part of the whole hot strip mill plant. In this paper it is presented the improvement developed in dynamic control in reheating furnace of hot strip mill plants of Usiminas. To achieve that, a methodology consisting of the application of a systematic experimental modeling, PI and PID controllers design, simulation, investigation of advanced control strategies (feedforward and switched controls and Smith predictor) and performance assessment has been used on main loops of process. Relative gain array metrics have been used to assess the input-output variable pairing and the coupling among the zones. According to several tests performed in closed-loop (in the real plant), the assessed results confirm the improvement achieved with the tuned control loops (by simulation). A reduction of 3.7% in the oil consumption has been observed, thanks to the improvement in the control loops and in the process efficiency. It means a monthly average saving of 182 thousand liters of oil.
  • Predictive control with mean derivative based neural euler integrator dynamic model

    Tasinaffo, Paulo M.; Rios Neto, Atair

    Abstract in Portuguese:

    Redes neurais podem ser treinadas para obter o modelo de trabalho interno para esquemas de controle de sitemas dinâmicos. A forma usual adotada é projetar a rede neural na forma de um modelo discreto com entradas atrasadas do tipo NARMA (Non-linear Auto Regressive Moving Average). Em trabalhos recentes a utilização de uma rede neural inserida em uma estrutura de integração numérica tem sido também considerada para a obtenção de modelos discretos para sistemas dinâmicos. Neste trabalho, uma extensão da última abordagem é apresentada e aplicada em um esquema de controle não-linear preditivo (NPC), com uma rede feed forward modelando as derivadas médias em uma estrutura de integrador numérico de Euler. O uso de uma rede neural para aproximar a função de derivadas médias, em vez da função de derivadas instantâneas do sistema dinâmico ODE, permite que qualquer precisão desejada na modelagem discreta de sistemas dinâmicos possa ser realizada, com a utilização de um simples integrador Euler, tornando a implementação do controle preditivo uma tarefa mais simples, uma vez que ela somente necessitará lidar com a estrutura linear de um integrador de primeira ordem na determinação das ações de controle. Para ilustrar a efetividade da abordagem proposta, são apresentados resultados dos testes em um problema de transferência de órbitas Terra/Marte e em um problema de controle de atitude em três eixos de satélite comportando-se como corpo rígido.

    Abstract in English:

    Neural networks can be trained to get internal working models in dynamic systems control schemes. This has usually been done designing the neural network in the form of a discrete model with delayed inputs of the NARMA type (Non-linear Auto Regressive Moving Average). In recent works the use of the neural network inside the structure of ordinary differential equations (ODE) numerical integrators has also been considered to get dynamic systems discrete models. In this paper, an extension of this latter approach, where a feed forward neural network modeling mean derivatives is used in the structure of an Euler integrator, is presented and applied in a Nonlinear Predictive Control (NPC) scheme. The use of the neural network to approximate the mean derivative function, instead of the dynamic system ODE instantaneous derivative function, allows any specified accuracy to be attained in the modeling of dynamic systems with the use of a simple Euler integrator. This makes the predictive control implementation a simpler task, since it is only necessary to deal with the linear structure of a first order integrator in the calculations of control actions. To illustrate the effectiveness of the proposed approach, results of tests in a problem of orbit transfer between Earth and Mars and in a problem of three-axis attitude control of a rigid body satellite are presented.
  • Evaluation of hybrid models for static and multistage transmission system planning

    Romero, R.; Mantovani, M.; Rocha, C.; Mantovani, J. R. S.

    Abstract in Portuguese:

    Neste trabalho é analisada a aplicação de algoritmos heurísticos para o Modelo Híbrido Linear - Hybrid Linear Model (HLM) - no problema de planejamento da expansão de sistemas de transmissão. O HLM é um modelo relaxado que ainda não foi suficientemente explorado. Assim, é realizada uma análise das características do modelo matemático e das técnicas de solução que podem ser usadas para resolver este tipo de modelo. O trabalho analisa em detalhes um algoritmo heurístico construtivo para o HLM e faz uma extensão da modelagem e da técnica de solução para o planejamento multi-estágio da expansão de sistemas de transmissão. Dentro deste contexto, também é realizada uma avaliação da qualidade das soluções encontradas pelo HLM e as possibilidades de aplicação deste modelo em planejamento de sistemas de transmissão. Finalmente, são apresentados testes com sistemas conhecidos na literatura especializada.

    Abstract in English:

    This work analyses the application of heuristic algorithms in the transmission network expansion planning problem using the Hybrid Linear Model (HLM). The HLM is a relaxed model which still has not been fully explored. The work presents a detailed study of a constructive heuristic algorithm for the HLM and proposes an extension of the model and a solution technique for multi-stage planning. Quality evaluation of solutions found by HLM and the possibilities of application of the model for transmission system planning are also discussed. Finally, tests with the most known systems of the specialized literature are presented.
  • Controladores fuzzy aplicados ao conversor de geradores de indução duplamente excitados em sistemas eólicos integrados a sistemas de potência Sistemas De Potência

    Vieira, João Paulo Abreu; Bezerra, Ubiratan Holanda; Barra Jr., Walter; Nunes, Marcus Vinicius Alves; Nascimento, André Cavalcante do

    Abstract in Portuguese:

    Este artigo apresenta novas estratégias de controle fuzzy aplicadas ao conversor estático interligado ao rotor dos geradores de indução duplamente excitados (DFIG), em esquemas eólicos de velocidade variável, integrados a redes elétricas reais. As estratégias de controle propostas são do tipo fuzzy "look-up-table" com supervisão. O desempenho de tais reguladores, baseados em inteligência computacional, é comparado com o obtido com controladores PI's a parâmetros fixos, na ocorrência de faltas no sistema elétrico de potência. Esses controladores fuzzy são destinados a garantir a continuidade da operação dos conversores, e melhorar o desempenho transitório do sistema, em relação aos controladores convencionais. Os resultados apresentados confirmam a eficácia das estratégias de controle adotadas. O modelo físico dos aerogeradores, consistindo de um grande número de turbinas eólicas, foi implementado através de uma ferramenta de simulação dinâmica, desenvolvida no ambiente computacional MATLAB TM.

    Abstract in English:

    This paper presents new fuzzy control strategies for application on the control of the static converter that connects the doubly fed induction generator into the electrical grid in variable speed wind generation systems. The proposed control strategies are of the type "look-up- table" with supervision. The performance of these intelligent regulators is compared with those obtained with constant gain PI's controllers, when the electrical power systems is submitted to faults. The fuzzy controllers are intended to ensure the continous operation of the static converter, even during the fault period, and at the same time to improve the transient performance of the electrical system as compared with the case of using PI conventional controllers. The results presented confirm the efficiency of the proposed control strategies. The mathematical models that represent the dynamics of the wind turbines and generators were implemented using computacional programs developed in MATLAB TM.
  • Uma avaliação crítica das formulações de fluxo de potência para sistemas trifásicos via método de newton-raphson Sistemas De Potência

    Pereira, Hivy Queiroz; Costa, Vander Menengoy da

    Abstract in Portuguese:

    Este trabalho apresenta um estudo comparativo das características de convergência das formulações convencional polar, convencional retangular e injeção de corrente na solução do fluxo de potência trifásico. As equações não lineares referentes a cada uma das formulações são resolvidas através do método iterativo de Newton-Raphson. Sistemas trifásicos desequilibrados e mal-condicionados são testados de modo a fornecer subsídios a respeito do desempenho de cada um dos métodos. As características de convergência são avaliadas tanto em relação à variação do carregamento, quanto à variação da relação R/X dos ramos.

    Abstract in English:

    This paper presents a comparative study on convergence characteristics of the main three-phase power flow methods, namely, conventional polar, conventional rectangular and current injection formulations, for solving the three-phase power flow problem. The nonlinear equations are solved iteratively through Newton-Raphson approach. Both unbalanced and ill-conditioned three-phase power systems are tested in order to provide information on performance of each one of the methods under analysis. The convergence characteristics are evaluated by increasing the loading factor and the branch R/X ratios.
Sociedade Brasileira de Automática Secretaria da SBA, FEEC - Unicamp, BLOCO B - LE51, Av. Albert Einstein, 400, Cidade Universitária Zeferino Vaz, Distrito de Barão Geraldo, 13083-852 - Campinas - SP - Brasil, Tel.: (55 19) 3521 3824, Fax: (55 19) 3521 3866 - Campinas - SP - Brazil
E-mail: revista_sba@fee.unicamp.br